Američtí vědci vyvinuli kovovou pěnu, která zastaví náraz, jenž by prorazil i tlustou ocelovou desku. Tento lehký, ale extrémně odolný materiál může změnit dopravu nebezpečných látek, vojenskou techniku i stavebnictví.
Vědcům ze Severokarolínské státní univerzity se podařilo dosáhnout toho, že 3 centimetry kovové pěny zastaví náraz, který zcela prorazí ocelovou desku cisternového vozu. Testy byly provedeny se 136tunovým beranidlem, které dopadlo rychlostí 8,3 km/h, a výsledek je jednoznačný: kompozitní kovová pěna (CMF) pohltí náraz o energii 368 kilojoulů, aniž by se zachvěla, zatímco ocel je proražena ze strany na stranu. Je to průlomový objev, který by mohl zcela změnit způsob přepravy nebezpečných materiálů po železnici.
Údaje shromážděné společností Interesting Engineering potvrzují něco, co se na papíře zdálo nemožné: lehčí materiál, který svou pevností předčí ocel. CMF integruje duté kuličky z nerezové oceli do kovové matrice a právě tato zdánlivě jednoduchá struktura působí kouzelně. Jak vysvětluje vedoucí projektu Afsaneh Rabiei, „absorbuje nárazovou energii účinněji než pevná ocel“. A to je slabé slovo.
Materiál, který se od ničeho neucukne
Jde však mnohem dál než jen k odolávání nárazům. Tato kompozitní kovová pěna si zachovává své vlastnosti při teplotách od 400 do 600 °C, tedy při teplotách, při kterých ocel ztrácí tuhost. Co to znamená v praxi? Znamená to, že můžete chránit materiály citlivé na teplo bez nutnosti složitých chladicích systémů, což se hodí při přepravě radioaktivních látek nebo výbušnin.
Únavové testy také ukazují perspektivu: více než milion cyklů bez selhání. To je odolnost, která v podobných podmínkách zahanbuje běžnou ocel, a otevírá možnosti použití v odvětvích, jako je obrana nebo letectví, kde selhání nepřipadá v úvahu. Stejně jako v případě jiných nedávných vývojových trendů v oblasti materiálů, i zde možnosti přesahují původní představy.
Výzkumníci vyvinuli výpočetní model, který vypočítává přesnou tloušťku potřebnou pro každou aplikaci. Systém je dostatečně přesný na to, aby optimalizoval hmotnost a náklady bez snížení ochrany, a výpočty naznačují, že i tenčí vrstvy by mohly překonat pevnou ocel. To není nijak složité.
Výroba podle týmu také nevyžaduje vědeckofantastické průmyslové procesy, což usnadňuje škálovatelnost. Stejně jako u jiných pokroků, jako jsou sodíkové baterie, které se honí za lithiem, i zde jde o vývoj s okamžitým a životaschopným využitím. Nejprve však bude muset projít certifikací amerického ministerstva dopravy, což není zrovna rychlý proces.
CMF ukazuje, že ocel lze překonat v pevnosti a zároveň snížit hmotnost a přidat vynikající tepelné schopnosti. Je to rozumný přístup, který by mohl změnit bezpečnostní standardy v odvětvích, kde jsou následky selhání nepřijatelné. Uvidíme, zda průmysl přijme tuto změnu paradigmatu, až přijde čas na obnovu vozových parků a zařízení.
Potenciální aplikace kompozitní kovové pěny
Kompozitní kovová pěna není slibná pouze pro železniční přepravu nebezpečných materiálů. Její schopnost pohlcovat nárazy a odolávat vysokým teplotám ji předurčuje k různým aplikacím. Ve vojenství by se mohla používat k výrobě lehčího a účinnějšího pancéřování vozidel a neprůstřelných vest. V leteckém průmyslu by její odolnost vůči únavě a teplu mohla zvýšit bezpečnost a účinnost letadel. A ve stavebnictví by CMF mohla nabídnout inovativní řešení pro konstrukce, které vyžadují vysokou pevnost a nízkou hmotnost.
Další oblastí, kde by CMF mohla mít významný dopad, je radiační ochrana. Studie ukázaly, že CMF dokáže blokovat gama a neutronové záření, což z ní činí ideálního kandidáta pro ochranu pracovníků v jaderných elektrárnách nebo pro použití v kontejnerech na skladování radioaktivního odpadu.
Kromě toho je CMF díky své schopnosti pohlcovat energii užitečná při výrobě bezpečnostních zařízení, jako jsou ochranné přilby nebo silniční zábrany, kde je pohlcování nárazů rozhodující pro snížení rizika zranění.
Budoucnost kompozitní kovové pěny
Vývoj kompozitní kovové pěny je příkladem toho, jak mohou materiálové inovace změnit celá průmyslová odvětví. Aby však CMF plně využila svého potenciálu, bude třeba překonat problémy v oblasti regulace a výroby. Přijetí na trhu bude také záviset na schopnosti výrobců prokázat, že CMF má nejen lepší vlastnosti, ale je také cenově konkurenceschopná ve srovnání s tradičními materiály.
Kompozitní kovová pěna představuje významný průlom ve vědě o materiálech, který má potenciál způsobit revoluci v klíčových odvětvích, jako je doprava, obrana a stavebnictví. Vzhledem k tomu, že výzkum a testování pokračují, je pravděpodobné, že v příštích letech dojde k širšímu rozšíření tohoto inovativního materiálu.