نانوالیاف چندمنظوره از آتش‌نشانان و فضانوردان در برابر انفجار محافظت می‌کند

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، در زمان جنگ جهانی اول، اکثر افرادی که در جنگ تلف شدند به دلیل زخمی شدن نبود، بلکه به دلیل انفجار بود. امروزه بیشتر سربازان برای محافظت از خود جلیقه ضدگلوله می‌پوشند، اما بخش اعظی از بدن آن‌ها در معرض انفجار یا ترکش آن قرار می‌گیرد. حال دانشمندان نانوالیافی طراحی کرده‌اند که ضدحریق است و سربازان، آتش‌نشانان و فضانوردان را در مقابل انفجار محافظت می‌کند.

طراحی تجهیزات برای محافظت اندام‌ها در مقابل درجه حرارت زیاد و ترکش‌های آن که همراه با انفجار است، به شدت دشوار است. موادی که به اندازه کافی برای محافظت در برابر تهدیدات بالستیک مقاوم باشد، در مقابل درجه حرارت شدید مقاومت ندارند و برعکس. از سوی دیگر، بسیاری از تجهیزات محافظ امروزی به دلیل اینکه از لایه‌های متعدد از مواد مختلف تشکیل می‌شود و همین امر موجب سنگین شدن آن می‌شود و تحرک سربازان را به شدت محدود می‌کند.

حال محققان دانشگاه هاروارد با همکاری مرکز فرماندهی توسعه ظرفیت‌های ارتش آمریکا، ماده نانوالیاف سبک و چند منظوره‌ای را درست کرده‌اند که از کاربر خود در مقابل حرارت شدید و همچنین تهدیدات بالستیک محافظت می‌کند.

کیت پارکر، پروفسور زیست مهندسی و فیزیک کاربردی دانشگاه هاروارد در این مورد می‌گوید: زمانی که در افغانستان در حال جنگ بودم، می‌دیدم که چگونه زره‌ها جان سربازان را از مرگ نجات می‌داد. اما از طرفی هم می‌دیدم که این زره‌های سنگین چگونه تحرک سربازان را محدود می‌کرد و این در حالی بود که آن‌ها سه وظیفه اصلی حرکت، شلیک و برقراری ارتباط را برعهده داشتند و اگر یکی از این موارد محدود می‌شد، جانشان به خطر می‌افتاد و ماموریت را با شکست مواجه می‌کرد.

محققان برای دستیابی به این هدف عملی، نیاز داشتند که بین حفاظت مکانیکی و عایق حرارتی ارتباطی پیدا کنند و برای این کار باید ساختار و جهت‌گیری مولکولی ماده را بررسی می‌کردند. آن‌ها دریافتند که موادی که مقاومت مکانیکی قوی مانند فلزات و سرامیک دارند، ساختار مولکولی بسیار مرتب و تراز شده دارند. این ساختار به آن‌ها امکان مقاومت و توزیع انرژی یک ضربه مستقیم را می‌دهد. از سوی دیگر، عایق‌ها نیز از ساختاری بسیار مرتب‌تر برخوردارند تا از این طریق از انتقال گرما در بستر مواد جلوگیری کنند.

 

آن‌ها در یک روش جدید، یک محلول پلیمر مایع در یک مخزن بارگذاری کردند و آن را درون دستگاه نیروی گریز از مرکز قرار دادند. زمانی که محلول پلیمز از این مخزن شلیک می‌شود، ابتدا از هوای آزاد عبور می‌کند و همین امر موجب می‌شود که پلیمر‌ها کشیده می‌شوند و زنجیره‌های آن هم‌تراز می‌شوند.

 

سپس محلول به یک حمام مایع برخورد می‌کند که حلال را از بین می‌برد و موجب رسوب پلیمر‌ها می‌شود و به این ترتیب، الیاف جامدی تشکیل می‌شود. از آنجا که این حمام مایع خودش هم در حال چرخش است، نانوالیاف از جریان گرداب پیروی می‌کند و در اطراف دستگاه جمع کننده چرخان جمع می‌شود.

 

محققان با تنظیم ویسکوزیته محلول پلیمر مایع، توانستند چرخش آن را طولانی‌تر کنند و نانوالیاف‌ها را به ورق‌های متخلخل تبدیل کنند که نظم کافی نه تنها برای محافظت در برابر ضربه‌ها را دارند، در مقابل گرما نیز مقاوم هستند. آن‌ها در عرض ۱۰ دقیقه می‌توانند ورق‌هایی از این نانوالیاف به ابعاد ۱۰ در ۳۰ سانتی‌متر درست کنند.

 

محققان در آزمایش‌های خود دریافتند که مقاومت این نانوالیاف در مقابل حرارت، ۲۰ برابر بیشتر از عایق‌های رایج در بازار است.