Los ingenieros de la Universidad de Wisconsin – Madison han fabricado un nanomaterial de goma que supera a todos los demás materiales, incluidos el acero y el kevlar, en la protección contra impactos de proyectiles de alta velocidad.

La investigación proporciona información sobre el uso de polímeros nanoestructurados para desarrollar armaduras livianas y de alto rendimiento. En el futuro, estos nuevos tipos de armadura podrían usarse como un escudo en vehículos militares para proporcionar una mejor protección contra balas, así como en naves espaciales para mitigar los impactos de los desechos de meteoritos, según un comunicado de la universidad.

Ramathasan Thevamaran, profesor de física de ingeniería en UW-Madison, y el investigador asociado postdoctoral Jizhe Cai hicieron películas ultrafinas de solo 75 nanómetros de espesor de un polímero relativamente común con un nombre casi impenetrable: poli semicristalino (fluoruro de vinilideno-co-trifluoroetileno) y demostraron que el material era superior en la disipación de energía de los impactos de microproyectiles en un amplio rango de velocidades. Detallan su investigación en un artículo publicado en la revista Nano Letters.

Los materiales pueden exhibir diferentes propiedades a nanoescala que a tamaños más grandes. Esto permite a los investigadores mejorar potencialmente las propiedades específicas de un material al trabajar con él en tamaños extremadamente pequeños.

«Cuando redujimos el polímero a esta escala de longitud nanométrica, descubrimos que su microestructura interna cambió completamente de manera inesperada en comparación con su escala más grande», dice Thevamaran. «Sorprendentemente, los mecanismos de absorción de energía en el material se hicieron muy prominentes, y descubrimos que este polímero en particular se desempeñaba significativamente mejor que cualquier otro material, tanto materiales grandes como nanomateriales reportados previamente, para absorber energía de los proyectiles».

Para probar sus películas de polímero ultradelgadas, los investigadores utilizaron una técnica experimental única llamada prueba de impacto microbalístico. Lanzaron partículas de proyectil de aproximadamente 10 micras (aproximadamente una décima parte del ancho de un cabello humano) de tamaño en la película de polímero a velocidades que varían de 100 metros por segundo a 1.200 metros por segundo, varias veces la velocidad de una bala.

Cai y Thevamaran utilizaron un sistema de imagen ultrarrápido para capturar imágenes de los proyectiles a medida que penetraban en la película de polímero, y luego calcularon la energía de penetración, la cantidad de energía cinética del proyectil que fue absorbida por el material, por kilogramo de material.

«Normalizamos los valores de energía de penetración, lo que nos permite hacer comparaciones entre el rendimiento de estas películas de polímeros y los diferentes sistemas de materiales», dice Thevamaran.

Además, Cai y Thevamaran utilizaron técnicas de microscopía electrónica de barrido para estudiar cómo se deformaba el material durante y después del impacto. Observaron que los impactos causaron extensos estiramientos y deformaciones en el material, de forma similar a cómo una pieza de caucho puede estirarse y volver a ponerse en forma.

«La razón clave por la que este material se está desempeñando mejor en el amplio espectro de velocidad es debido a su naturaleza elástica en temperatura ambiente», dice Thevamaran. «La organización de la estructura interna del material permite amplios mecanismos de estiramiento y deformación, que mejoran su capacidad de disipar energía».

Sin embargo, quizás no tanto para las personas: Thevamaran dice que la naturaleza gomosa de este material dificultaría su uso para aplicaciones como chalecos antibalas, porque los impactos de las balas sobresaldrían en el material y podrían causar lesiones por traumatismo contundente al usuario.

En cambio, Thevamaran dice que este material podría ser adecuado para desarrollar la llamada «armadura ambiental», donde la armadura protege al objetivo, pero no se adhiere directamente a él.

«Por ejemplo, con la armadura ambiental colocada a una corta distancia de una nave espacial, los desechos de meteoritos primero tendrían que penetrar a través de varias capas de esta armadura, lo que disiparía casi toda la energía antes de que el proyectil golpee la nave espacial, minimizando en gran medida cualquier daño». dice.

Thevamaran dice que los próximos pasos en esta investigación incluyen ampliar aún más el material y los tamaños de los proyectiles.

«Queremos probar un sistema de varias capas para asegurarnos de que las propiedades novedosas que descubrimos en la microbalística aún puedan explotarse para obtener un rendimiento a mayor escala», dice.

Fuente: europapress.es