Создана сверхпрочная «нанокольчуга» из переплетенных нитей полимеров

Наноматериал обладает сверхвысокой прочностью из-за того, что каждый квадратный сантиметр его поверхности содержит в себе свыше 100 трлн связей.

МОСКВА, 16 января. /ТАСС/. Американские химики создали наноматериал, похожий по структуре на кольчугу и состоящий из двух переплетенных наборов нитей органических полимеров. Он обладает сверхвысокой прочностью из-за того, что каждый квадратный сантиметр его поверхности содержит в себе свыше 100 трлн связей, сообщила пресс-служба Северо-Западного университета (NWU).

«Мы создали абсолютно новую структурную форму полимеров. Она похожа по устройству и свойствам на кольчугу в том смысле, что ее очень сложно разорвать, при этом каждое звено полимера обладает некоторой свободой движения подобно кольцам в броне. Данный материал способен рассеивать приложенную силу по большому числу направлений и, чтобы его разорвать, нужно разрушить очень большое число его звеньев», — заявил профессор NWU Уильям Дихтель, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Ученые совершили это открытие при изучении взаимодействий между ароматическими органическими молекулами TPE-PhOH, состоящими из множества соединенных друг с другом углеводородных колец, которые похожи по форме на букву X. Недавно исследователи обнаружили, что эти молекулы можно заставить расположиться в пространстве так, что они образуют решетчатую структуру, похожую по устройству на кристалл.

В процессе изучения свойств этих «кристаллов» исследователи задумались, можно ли встроить в эту решетку еще один набор Х-образных молекул, которые был были повернуты под прямым углом по отношению к уже сформировавшейся решетке. Подобное расположение этих углеводородных цепочек, как предположили профессор Дихтель и его коллеги, приведет к образованию двумерных листов, состоящих из переплетенных листов полимерных молекул.

Последующие опыты показали, что этого можно добиться, если обработать кристаллы из TPE-PhOH при помощи диметилдихлорсилана, просто устроенного соединения хлора, кремния и метана. Это приводит к образованию плоских наноструктур, состоящих из двух наборов переплетенных нитей TPE-PhOH, которые можно растворять, а затем использовать для производства более крупных образцов «нанокольчуги».

Как обнаружили ученые, созданный ими материал примерно на три порядка лучше сопротивлялся разрыву, чем «кристаллы» из одиночного набора нитей TPE-PhOH, а добавление всего 2,5% этого наноматериала в нити из сверхпрочного полимера полиэфиримида на 45% улучшило их стойкость к растяжению и на 22% повысило их общую прочность. Подобные свойства «нанокольчуги» позволяют использовать ее для создания новых композитов для бронежилетов и других защитных средств, подытожили исследователи.