Gli ingegneri dei materiali dell'Università del Nebraska-Lincoln hanno sviluppato una nanofibra strutturale che è sia forte che resistente, una scoperta che potrebbe trasformare tutto, da aeroplani e ponti a giubbotti antiproiettile e biciclette.

I loro risultati sono presenti sulla copertina del numero di aprile di questa settimana della rivista dell'American Chemical Society, ACS Nano .

"Qualunque cosa sia fatta di compositi può trarre vantaggio dalle nostre nanofibre, ", ha detto il leader della squadra, Yuris Dzenis, McBroom Professore di Ingegneria Meccanica e dei Materiali e membro del Nebraska Center for Materials and Nanoscience dell'UNL.

"La nostra scoperta aggiunge una nuova classe di materiali all'attuale famiglia di materiali molto selezionata con elevata resistenza e tenacità dimostrate contemporaneamente".

Nei materiali strutturali, la saggezza convenzionale sostiene che la forza va a scapito della tenacia. La forza si riferisce alla capacità di un materiale di trasportare un carico. La tenacità di un materiale è la quantità di energia necessaria per romperlo; quindi più un materiale si ammacca, o si deforma in qualche modo, meno è probabile che si rompa. Un piatto di ceramica, Per esempio, può portare la cena in tavola, ma si frantuma se cade, perché manca di tenacia. Una palla di gomma, d'altra parte, è facilmente schiacciato fuori forma, ma non si rompe perché è dura, non forte. Tipicamente, forza e tenacia si escludono a vicenda.

Dzenis e colleghi hanno sviluppato una nanofibra di poliacrilonitrile eccezionalmente sottile, un tipo di polimero sintetico correlato all'acrilico, utilizzando una tecnica chiamata elettrofilatura. Il processo prevede l'applicazione di alta tensione a una soluzione polimerica fino a quando un piccolo getto di liquido viene espulso, risultante in una lunghezza continua di nanofibra.

Hanno scoperto che rendendo la nanofibra più sottile di quanto fosse stato fatto prima, è diventato non solo più forte, come era previsto, ma anche più duro.

Dzenis ha suggerito che la tenacità derivi dalla bassa cristallinità delle nanofibre. In altre parole, ha molte aree che sono strutturalmente disorganizzate. Queste regioni amorfe consentono alle catene molecolari di scivolare di più, dando loro la capacità di assorbire più energia.

Le fibre più avanzate hanno meno regioni amorfe, quindi si rompono relativamente facilmente. In aereo, che utilizza molti materiali compositi, una rottura improvvisa potrebbe causare un incidente catastrofico. Compensare, gli ingegneri usano più materiale, che fa gli aeroplani, e altri prodotti, più pesante.

"Se i materiali strutturali fossero più resistenti, si potrebbero rendere i prodotti più leggeri ed essere comunque molto sicuri, " Disse Dzenis.

armatura del corpo, come giubbotti antiproiettile, richiede anche un materiale che sia forte e resistente. "Per fermare il proiettile, è necessario che il materiale sia in grado di assorbire energia prima del cedimento, ed è quello che faranno le nostre nanofibre, " Egli ha detto.