Ученые создали новый пуленепробиваемый материал, превосходящий кевлар

Графическая аннотация. Автор: Matter (2025). DOI: 10.1016/j.matt.2025.102496

Кевлар встретил своего соперника. Десятилетиями он был золотым стандартом в области защиты от ударов, от бронежилетов до бронетехники, и до сих пор широко используется. Но ученые разработали новый композитный материал, который прочнее, жестче и лучше останавливает пули, чем кевлар, несмотря на то, что он значительно тоньше. Их исследование опубликовано в журнале Matter.

Чтобы останавливать высокоскоростные воздействия, такие как пуля, материал должен сопротивляться разрушению под нагрузкой (высокая прочность) и быть способным поглощать много энергии без разрушения или отказа (высокая вязкость). Однако существует проблема с текущими решениями, такими как кевлар, который сделан из арамидных волокон. Когда ученые пытаются сделать эти волокна прочнее, они часто становятся более хрупкими, что затрудняет одновременное достижение обоих свойств. Это распространенный компромисс в материаловедении при попытке улучшить общую производительность материала.

Шаги к созданию суперволокна

Но после шести лет работы над этой проблемой Цзинь Чжан из Пекинского университета, Китай, и его коллеги нашли решение. Они создали новый тип волокна, комбинируя два материала: гетероциклический арамид (высокопроизводительное волокно, аналогичное кевлару) и обработанные длинные углеродные нанотрубки (tl-SWNTs). Эти сверхпрочные углеродные трубки невероятно жесткие и легкие, и намного тоньше человеческого волоса.

Ключом к созданию нового суперволокна была не просто комбинация материалов, а способ, которым исследователи их выровняли. Они заставили арамидные цепи и углеродные нанотрубки быть прямыми и параллельными друг другу. Они достигли этого, сделав базовое арамидное волокно более гибким, а затем использовали многоступенчатый процесс растяжения для идеального выравнивания полимерных цепей и нанотрубок. Это выравнивание является фундаментальным, потому что оно настолько плотно скрепляет компоненты, что при ударе цепи не могут проскользнуть друг мимо друга. Следовательно, материал может поглощать больше энергии без отказа.

Автор: Jin Zhang Group, Peking University

Лучше, чем кевлар

Ученые подвергли свой новый материал высокоскоростным испытаниям, включая баллистические тесты, аналогичные тем, что используются для бронежилетов. Он показал динамическую прочность, значительно превышающую таковую у существующих волокон, а его способность поглощать энергию более чем вдвое превысила предыдущий рекорд, достигнув 706,1 мегаджоулей на кубический метр. При сплетении в ткань это новое суперволокно показало превосходные антибаллистические характеристики по сравнению с современными защитными тканями.

«Наше исследование не только представляет эффективную стратегию для создания арамидных волокон со сверхвысокой динамической прочностью, а также с самой высокой зарегистрированной динамической вязкостью, но и дает новые представления о механизмах», — написали авторы в своей статье.

В конечном счете, если это волокно найдет применение, оно может сделать будущие средства защиты кардинально более легкими, тонкими и безопасными.

Больше информации: Jiajun Luo et al, Aramid fibers with dynamic strength up to 10 GPa and dynamic toughness up to 700 MJ m⁻³, Matter (2025). DOI: 10.1016/j.matt.2025.102496