nanovezel

Wetenschappers hebben een nanovezel ontwikkeld die niet alleen supersterk, maar ook nog een supertaai is. De ontdekking kan de wijze waarop tal van bouwwerken – van vliegtuigen tot bruggen – en producten – van fietsen tot kogelvrije vesten – gemaakt worden, wel eens radicaal veranderen.

“Alles wat gemaakt wordt van samengestelde materialen kan baat hebben bij onze nanovezels,” zo vertelt onderzoeker Yuris Dzenis, verbonden aan de universiteit van Nebraska-Lincoln. Hij wijst erop dat er op dit moment maar weinig materialen zijn die zowel sterk als taai zijn. De nanovezel vult dan ook een gat in de markt.

Sterk en taai
De nanovezel is namelijk supersterk en supertaai. Wanneer we het over ‘sterk’ hebben, hebben we het over de vaardigheid van een materiaal om een gewicht te kunnen dragen. ‘Taai’ verwijst naar de hoeveelheid energie die nodig is om het materiaal te breken. Hoe meer een materiaal meebuigt of vervormt, hoe taaier het is. Dat de nanovezel zowel sterk als taai is, is best bijzonder: sterkte gaat namelijk vaak ten koste van de taaiheid van een materiaal, terwijl de taaiheid weer ten koste gaat van de sterkte. Neem bijvoorbeeld een aardewerken dienblad: supersterk, want u kunt het helemaal volladen met servies. Maar het blad is absoluut niet taai, want als u het laat vallen, breekt het in stukken. Een rubberen bal daarentegen is wel taai, maar weer niet zo sterk.

De nanovezels. Foto: Joel Brehm / Dimitry Papkov / Yuris Dzenis.

De nanovezels. Foto: Joel Brehm / Dimitry Papkov / Yuris Dzenis.

Elektrospinning
De onderzoekers ontwikkelden de supersterke en supertaaie nanovezel met behulp van elektrospinning. Hierbij wordt een elektrische stroom gebruikt om hele fijne vezels uit een vloeistof te maken. Als vloeistof gebruikten de onderzoekers een polymeeroplossing. Ze maakten de vezels superdun en ontdekten dat deze zo heel sterk, maar ook heel taai werden. Die taaiheid ontstaat waarschijnlijk doordat het heel veel zogenoemde ‘amorfe’ oftewel vormloze gebieden telt. Deze gebieden stellen de moleculaire ‘kettingen’ waaruit de vezel bestaat in staat om meer te bewegen, waardoor ze ook meer energie kunnen absorberen en dus niet zo snel breken wanneer ze aan veel energie worden blootgesteld.

Lichter
De meeste vezels hebben minder van deze vormeloze gebieden en breken dus gemakkelijker. Om het gebrek aan taaiheid te compenseren, gebruiken ingenieurs nu simpelweg meer materiaal. Maar daardoor worden de bouwwerken die ze van deze vezels maken – bijvoorbeeld vliegtuigen – een stuk zwaarder. “Als structurele materialen taaier zouden zijn, zou men producten kunnen maken die lichter en nog steeds heel veilig zijn.”

Dzenis ziet dan ook genoeg mogelijkheden voor de nieuwe nanovezel. Deze kan worden toegepast bij de bouw van (lichtere) vliegtuigen, maar kan ook prima dienst doen als bescherming tegen kogels. “Om de kogel te stoppen, heb je materiaal nodig dat in staat is om energie te absorberen en dat is wat onze nanovezels doen.”