Εδώ και δεκαετίες, το Kevlar θεωρείται συνώνυμο της προστασίας. Η συνθετική αυτή ίνα, που αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1960, έχει σώσει χιλιάδες ζωές, χάρη στον μοναδικό συνδυασμό χαμηλού βάρους και υψηλής αντοχής.
Όμως, η επιστήμη των υλικών δεν σταματά ποτέ. Τα τελευταία χρόνια, διάφοροι επιστήμονες αναζητούν τον διάδοχο —και τώρα φαίνεται πως ένας πολύ σοβαρός υποψήφιος εμφανίστηκε στο προσκήνιο.
Μια ομάδα επιστημόνων, με επικεφαλής την Τζιν Zανγκ από το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου, ανακοίνωσε την ανάπτυξη ενός νέου υλικού, που όχι μόνο ξεπερνά το Kevlar, αλλά το κάνει με εμφατικό τρόπο: είναι τρεις φορές ισχυρότερο, μόλις 1,8 χιλιοστά λεπτό και χρησιμοποιεί νανοσωλήνες άνθρακα για να επιτύχει πρωτοφανή επίπεδα αντοχής. Τα αποτελέσματα παρουσιάστηκαν στο περιοδικό Matter, κερδίζοντας αμέσως την προσοχή της επιστημονικής κοινότητας.
Οι νανοσωλήνες άνθρακα (carbon nanotubes) είναι εδώ και χρόνια γνωστοί για την εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και την εντυπωσιακή μηχανική τους ακαμψία. Το χαρακτηριστικό αυτό ήταν και το κλειδί για την προσπάθεια της Ζανγκ να δημιουργήσει ένα νέο υλικό, που θα μπορούσε να αντέξει σε ακραίες καταπονήσεις—όπως τα χτυπήματα υψηλής ταχύτητας από βλήματα ή θραύσματα. Συνδυάζοντας αυτούς τους νανοσωλήνες με αραμιδικές ίνες, το ίδιο υλικό, που αποτελεί τη βάση και του Kevlar, η ομάδα κατάφερε να ενισχύσει σημαντικά την αντοχή, χωρίς να θυσιάσει την ευκαμψία.
Το μυστικό κρύβεται στην ευθυγράμμιση σε νανοκλίμακα. Όπως εξηγούν οι ερευνητές, όταν οι αραμιδικές ίνες παράγονται με τον συνηθισμένο τρόπο, τείνουν να γίνονται πιο εύθραυστες όσο αυξάνεται η αντοχή τους. Οι νανοσωλήνες άνθρακα λειτουργούν εδώ ως «σκελετός», που επιτρέπει στις ίνες να παραμένουν ευθυγραμμισμένες και σταθερές. Με προσεκτικό έλεγχο της ευκαμψίας και με επιμήκυνση των αλυσίδων του υλικού, οι επιστήμονες κατάφεραν να οργανώσουν όλες τις δομές παράλληλα, δημιουργώντας έναν μηχανισμό, που εμποδίζει τη μικροσκοπική ολίσθηση κατά την πρόσκρουση.
Το αποτέλεσμα ήταν εντυπωσιακό: το νέο υλικό απορρόφησε 706,1 μεγατζάουλ ανά κυβικό μέτρο, ποσότητα, που—σύμφωνα με την ομάδα—αντιπροσωπεύει διπλάσια τιμή από το προηγούμενο παγκόσμιο ρεκόρ απορρόφησης ενέργειας. Στις πρακτικές δοκιμές, οι επιδόσεις του υλικού ξεπέρασαν κατά πολύ εκείνες του Kevlar σε δυναμική αντοχή, θραύση και ικανότητα απορρόφησης έντασης.
Οι ερευνητές τονίζουν ότι το νέο υλικό μπορεί να αλλάξει τον τρόπο, που σχεδιάζονται θωρακίσεις για στρατιωτικά οχήματα, αλεξίσφαιρα γιλέκα, κράνη, ακόμη και αεροσκάφη. Η ανάγκη για προστατευτικά υλικά, που συνδυάζουν ευκαμψία, χαμηλό βάρος και υψηλή αντοχή είναι τεράστια, και η νέα αυτή ύφανση δείχνει να προσφέρει ένα εντελώς νέο επίπεδο απόδοσης.
Σύμφωνα με τους συγγραφείς της μελέτης, το μεγαλύτερο εμπόδιο στη δημιουργία τέτοιων προηγμένων υλικών ήταν πάντα η ισορροπία ανάμεσα στη δύναμη και την ανθεκτικότητα. Όσο πιο ισχυρό γίνεται ένα υλικό, τόσο πιο επιρρεπές στην τοπική θραύση μπορεί να γίνει. Οι νανοσωλήνες άνθρακα φαίνεται πως λύνουν αυτό το δίλημμα, επιτρέποντας τη μεταφορά των εξαιρετικών ιδιοτήτων των πολυμερικών αλυσίδων από το μικροσκοπικό επίπεδο στο μακροσκοπικό.
Το Kevlar και το Dyneema θεωρούνται μέχρι σήμερα οι κορυφαίοι εκπρόσωποι της τεχνολογίας στις ανθεκτικές ίνες. Η νέα, όμως, επιτυχία δείχνει ότι ο χώρος έχει ακόμα περιθώρια εξέλιξης—ίσως πολύ μεγαλύτερα από όσα πιστεύαμε. Αν το υλικό της Ζανγκ αποδειχθεί βιώσιμο στην ευρεία παραγωγή, η επόμενη γενιά προστατευτικών υλικών μπορεί να είναι ελαφρύτερη, λεπτότερη και πολύ πιο ασφαλής από κάθε τι που υπάρχει σήμερα.
