Ultimate magazine theme for WordPress.

نانو الیاف چند منظوره از انفجار محافظت می کند

0

نانو الیاف چند منظوره از انفجار محافظت می کند

 

نانو الیاف چند منظوره از انفجار محافظت می کند
ورقهای نانو الیاف پارامامید در بالای ورقهای Twaron at پس از آزمایش پرتابه شبیه سازی قطعه. اعتبار: Grant Gonzalez / Harvard SEAS

نانو الیاف چند منظوره از انفجار محافظت می کند از زمان جنگ جهانی اول ، اکثر قریب به اتفاق تلفات جنگی آمریکایی ها نه از طریق زخم گلوله بلکه از انفجار بوده است. امروزه ، بیشتر سربازان برای محافظت از تنه خود جلیقه سنگین و ضد گلوله می پوشند اما قسمت زیادی از بدن آنها در معرض هدف بی هدف ترکش مواد منفجره و ترکش قرار دارد.

دانشکده ها :  طراحی تجهیزات برای محافظت از اندام ها در برابر شدید دما و پرتابه های مهلک همراه با انفجار به دلیل خاصیت اساسی مواد دشوار بوده است. موادی که برای محافظت در برابر تهدیدات بالستیک به اندازه کافی قوی هستند ، نمی توانند از درجه حرارت شدید محافظت کنند و بالعکس. در نتیجه ، بسیاری از تجهیزات محافظ امروز از چندین لایه تشکیل شده است مواد مختلف منجر به چرخ دنده های سنگین و سنگین می شود که اگر روی بازوها و پاها استفاده شود تحرک سرباز را به شدت محدود می کند.

اکنون ، محققان دانشگاه هاروارد ، با همکاری مرکز سرباز فرماندهی توسعه توانایی های رزمی ارتش ایالات متحده (CCDC SC) و وست پوینت ، یک ماده نانوالیاف سبک و چند منظوره تولید کرده اند که می تواند افراد را از هر دو درجه حرارت شدید و تهدیدهای بالستیک محافظت کند.

این تحقیق در مجله ماده منتشر شده است.

“کیت پارکر ، استاد مهندسی زیستی و فیزیک کاربردی خانواده Tarr در دانشکده مهندسی و کاربردی جان آ. پالسون هاروارد ،” کیت پارکر ، نویسنده ارشد ، گفت: “هنگامی که در افغانستان درگیر جنگ بودم ، از نزدیک دیدم که چگونه زره پوش می تواند جان انسان ها را نجات دهد. علوم (SEAS) و یک سرهنگ دوم در رزرو ارتش ایالات متحده. “من همچنین دیدم که چگونه زره پوش سنگین می تواند تحرک را محدود کند. به عنوان سرباز در میدان جنگ ، سه وظیفه اصلی حرکت ، شلیک و برقراری ارتباط است. اگر یکی از آنها را محدود کنید ، بقا را کاهش می دهید و موفقیت مأموریت را به خطر می اندازید.”

“هدف ما این بود که یک ماده چند منظوره طراحی کنیم که بتواند از شخصی که در یک محیط فوق العاده مانند یک فضانورد ، آتش نشان یا سرباز کار می کند در برابر تهدیدهای مختلفی که با آنها روبرو است محافظت کند” ، گفت: گرانت ام. گونزالس ، دانشجوی فوق دکترا در SEAS و اولین نویسنده مقاله.

نانو الیاف چند منظوره از انفجار محافظت می کند
محققان دانشگاه هاروارد با همکاری مرکز سربازی فرماندهی توسعه توانایی های رزمی ارتش ایالات متحده (CCDC SC) و وست پوینت ، ماده ای سبک و چند منظوره از نانو الیاف تولید کرده اند که می تواند افراد را از هر دو درجه حرارت شدید و تهدیدهای بالستیک محافظت کند. اعتبار: Grant Gonzalez / Harvard SEAS

برای دستیابی به این هدف عملی ، محققان نیاز به بررسی رابطه بین محافظت مکانیکی و عایق حرارتی ، ویژگی های ریشه یافته در ساختار مولکولی ماده و جهت گیری آن داشتند.

موادی که دارای حفاظت مکانیکی قوی هستند ، مانند فلزات و سرامیک ها ، دارای نظم و تراز بسیار زیاد هستند ساختار مولکولی . این ساختار به آنها اجازه می دهد تا انرژی یک ضربه مستقیم را تحمل و توزیع کنند. از طرف دیگر ، مواد عایق دارای ساختار منظم کمتری هستند که از انتقال گرما از طریق مواد جلوگیری می کند.

Kevlar و Twaron محصولات تجاری هستند که به طور گسترده ای در تجهیزات محافظ مورد استفاده قرار می گیرند و بسته به نوع تولید آنها می توانند محافظت بالستیک یا حرارتی داشته باشند. به عنوان مثال Kevlar Kevlar دارای ساختار بلوری کاملاً همسو است و در جلیقه های ضد گلوله محافظ استفاده می شود. از سوی دیگر ، نشان داده شده است که آئروژل های متخلخل Kevlar دارای عایق حرارتی .

“گونزالس گفت:” ایده ما استفاده از این پلیمر کولار برای ترکیب ساختار الیاف بافته شده و تخلخل آئروژل ها برای ایجاد الیاف طولانی و مداوم با فاصله متخلخل در بین آنها بود. “در این سیستم ، الیاف بلند می توانند در برابر ضربه مکانیکی مقاومت کنند در حالی که منافذ باعث انتشار حرارت می شوند.”

تیم تحقیق از غوطه وری Rotary Jet-Spinning (iRJS) ، روشی که توسط گروه بیوفیزیک بیماری پارکر تهیه شده است ، برای تولید الیاف استفاده کرد. در این روش ، یک محلول پلیمر مایع در مخزن بارگیری می شود و با چرخش دستگاه از طریق یک سوراخ کوچک توسط نیروی گریز از مرکز به بیرون رانده می شود. هنگامی که محلول پلیمر از مخزن خارج می شود ، ابتدا از ناحیه ای از هوای آزاد عبور می کند ، جایی که پلیمرها کشیده می شوند و زنجیره ها در یک راستا قرار می گیرند. سپس محلول به یک حمام مایع برخورد می کند که حلال را از بین می برد و پلیمرها را رسوب می دهد تا الیاف جامد تشکیل شود. از آنجا که حمام نیز در حال چرخش است – مانند آب موجود در چرخش سالاد – نانو الیاف جریان گرداب را دنبال کرده و به دور یک جمع کننده چرخشی در پایه دستگاه می پیچند.

با تنظیم ویسکوزیته محلول پلیمر مایع ، محققان توانستند نانو الیاف دراز و مرتب را به ورق های متخلخل بچرخانند – نظم کافی برای محافظت در برابر گلوله ها اما اختلال کافی برای محافظت در برابر گرما. در طی ۱۰ دقیقه ، تیم می تواند ورق هایی به ابعاد ۱۰ تا ۳۰ سانتی متر بچرخاند.

نانو الیاف چند منظوره از انفجار محافظت می کند
نانو الیاف پارامامید قدرت مکانیکی را با فضای خالی یا فضای خالی انتشار حرارت محدود می کند اعتبار: Grant Gonzalez / Harvard SEAS

برای آزمایش برگه ها ، تیم هاروارد برای انجام آزمایش های بالستیک به همکاران خود متوسل شدند. محققان در CCDC SC در ناتیک ، ماساچوست با اصابت گلوله های بزرگ و شبیه BB به نمونه ، اثر ترکش را شبیه سازی کردند. این تیم آزمایشاتی را با ساندویچ ورق های نانو الیاف بین ورق های Twaron بافته شده انجام داد. آنها تفاوت کمی در محافظت بین پشته همه ورقهای Twaron بافته شده و پشته ترکیبی Twaron بافته شده و نانوالیاف چرخانده مشاهده کردند.

“گونزالس گفت:” قابلیت های CCDC SC به ما این امکان را می دهد تا موفقیت الیاف خود را از نظر تجهیزات حفاظتی برای جنگجویان به طور کمی تعیین کنیم.

“کاتلین سوانا” ، محقق در CCDC SC و یکی از آنها ، گفت: “همکاری های دانشگاهی ، به ویژه همکاری با دانشگاه های محلی برجسته مانند هاروارد ، CCDC SC را قادر می سازد از تخصص و امکانات پیشرفته برای تقویت توانایی تحقیق و توسعه خود استفاده کنید.” نویسندگان مقاله “CCDC SC ، در مقابل ، مهارت و آزمایشات علمی و سرباز محور ارزشمندی را برای کمک به پیشبرد تحقیقات فراهم می کند.”

در آزمایش حفاظت حرارتی ، محققان دریافتند که این نانوالیاف ۲۰ برابر توانایی عایق حرارتی Twaron و Kevlar تجاری را فراهم می کند.

“گونزالس گفت:” در حالی که می توان پیشرفت هایی انجام داد ، اما ما مرزهای ممکن را تحت فشار قرار داده و زمینه را به سمت این نوع مواد چند منظوره آغاز کرده ایم.

پارکر گفت: “ما نشان داده ایم که شما می توانید برای افرادی که از طریق آسیب زیاد کار می کنند ، منسوجاتی بسیار محافظت کنند. “چالش ما اکنون توسعه پیشرفت های علمی در زمینه محصولات نوآورانه برای خواهران و برادرانم است.”

دفتر توسعه فناوری هاروارد برای این فناوری درخواست ثبت اختراع ثبت کرده است و به طور فعال در جستجوی فرصت های تجاری است.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.