Runda, mjuk och iriserande, pärlor är bland världens mest utsökta juveler; nu, dessa pärlor inspirerar ett forskningsprojekt från den amerikanska armén för att förbättra militär rustning.

Genom att efterlikna den yttre beläggningen av pärlor (pärlemor, eller som det är mer allmänt känt, pärlemor), forskare vid University at Buffalo, finansierat av Army Research Office (ARO), skapat en lätt plast som är 14 gånger starkare och åtta gånger lättare (mindre tät) än stål och idealisk för att absorbera stöten från kulor och andra projektiler.

ARO är en del av U.S. Army Combat Capabilities Development Commands Army Research Laboratory.

Forskningsresultaten publiceras i tidskriften ACS Applied Polymer Materials , och dess tidigare publicering i J. Phys. Chem. Lett.

"Materialet är styvt, stark och tuff, " sa Dr. Shenqiang Ren, professor vid institutionen för maskin- och rymdteknik, medlem av University of Buffalos RENEW Institute, och tidningens huvudförfattare. "Det kan vara tillämpligt på västar, hjälmar och andra typer av kroppsskydd, samt skyddsrustning för fartyg, helikoptrar och andra fordon."

Största delen av materialet är en uppsoppad version av polyeten (den vanligaste plasten) som kallas polyeten med ultrahög molekylvikt, eller UHMWPE, som används för att tillverka produkter som konstgjorda höfter och gitarrhakar.

När du designar UHMWPE, forskarna studerade pärlemor, som blötdjur skapar genom att ordna en form av kalciumkarbonat i en struktur som liknar sammankopplade tegelstenar. Som pärlemor, forskarna designade materialet för att ha ett extremt tufft yttre skal med en mer flexibel inre baksida som kan deformera och absorbera projektiler.

"Professor Rens arbete med att designa UHMWPE för att dramatiskt förbättra slaghållfastheten kan leda till nya generationer av lättviktsrustningar som ger både skydd och rörlighet för soldater, " sa Dr Evan Runnerström, programansvarig, material design, ARO. "I motsats till stål eller keramisk rustning, UHMWPE kan också vara lättare att gjuta eller forma till komplexa former, ger mångsidigt skydd för soldater, fordon, och andra armétillgångar."

Det här är vad som kallas mjuk rustning, där mjuka men tätt vävda material skapar ett i grunden ett mycket starkt nät som kan stoppa kulor. KEVLAR är ett välkänt exempel.

Materialet som forskargruppen tagit fram har också hög värmeledningsförmåga. Denna förmåga att snabbt avleda värme hjälper den ytterligare att absorbera energin från kulor och andra projektiler.

Teamet experimenterade vidare med UHMWPE genom att lägga till kiseldioxidnanopartiklar, upptäckt att små bitar av kemikalien kan förbättra materialets egenskaper och potentiellt skapa starkare rustningar.

"Detta arbete visar att de rätta materialdesignmetoderna har potential att göra stora effekter för arméns teknologier, sa Runnerström.