Zvětšit obrázek

Dzenisova nanovlákna v rastrovacím elektronovém mikroskopu. Kredit: Joel Brehm, Dimitry Papkov, Yuris Dzenis.

Zvětšit obrázek

Yuris Dzenis. Kredit: Craig Chandler, University Communications.

Pokud jde o konstrukční materiály, obecně vžitý názor praví, že pevnost (strength) materiálu bývá dosažena na úkor jeho houževnatosti (toughness). Pevnost představuje schopnost materiálu unést zátěž, zatímco houževnatost odpovídá množství energie, kterou je potřeba vynaložit, aby se dotyčný materiál zlomil.

Keramický talíř unese spoustu jídla, ale když spadne na zem, je s ním konec, protože neoplývá houževnatostí. Talíř z gumy toho sice moc neunese, protože není moc tuhý ani pevný, ale na zem může spadnout, kolikrát je libo. V dnes obvyklých materiálech se intenzivní pevnost a houževnatost navzájem vylučují.

Materiálový inženýr Juris Dzenis z Centra materiálů a nanovědy Univerzity Nebraska v Lincolnu spolu s kolegy vyvinul novou třídu konstrukčních materiálů – nanovlákna, která jsou zároveň vysoce pevná i houževnatá. Jde o výjimečně jemná polyakrylnitrilová (PAN) nanovlákna, která vědci vyrobili ze syntetického polymeru elektrostatickým zvlákňováním (electrospinning).

Při něm se do roztoku s polymerem pouští elektrický proud pod vysokým napětím, jehož působením z roztoku tryskají miniaturní proudy kapaliny s polymerem. Badatelé nakonec zjistili, že když udělají extrémně tenká nanovlákna, tak vznikne solidně pevný a zároveň houževnatý materiál.

Zvětšit obrázek

Nová nanovlákna v intimním detailu. Kredit: Joel Brehm, Dimitry Papkov, Yuris Dzenis.

Zvětšit obrázek

Stavební jednotka polyakrylnitrilu. Kredit: DiCarmine, Wikimedia Commons.

Podle Dzenise přinášejí vysokou houževnatost jejich nanovláken početné oblasti polymeru s amorfní strukturou. Jejich povaha dovoluje nanovláknům pojmout spoustu energie. Soudobé kompozitní materiály, které se používají například ke konstrukci letadel mají ve struktuře méně amorfních oblastí a jsou tudíž náchylnější k náhlému zlomení. Konstruktéři jich proto montují větší množství, což zase zvyšuje hmotnost letadel i dalších výrobků. Konstrukce z Dzenisových nanovláken by byly houževnatější a tudíž i lehčí, při zachování stejné úrovně bezpečnosti. Možných uplatnění se ostatně nabízí celá řada. Po těchto nanovláknech bezesporu skočí vývojáři ozbrojených složek, kteří by například mohli vyrobit neprůstřelné vesty anebo i celé neprůstřelné  kombinézy.

Literatura

University of Nebraska – Lincoln News 23.4. 2013, Wikimedia (Polyacrylonitrile).