Прочность на разрыв обычного углеродного или полимерного волокна резко снижается в месте расположения узла. Новое волокно, полученное в Университете Райса, как сообщают исследователи, свободно от этого недостатка и имеет «100-процентную эффективность в узлах».

Секрет волокна — в использовании для его изготовления оксида графена. Кусочки этого материала, имеющие средний диаметр 22 мкм, в десятки тысяч раз крупнее частиц нефтяного пека, применяемого в производстве обычного углеродного волокна. Как и частицы пека, чешуйки оксида графена притягиваются друг к другу слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Крупные чешуйки, имеющие многократно большую площадь поверхности, лучше сцепляются друг с другом, укладываясь в процессе прядения волокна внахлест подобно рыбьей чешуе.

Прочность нового волокна в узлах объясняется его уникальной гибкостью — оксид графена имеет очень низкое значение модуля упругости при изгибе. Волокно, к которому приложена нагрузка, просто «не замечает», что оно завязано в узел, и рвется в произвольном месте.

Новое волокно, изготавливаемое при комнатной температуре, имеет высокую прочность на разрыв. Ее можно значительно увеличить, подвергнув волокно тепловой обработке при температуре 2100 °C (промышленный стандарт для технологий производства углеродных волокон), но в этом случае материал утрачивает 100-процентную прочность узлов.

Для изготовления еще одного нового типа волокна были использованы 9-микронные чешуйки оксида графена. Исследователям удалось добиться в процессе прядения такого волокна лучшего выравнивания чешуек, поэтому, несмотря на их меньший размер, и это волокно оказалось достаточно прочным без использования тепловой обработки.

Применение разработанных в Университете Райса технологий позволит существенно повысить прочность материалов, в состав которых входят углеродные волокна, например, композитов для авиации и сверхпрочных тканей для бронежилетов.

По сообщению Rice University