Neues Material aus China kann eine Kugel besser aufhalten als Kevlar

Forscher der Universität Peking haben eine neue Faser entwickelt, die stärker, widerstandsfähiger und effizienter als Kevlar ist, obwohl sie deutlich dünner ist. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Matter veröffentlicht.

Damit ein Material dem Einschlag eines Geschosses standhalten kann, muss es gleichzeitig eine hohe Festigkeit(die Fähigkeit, unter Krafteinwirkung nicht zusammenzubrechen) und eine hohe Zähigkeit (die Fähigkeit, die Aufprallenergie zu absorbieren, ohne zu brechen) aufweisen. Doch bisher wurden diese beiden Eigenschaften nur selten kombiniert: Je stärker die Fasern werden, desto brüchiger werden sie.

Das Team von Professor Jin Zhang hat sechs Jahre lang versucht, dieses Problem zu lösen. Die Forscher schufen eine neue Art von Fasern, indem sie zwei Materialien miteinander kombinierten: heterozyklisches Aramid - eine Art von ultrastarker Kunstfaser, ähnlich wie Kevlar - und behandelte lange Kohlenstoff-Nanoröhren (tl-SWNTs). Diese Nanoröhren sind einzigartige Strukturen, die viel dünner als ein menschliches Haar sind und sich durch enorme Steifigkeit und Leichtigkeit auszeichnen.

Der entscheidende Schritt bestand nicht einfach darin, die Materialien zu verbinden, sondern die Molekülketten präzise auszurichten. Die Wissenschaftler machten die Basis-Aramidfaser flexibler und dehnten sie wiederholt, bis die Polymer- und Nanoröhrchenketten streng parallel zueinander ausgerichtet waren. Diese Ausrichtung schafft eine dichte innere Struktur, in der sich die Moleküle gegenseitig buchstäblich "blockieren". Infolgedessen ist das Material in der Lage, enorme Energiemengen zu absorbieren, ohne selbst bei starken Erschütterungen zusammenzubrechen.

In Labortests hat die neue Faser eine hervorragende Leistung gezeigt. Ihre dynamische Festigkeit war deutlich höher als die aller bisherigen Analoga, und die absorbierte Energie erreichte 706 Megajoule pro Kubikmeter - das Doppelte des bisherigen Rekords. In Tests, in denen ballistische Belastungen simuliert wurden, übertraf das aus dem neuen Material hergestellte Gewebe die Kevlar-Muster in Bezug auf die Widerstandsfähigkeit gegen das Eindringen.

"Unsere Forschung bietet einen effizienten Weg zur Herstellung von Aramidfasern mit rekordverdächtiger dynamischer Festigkeit und Zähigkeit und liefert neue Einblicke in ihre Funktionsmechanismen", so die Autoren.

Wenn die Technologie umgesetzt wird, könnten Körperpanzer und Schutzmaterialien der Zukunft um ein Vielfaches leichter, dünner und sicherer werden. Dies ist besonders wichtig für Militär, Polizei und Rettungskräfte, deren Schutz sich direkt auf Mobilität und Ausdauer auswirkt.

Die neue Entwicklung eröffnet Möglichkeiten nicht nur für die Verteidigungsindustrie, sondern auch für die Luft- und Raumfahrt und die Automobilproduktion - überall dort, wo Stärke und Leichtigkeit kombiniert werden müssen.