麻省理工学院的研究人员已经开发出一种可以生产超细纤维的工艺，这种纤维的直径以纳米或十亿分之一米来衡量，这种纤维非常坚固和坚韧。这些纤维价格低廉，易于生产，可能成为许多应用的首选材料，如防护盔甲和纳米复合材料。
新过程，称为凝胶静电纺丝，通过MIT化学工程格雷戈里Rutledge和Postdoc Jay Park的麻省理工学院教授描述。本文出现在线，将在2月份版本发布材料科学杂志。
在材料科学，Rutledge解释说：“有很多权衡。”通常，研究人员可以增强一种物质的一个特征，但会看到不同特征的下降。“力量和韧性是一双这样的：通常在你得到高度的力量时，你会失去韧性的东西，”他说。“该材料变得更脆，因此没有吸收能量的机制，并且往往会破裂。”但在新过程所做的纤维中，许多这些权衡都被淘汰出局。
拉特里奇说:“当你得到一种具有很高强度和很高韧性的材料时，这是一件大事。”这就是这个过程的情况，它使用了一种被称为凝胶旋转的传统方法的变体，但增加了电力。其结果是，聚乙烯超细纤维的性能达到或超过了一些最强纤维材料的性能，如凯夫拉尔纤维(Kevlar)和Dyneema纤维(Dyneema)，这些材料被用于防弹防弹衣等领域。
“我们开始使用一项任务，使纤维在不同的尺寸范围内，即低于1微米的一米米，因为这些拥有各种有趣的功能，”Rutledge说。“我们已经看过这种超细纤维，有时叫做纳脂纤维，多年来。但是没有任何称为高性能纤维范围的东西。“高性能纤维包括诸如Kevlar和凝胶纺粘物如Dyneema和Spectra等芳族聚酰胺，用于极端用途的绳索中，并且在一些高性能复合材料中作为增强纤维。
“多年来，”这种领域未发生全面的全面进展，因为它们在该机械空间中具有非常顶级的纤维，“Rutledge说。但他说，这种新材料超过了所有其他材料。“真正让那些分开的是我们称之为特定模量和特定强度的东西，这意味着它们在每权重的基础上，他们擅长一切。”模量是指纤维的僵硬是多么僵硬，或者它抗蚀剂的拉伸。
用于生产纤维的设备示意图显示了一个加热的注射器(左图)，通过这个注射器，溶液被挤出，一个腔室(右图)，在这个腔室中，纤维束受到电场的作用，使它们旋转到最佳性能……更多的
与广泛应用于复合材料中的碳纤维和陶瓷纤维相比，新型凝胶电纺聚乙烯纤维具有相似的强度，但较强的韧性和较低的密度。拉特里奇说，这意味着，就每一磅而言，它们的表现都远远超过了标准材料。
在制造这种超细材料的过程中，研究小组的目标只是匹配现有的微纤维的特性，“所以证明这一点对我们来说是一个很好的成就，”拉特里奇说。事实上，这些材料在很多方面都变得更好了。他说，虽然测试材料的模量没有现有最好的纤维那么好，但它们非常接近，足以“具有竞争力”。最关键的是，他补充道，“这些优势大约比商业材料好两倍，可与最好的学术材料相媲美。”他们的韧性要高出一个数量级。”
研究人员仍在调查是什么导致了这种令人印象深刻的表现。拉特利奇说:“这似乎是我们收到的礼物，纤维大小减少了，这是我们没有预料到的。”
他解释说“大多数塑料很难，但它们并不像我们所获得的那样僵硬和强烈。”玻璃纤维僵硬但不是很强，而钢丝坚固但不是很僵硬。新的凝胶电纺纤维似乎结合了所需的素质强度在某些方面，几乎没有人能与之匹敌。
使用凝胶静电纺丝过程“就我们引入的材料而言，本质上与传统的[凝胶纺丝]过程非常相似，但因为我们使用的是电力”，而且使用的是单级过程，而不是传统过程的多个阶段，他说:“我们得到了更多高度拉伸的纤维”，直径只有几百纳米，而不是典型的15微米。研究人员的过程结合使用聚合物凝胶作为起始材料，就像凝胶纺丝纤维一样，但使用电力而不是机械拉出纤维;这些带电纤维会引起“鞭笞”不稳定过程，从而产生超细尺寸。这些狭窄的维度，导致了它的独特性质纤维。
这些结果可能会导致保护材料与现有材料一样坚固，但体积较小，使它们更实用。而且，拉特里奇补充说，“它们可能有我们还没有考虑到的应用，因为我们刚刚了解到它们有这种程度的韧性。”
提交：•先进的材料
