15/12/2010 - Es entsteht eine neue Generation von Hochleistungsfasern, die stärker und resistenter sind als Kevlarfasern.

Menéame

Ingenieure und Forscher an der Northwestern University haben mittels Nanotechnik eine neue Faserart entwickelt, die bessere Bedingungen für Stärke und Festigkeit erfüllt als Kevlar-Faser oder Polypara-Thereftalamid-Tereftalamid. Die Entdeckung kombiniert Kohlenstoff-Nanoröhren mit einem Polymer, das die Zuverlässigkeit der neuen Fasern erhöht. Auf Pablo Javier Piacente.

Eine neue Generation von Fasern, die stärker und widerstandsfähiger sind als die Kevlar, die derzeit als das für bestimmte industrielle Funktionen am besten geeignete Material angesehen wird, wurde auf der Grundlage einer Untersuchung von Spezialisten der Northwestern University gegründet. Die neue Faser integriert Kohlenstoff-Nanoröhren und ein Polymer, um hervorragende Stärke- und Widerstandsparameter zu gewährleisten.

Die Fortschritte wurden durch die Bemühungen eines multidisziplinären Teams unter Leitung von Horaz Espinoza, der McCormick-Schule für angewandte Ingenieurwissenschaften und Ingenieurwissenschaften der Northwestern University, sowie durch Experten aus anderen Universitäten und der MER Corporation erzielt. Die Arbeit hat Artikel in den Fachmedien ACS Nano von der American Chemical Society und Science Today, unter anderem, zusammen mit einer Pressemitteilung der Northwestern University verdient.

Mithilfe elektronischer Mikroskopie-Testmethoden konnte die Gruppe die neuen Fasern auf verschiedenen Skalen testen und untersuchen, von der Nanoskala bis zur Makroskala, wodurch sie genau verstehen konnte, wie die Materialleistung von verschiedenen Interaktionen beeinflusst wird.

Der Zweck der Forschung ist es, Fasern der neuen Generation zu entwickeln, die eine höhere Festigkeit und Härte aufweisen. Forscher wollen gleichzeitig einen aktuellen Nachteil der Fasern überwinden, die stark oder duktil sein können, ohne beide Vorteile zu kombinieren. Die neue Generation versucht beide Bedingungen zu integrieren.

Beständig, stark und duktil

Die entwickelten Fasern haben eine hohe Duktilität und gleichzeitig eine sehr hohe Festigkeit gezeigt. So können sie große Energiemengen aufnehmen und zerstreuen, ohne Fehler oder Folgen zu registrieren. Gleichzeitig erreicht der Widerstand des Materials noch nie zuvor nachgewiesene Niveaus.

Die neue Fasergeneration würde eine Vielzahl von Anwendungen im Bereich der Verteidigung und in der Luft- und Raumfahrtindustrie registrieren. Das Projekt ist Teil der im Rahmen der Department of Defense's Multidisciplinary University Research Initiative (MURI) durchgeführten Initiativen.

Dieses Programm unterstützt Forschungsarbeiten, die mehr als eine traditionelle wissenschaftliche Disziplin mit Ingenieurwissenschaften kombinieren. Andererseits erhielten Espinosa und ihre Mitarbeiter 7,5 Millionen Dollar von der U.S. Army Research Office, unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die neue Faser könnte in kugelsicheren Westen oder Fallschirm verwendet werden. Darüber hinaus könnte sie Verbundwerkstoffe für militärische Fahrzeuge, Flugzeuge und Satelliten integrieren.

Um die neue Faser zu schaffen, begannen Forscher mit Kohlenstoff-Nanoröhren, Kohlenstoffmolekülen in zylindrischer Form, die einzeln eine der größten Stärken jedes Materials in der Natur haben. Doch wenn man sich zusammensetzt, verliert man seine Kraft. Der große Fortschritt dieses Forschungsteams war die Aufnahme eines Polymers in die Kohlenstoff-Nanoröhren.

Optimierung und Untersuchung des Materials

Durch dieses Polymer konnte eine wirksamere Bindung der Kohlenstoffnanoröhren nachgewiesen werden, wodurch die Festigkeit und Stärke des Materials erhalten bleiben konnten. Die Testung durch ein elektronisches Abtastmikroskop oder SEM (Scanning Electron Microscope) ermöglichte es, die einzelnen Pakete der Nanoröhren und der Faser insgesamt zu untersuchen.

Nach all diesen Studien ist es der Forschungsgruppe gelungen, die Funktionsweise dieses Materials auf mehreren Ebenen zu verstehen. Das Ziel der Zukunft ist es, das Wissen in kleineren Größen zu erhöhen, um so noch stärkere und widerstandsfähige Fasern zu entwerfen.

Das Ergebnis dieser Forschungen ist die Beschaffung eines widerstandsfähigeren Materials als Kevlar, mit der Fähigkeit, Energie zu absorbieren, ohne zu brechen. Der Kevlar ist jedoch in anderen Bereichen noch effizienter, so dass Forscher erwarten, die Eigenschaften der neuen Faser weiter zu untersuchen, um ihre Entwicklung zu optimieren.

Nach Angaben von Spezialisten könnte das Material noch stärker sein, wenn es möglich wäre, die Interaktionen zwischen den Kohlenstoff-Nanoröhrenpaketen zu verbessern. Es ist also, dass die Gruppe der Forscher verschiedene Techniken studieren, um eine bessere Technik in diesen Interaktionen zu erreichen. Diese Untersuchung wurde auch vom Office of Naval Research finanziert.

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