Stark och tuff men ändå lätt som en fjäder – material med denna exceptionella kombination av egenskaper behövs akut inom många industrisektorer och inom medicin, samt vara av stort intresse för vetenskaplig forskning. Ett forskarlag från University of Bayreuth har nu utvecklat polymerfibrer med just dessa egenskaper. Tillsammans med partner i Tyskland, Kina och Schweiz, polymerfibrerna karakteriserades. Forskarna har publicerat sina resultat i tidskriften Vetenskap .

"Fibrerna vi upptäckt kan enkelt tillverkas med hjälp av högteknologiska processer som redan är etablerade i industrin - och på basis av polymerer som är lätt tillgängliga över hela världen. En enskild fiber är lika tunn som ett människohår, väger mindre än en fruktfluga, och ändå är den väldigt stark:Den kan lyfta en vikt på 30 gram utan att gå sönder. Det motsvarar cirka 150, 000 gånger vikten av en fruktfluga. Experiment på den höga draghållfastheten hos dessa fibrer har dessutom avslöjat deras extrema seghet. Detta gör att varje enskild fiber kan ta upp mycket energi, " förklarar Prof. Dr. Andreas Greiner, som är chef för forskargruppen Macromolecular Chemistry II vid University of Bayreuth, och vem som ledde forskningsarbetet. Inblandade var också forskare vid Forschungszentrum Jülich, Martin Luther University Halle-Wittenberg, Fraunhofer-institutet för mikrostruktur av material och system (IMWS), Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Jiangxi Normal University, Nanchang, och ETH Zürich.

På grund av deras unika egenskaper, polymerfibrerna är idealiska för tekniska komponenter som utsätts för höga belastningar. De möjliggör innovativa tillämpningar inom en mängd olika områden, till exempel inom textilindustrin eller medicinteknik, inom fordonsteknik, eller inom flygindustrin. Dessutom, polymerfibrerna kan lätt återvinnas. "Vi är säkra på att våra forskningsresultat har öppnat dörren till en ny, framåtblickande materialklass. Praktiska tillämpningar från industrins sida kan förväntas inom en snar framtid. Inom polymervetenskap, våra fibrer kommer att kunna tillhandahålla värdefulla tjänster inom vidare forskning och utveckling av högpresterande funktionella material, säger Greiner.

Den kemiska grunden för dessa lovande fibrer är polyakrylnitril. En enda fiber med en diameter på cirka 40, 000 nanometer består av upp till 4, 000 ultratunna fibriller. Dessa fibriller är sammanlänkade av små mängder av en tillsats. Tredimensionella röntgenbilder visar att fibrillerna i fibern nästan alltid är anordnade i samma längdriktning. "Vi förberedde dessa multifibrillära polyakrylonitrilfibrer i ett laboratorium för elektrospinning vid University of Bayreuth och testade dem omfattande för deras egenskaper och beteende. Deras unika styrka i kombination med en hög seghet upphörde aldrig att fascinera oss, " rapporterar Bayreuth-polymerforskaren Prof. Dr. Seema Agarwal.

Huvudförfattaren till studien publicerad i Vetenskap är Xiaojian Liao, doktorand i kemi i Bayreuth. "Jag är mycket glad över att jag kunde bidra till denna forskningssuccé inom materialvetenskap som en del av min doktorsavhandling. Den intensiva tvärvetenskapliga kontakten mellan kemi, fysik, och materialvetenskap på Bayreuth-campus har gett en viss viktig drivkraft de senaste åren, säger Liao.