防弾チョッキのことを考えるとき、私たちはそれが重くて不便であることを期待します。ただし、2D を使用する軽量のバージョンもあります。鋼鉄よりも強く、布のように柔軟な素材。
チェーンマンメイルをイメージしたこの鎧を身に着けていると、分子鎖が絡み合って作られた素材のおかげで、動きが非常に軽く感じられるかもしれません。
2D 機械的に連動するポリマー材料とは何ですか?
この発見は、特殊な分子構造で構築されたポリマー材料の核にあります。共有結合（電子の共有）に依存する従来のポリマーとは対照的に、この材料は機械的結合を利用し、鎖帷子のリンクのように物理的に連結します。によるとノースウェスタン大学これにより、この素材は非常に強力でありながら驚くほど柔軟になり、防弾チョッキなど、強度と快適さの両方が求められる用途に最適です。
これはどのように作動しますか？
この 2D ポリマー構造は、ナノメートル単位で測定されるナノスケールで設計されています。 X の形をしたモノマーは結晶構造を構成します。これらの結晶は、機械的に結合するために 2 番目の分子と反応します。
研究の共著者であるノースウェスタン大学のウィリアム・ディクテル氏は、「我々はまったく新しいポリマー構造を作った」と述べ、それが鎖帷子に似ていると説明した。
最終製品は、互いに絡み合った 2D ポリマー分子のシートとなり、材料に強度と弾性を与えます。
この材料は、その優れた結合密度によって特徴付けられます。0.16 平方インチ (1 平方センチメートル) あたり 100 兆個の機械的結合が存在します。このような記録的な結合密度により、この材料は通常のポリマーよりもはるかに強力になります。この素材は丈夫でありながら柔軟性があるため、扱いやすく、さまざまな用途に使用できます。
他にはない素材: ハイリスク、ハイリターンのイノベーション
この材料の開発における最大の課題の 1 つは、ポリマーを誘導して機械的結合を形成する方法を見つけることでした。ノースウェスタン大学のマディソン・バルドーと彼女のチームが、X 型モノマーを使用して安定した結晶構造を作成する方法を発見したときに画期的な進歩が起こりました。この配置を注意深く制御し、化学反応を導入することで、結晶内に機械的結合を形成することができました。
ギズモード分子結晶内でどのような種類の反応が可能であるかについて確立された仮定に本質的に疑問を投げかける必要があったため、これは簡単な偉業ではなかったと報告しています。その結果、リスクを冒す価値があり、強度と柔軟性の両方において従来のポリマーを上回る材料が誕生しました。
この特殊なポリマーはどこで使用できますか
これまでの機械的に結合したポリマーの小規模製造におけるもう 1 つの制限は、このポリマーははるかに大規模に使用できることです。研究チームは 1 オンス (0.5 キログラム以上) を超える材料を入手しており、さらに大きな重量を得ることが可能であると考えています。
このようなスケーラブルなレベルで、この素材のライトボディへの扉が開きますさまざまな軍事および防衛用途で使用される防弾繊維に至るまで。
同じ新しいポリマーでも、たとえ少量であっても、他の材料の特性を大幅に向上させることができます。たとえば、研究者らは、97.5% という低いウルテム繊維、ケブラーなどの非常に丈夫な素材、およびわずか 2.5% の新しい 2D ポリマーを含む複合材料を作成することができます。
新しいポリマーが追加されると、複合材料の全体的な強度が向上し、既存の材料の耐久性を向上させる能力が示されました。
未来的な保護材料
この画期的な 2D ポリマー素材は、私たちが考える「軽量」と「強度」を再定義する可能性を秘めています。柔軟性と強度のユニークな組み合わせにより、先進的なボディアーマー、防弾布地、その他の保護製品の頼りになる素材となる可能性があります。
さらなる分析が必要ですが、初期の結果は有望であり、研究者たちはこの注目すべき材料の可能性を探求し続けることに興奮しています。
近い将来、より強力なだけでなく、より快適で軽量で、機動性を損なうことなくより優れた保護を提供する防弾チョッキが登場するかもしれません。これは、布のように軽く、鋼鉄よりも強い明日の鎧になる可能性があります。
