Использование нанотехнологий при создании средств защиты

Нанотехнология это высокотехнологичная отрасль, которая работает с отдельными молекулами и атомами. Нанотехнология на качественно новом уровне позволяет использовать законы природы. Разработки в области нанотехнологий находят применение практически в любой отрасли: в экологии, медицине, биологии, электронике, промышленности, машиностроении и т.д. При помощи нанотехнологий можно создать роботов, различные гаджеты, осваивать космос, победить многие болезни, защищать природу и т.д. Развитие нанотехнологий может изменить жизнь человечества на много больше, чем другие технологи, например, созданный с помощью нанотехнологий фильтр для очистки воды очищает воду на много эффективнее чем какой либо фильтр созданный по другой технологии. Наномир сложен и пока еще сравнительно мало изучен.

На сегодняшний день в мире интенсивно ведутся разработки для создания композитных материалов, которые являются прочными и легкими, с помощью которых для армии и спецподразделений можно создать бронежилеты и средства индивидуальной защиты. При их разработке используются нанотехнологии. Полученные с помощью нанотехнологий композиционные материалы получаются прочными, легкими, а также устойчивыми к различным видам механических деформаций и давлений. Также композиционные материалы сделанные по нанотехнологиям можно применять и в других отраслях производства для изготовления корпусов электронных оборудований, рукояток различных инструментов, например в медицине и т.д.

Также к нанотехнологиям относится графен, который является самым прочным, самым лёгким и электропроводящим    материалом,    который является одним из вариантов углеродного соединения. Разработанный в лабораторных условиях графен, в ближайшем будущем найдёт применение не только в солнечных батареях и в микроэлектронике [1], но и в медицине, технике, а также военном деле, в частности при жизниобеспечении военнослужащих в поле боя.

Учёные из Нью-Йоркского университета пришли к следующему выводу:  синтез двухслойного графена    может    позволить    превратить сверхпроводник в сверхпрочную защитную ткань, решая при этом главную проблему всех бронематериалов, т.е. сочетание сверхпрочности с лёгкостью средств защиты [2]. Разработчики по всему миру в дальнейшем могут отказаться не только от массивных стальных пластин, но также могут отказаться от широкого использования параарамидного волокна – кевлара.

Эксперименты показали, что при оказании давления алмазным стержнем на двухслойный графен, он может гораздо лучше переносит любые механические повреждения и почти не деформироваться по сравнению с другими традиционными материалами [1].

Уникальные свойства графена, помимо снижения массы материала позволяют решить ещё и другую важную проблему, которая связана с получением травмы. В настоящее время облачённый    в    бронежилет    сотрудник спецподразделения или солдат, вне зависимости от класса защиты и типа брони, при попадании пули из пистолета или винтовки получает в любом случае тяжёлое повреждение, которое называется компрессионной травмой. Новые материалы, как показывают лабораторные исследования, могут оградить владельцев таких снаряжений не только от гибели, но от тяжёлого вреда их здоровью.

Следует отметит, что применение графена в бронях может быть связана с некоторой 39

технической проблемой, т.е., прочность этой конструкции связана распространения ударных волн в графене с большой скоростью, который значительно лучше рассеивает энергию. При этом проблема остановки пули требует создать бронелист, который состоит из миллионов слоёв графена. При этом требуется наладить производство такого материала в больших промышленных масштабах.

Еще одним популярным направлением, который связан с защитой жизни и здоровья человека от огнестрельного оружия и взрывчатых устройств, является создание броней из углеродных нанотрубок диаметром всего в несколько нанометров. Многосменные нанотрубки представляют из себя самый настоящий конструктор, т.е. можно собирать своеобразные многоуровневые мозаики с хорошей прочностью при помощи углеродистых структур.

Первые результаты лабораторных исследований в этом направлении были получены учеными из Израиля ещё в конце 2007 года. Они на основе наночастиц из дисульфида вольфрама создали уникальный самовосстанавливающийся материал [3]. Испытания этого материала показали, что броня из нанотрубок позволяет практически полностью решить все технические проблемы, которые связаны с разработкой бронежилетов и средств защиты. Нанотрубки, которые были синтезированы учёными, выдержали невероятно болщое давление - до 250 тонн на квадратный сантиметр. По подсчётам учёных, этот прочный материал оказался не только в четыре раза прочнее устаревших броней со стальными сменными броне пластинами, но и, в два раза легче и в шесть раз прочнее облегчённых кевларовых средств бронезащиты.

Несмотря на перспективы такой брони, разработки дальше лабораторных исследований не продвинулись из-за высокой их стоимости и в серийное производство это новшество запущено не было.

Внедрение этих технологий главным образом связано с объёмами выпуска этого продукта и, как следствие, связана со стоимостью производства. Бронежилеты являются массовым продуктом, и поэтому в случае производства каких-то революционных средств защиты необходимо, чтобы технология их изготовления была бы не такой дорогой и адаптирована под массовый выпуск.

Броня, которая сделана из нанотрубок с применением новых материалов стала не единственным образцом защиты, которая не вышла на уровень серийного производства. Для выхода из создавшейся технико-экономической ситуации производства новшества, была предложена идея пропитать бронежилет специальным гелем, который разработан английскими исследователями.

Суть предложенной идеи была проста: чтобы повысить надёжность кевларовых бронежилетов состоящих на вооружении армии и специальных подразделений нужно их пропитать специальным гелевым составом. В основу этого геля, которым пропитывались арамидные волокна взяли неньютоновскую жидкость, т.е. неоднородный состав со сложной молекулярной структурой. По утверждению разработчиков, уникальность технологии “жидкой брони” заключается в том, что при столкновении пули с броней, жидкость, находящаяся в броне быстро затвердевает, при этом поглощает энергию удара и тем самым обеспечивает повышенную защиту её владельца. Исследования объединенных двух материалов уменьшила общую толщину брони до 45%, которая обеспечила превосходную свободу движения человека. Но, британскими учёными, кроме лабораторных тестирований и создания экспериментальных образцов, внедрения результатов для промышленного производства, а также регулярного применения не было представлено.

Однако, бронежилеты оставаться лишь только средством защиты будут недолго, потому что современные технологии в будущем могут позволить превратить обычный бронежилет в настоящий военный многофункциональный инструмент, который может совмещать в себе не только защитные функции, но и средства связи и системы жизнеобеспечения.

Заключение

В данной статье приведены анализ, преимущество и недостатки современных исследовательских технологий по разработке броней. При этом были указаны техникоэкономические трудности, которые препятствуют массовому производству таких изделий.