科學家創造出高強度納米纖維材料 耐熱性比凱夫拉好20倍

    Kevlar和Twaron的保護性能來自于它們的分子結構，而改變這種結構就會改變它們的有效作用。對于機械打擊，如防彈背心，材料會呈現出高度有序的結構，從而使其能夠重新分配受力。保溫材料具有更多的多孔結構，可以最大限度地減少通過的熱量。

    通常情況下，由于材料的基本特性，設計用于保護肢體免受極端溫度和伴隨爆炸的致命彈丸的設備一直很困難。強度足以抵御彈道威脅的材料無法抵御極端溫度，反之亦然。結果，當今的大部分防護裝備是由多層不同的材料組成的，導致裝備又笨又沉，如果戴在手臂和腿上，將嚴重限制士兵的行動能力。現在研究人員開始將兩種類型的材料合二為一。

    "我們的目標是設計一種多功能材料，能夠保護在極端環境中工作的人，如宇航員、消防員或士兵。"該研究的第一作者Grant Gonzalez說。為此，研究人員通過一種叫做浸泡式旋轉噴射紡絲（iRJS）的工藝，將兩種分子結構類型——高度有序而又多孔——結合到一種材料中。工藝基本原理是：在離心機旋轉作用下，液態聚合物溶液被迫通過裝置上的一個小孔流出，形成長長的聚合物鏈。隨后聚合物撞入并凝固在離心機壁上的液浴中，生成納米纖維。

    研究人員能夠調整起始聚合物液體的粘度，使生成的納米纖維具有所需的特性。最后，他們能夠生產出有一定長度、排列整齊的納米纖維片，它們之間有很多孔隙。下一步，他們必須測試納米纖維片是否真的在抵御彈道沖擊和隔熱方面都有保護作用。在對堆疊片材進行彈丸射擊測試中，研究小組發現，新材料和普通的Twaron編織材料一樣耐用。

 

    在熱測試中，研究人員發現新材料的隔熱性能比商用Twaron和Kevlar好20倍左右。使用目前的設置，該團隊可以在10分鐘左右的時間內紡出尺寸約為10×30厘米的薄片，但如果擴大生產規模，這可能會得到改善。

   “雖然還有改進的余地，但我們已經突破了可能的界限，并開始向這種多功能材料領域發展，”Gonzalez說。