Forskare vid UT Dallas har skapat nya strukturer som utnyttjar de elektromekaniska egenskaperna hos specifika nanofibrer för att sträcka sig till upp till sju gånger deras längd, samtidigt som de är tuffare än Kevlar.

Dessa strukturer absorberar upp till 98 joule per gram. Kevlar, används ofta för att göra skottsäkra västar, kan absorbera upp till 80 joule per gram. Forskare hoppas att strukturerna en dag kommer att bilda material som kan förstärka sig själv vid hög stress och potentiellt kan användas i militära flygplan eller andra försvarsapplikationer.

I en studie publicerad av ACS -tillämpade material och gränssnitt , en tidskrift för American Chemical Society, forskare vred nanofiber till garn och spolar. Elektriciteten som genereras genom att sträcka den vridna nanofibern bildade en attraktion 10 gånger starkare än en vätebindning, som anses vara en av de starkaste krafterna som bildas mellan molekyler.

Forskare försökte efterlikna sitt tidigare arbete med den piezoelektriska verkan (hur tryck bildar elektriska laddningar) av kollagenfibrer som finns inuti benet i hopp om att skapa högpresterande material som kan förstärka sig själv, sade Dr Majid Minary, en biträdande professor i maskinteknik vid universitetets Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science och senior författare till studien.

"Vi reproducerade denna process i nanofibrer genom att manipulera skapandet av elektriska laddningar för att resultera i en lätt, flexibel, ändå starkt material, "sade Minary, som också är medlem i Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute. "Vårt land behöver sådana material i stor skala för industri- och försvarsapplikationer."

För deras experiment, forskare snurrade först nanofibrer ur ett material som kallas polyvinylidenfluorid (PVDF) och dess sampolymer, polyvinvylidenfluorid-trifluoretylen (PVDF-TrFE).

Forskare vred sedan fibrerna till garn, och fortsatte sedan att vrida materialet till spolar.

"Det är bokstavligen vridning, samma grundprocess som används vid tillverkning av konventionell kabel, "Sa Minary.

Forskare mätte sedan garnets och spolarnas mekaniska egenskaper, till exempel hur långt det kan sträcka sig och hur mycket energi det kan absorbera innan det misslyckas.

"Vårt experiment är ett bevis på konceptet att våra strukturer kan absorbera mer energi före misslyckande än de material som konventionellt används i skottsäkra rustningar, "Minary sa." Vi tror, modellerad efter det mänskliga benet, att denna flexibilitet och styrka kommer från den elektricitet som uppstår när dessa nanofibrer vrids. "

Nästa steg i forskningen är att göra större strukturer av garnen och spolarna, Sa Minary.