Графен и шелк демонстрируют потенциал как доспехи будущего.

Империал Колледж Лондон
(by Duncan Swinscow-Hall
01 February 2018 )

Команда Имперских выпускников и аспирантов объединяет шелк с графеном для изготовления брони следующего поколения для людей, транспортных средств и зданий.

«Если в вас выстрелил пистолет, броня Кевлара спасет вас», - сказал д-р Гарет Теар, аспирант в области физики шоков, и один из лидеров проекта. «Но броня способная остановить крупнокалиберные винтовки и шрапнель требует внешнего слоя керамики, что делает жилет намного тяжелее, затрудняя движение».

Во время недавней войны в Ираке сообщалось, что керамические плиты были настолько громоздкими, что британские войска фактически предпочитали удалять их в перестрелке, что еще больше угрожало их жизни.

 

 

Эта проблема вдохновила Гарета и двух коллег, д-ра Джанмарию Буллегаса и д-ра Хосе Видейру, взглянуть на свежие идеи для материалов, которые могли бы значительно снизить вес брони. После некоторого исследования они предположили, что сочетание шелка с графеном, который часто называют «суперматериалом» из-за его невероятных свойств, может быть решением.

Современный поворот

Команда показала, что, улучшив слой Кевлара, они могут уменьшить размер керамического наружного слоя, делая жилет намного более пригодным для носки.

Сначала они смотрели на шелк паука, поскольку он, как известно, был в 10 раз более жесткий чем Кевлар. Однако пауки - каннибалы и не могут быть разведены промышленно. Их шелк может быть произведен в дрожжах, которые генетически разработаны для производства шелка, но это очень дорого.

Вместо этого они обратились к шелку шелкопрядов, употребляемых в течение тысяч лет в шелководстве. Пока это намного легче производить и это не так сложно, как шелк паука. Чтобы улучшить это, они добавили современный твист-графен.

Команда решила создать компанию - Synbiosys - для дальнейшего изучения этой идеи и получения финансирования проекта от "Ускорителя науки и безопасности обороны"  The Defence Science and Security

Accelerator (DASA).

Создание пленок.

До сих пор проект фокусировался на успешном объединении двух материалов в составной, что еще не было полностью рассмотрено ранее. «Включение углеродных наноструктур, таких как графен, в шелк было предпринято раньше, но не эффективно», пояснил Хосе. «Одна исследовательская группа попробовала распылять углеродные нанотрубки на листья тутового дерева, прежде чем кормить их для шелкопрядов, а другая исследовательская группа распыляла графеновые хлопья непосредственно на пауков».
Команда Имперского колледжа вместо этого сосредоточилась на применении графена к шелку, а не животному, и показала, что этот метод можно использовать для изготовления тонких композиционных пленок.

Затем они протестировали пленку, обстреливая ее с помощью крошечных кусков металла, используя специальное лабораторное устройство и измерив эффект удара.
Испытания показали, что добавление графена увеличивает прочность композита - количество силы, необходимое для растягивания материала, по сравнению с самим шелком. Прочность важна, так как более сильные материалы остановят более быстрые пули, и этот тест подтвердил их идею о том, что графен увеличивает прочность шелка. «Это хорошее начало, и мы уже видим улучшения в наших оригинальных проектах», - сказала Джанмария.

Несколько областей применения.

Композит из шелка-графена является прозрачным и легким, свойства, которые делают материал подходящим для применения не только в бронежилетах. Команда работает над расширением проекта и им уже заинтересовалась производителями пулестойкого стекла.

Другие области, в которых они считают, что их материал будет полезен, включают космос, где необходимы легкие материалы для защиты от быстро движущихся обломков и медицины, где выгодны другие характеристики шелка, биосовместимость.

В настоящее время команда фокусируется на уточнении своих прототипов и применении патентов и ожидает интересных событий на 2018 год. Недавно Synbiosys развернулась на мероприятии Pitch @ Palace On Tour в Лондоне и была одним из трех стартапов, которые автоматически переходили на второй этап - Boot Camp. Это завершается шагом к влиятельным новаторам и инвесторам в Дворце Сент-Джеймс в конце этого года. Мы желаем им удачи!

Duncan Swinscow-Hall
Institute for Security Science & Technology