Три инженера из Хьюстонского университета недавно заинтересовались использованием хитина и методов 3D-печати для производства пуленепробиваемых покрытий. Исследование финансируется за счет гранта на 660 000 долларов от Министерства обороны США.
Разработка покрытий
Хотя университет заявляет, что кукуруза больше известна как экологически чистый биоматериал, хитин (производное глюкозы, содержащееся в экзоскелете членистоногих и клеточных стенках грибов) также представляет собой достаточно доступный материал, который после обработки можно использовать для замены продуктов, на данный момент изготавливаемых из пластмасс на нефтяной основе.
При обработке хитина получают хитозан, или деацетилированный хитин, пищевые волокна, которые также производят и продают в качестве пищевой добавки для лечения ожирения, повышенного уровня холестерина, повышенного артериального давления и болезни Крона.
"Что, если бы нам удалось обрабатывать эти материалы, придавая им определенные свойства, чтобы добиться прорыва в области пластмасс?", — задается вопросом Аламжир Карим, профессор кафедры химических и биомолекулярных технологий. "По сути они были бы биоразлагаемыми, поэтому могли бы разлагаться и возвращаться в лоно матери-природы".
Карим, ведущий исследователь проекта, также является директором Международного центра полимеров и мягких материалов и руководителем программы технологии материалов Хьюстонского университета. Венкатеш Балан, доцент кафедры машиностроения, и Меган Робертсон, доцент кафедры химических и биомолекулярных технологий, также являются ведущими исследователями.
Благодаря финансированию Министерства обороны, команда исследователей взялась за решение задачи по разработке жестких, прочных и противомикробных многослойных пленок, способных выдерживать различные ударные нагрузки, воздействие лазеров и при этом поглощать ядовитые газы.
Однако Карим заявляет, что разработка покрытий позволит использовать их не только в военных проектах, но и в других областях с целью защиты окружающей среды.
При поддержке Балана, чья лаборатория производит биомолекулы для медицинского и промышленного применения, команда использует химические и биологические процессы для производства молекул хитозана из панцирей ракообразных. Команда также пытается применить те же процессы к грибам, поскольку считается, что они демонстрируют более устойчивую степень полимеризации.
Как только будет получен стабильный источник полимеров хитозана, Робертсон планирует определить, как можно изменить атомный состав материала на поверхности, чтобы улучшить ее взаимодействие с функциональными слоями. До начала исследования Робертсон работала над созданием экологически безопасных и биоразлагаемых полимеров, получаемых из возобновляемых ресурсов.
По ее словам, как только будет достигнута высокая совместимость, покрытие будет обладать улучшенной способностью улавливать газ или поглощать энергию удара от пуль.
По завершении этих стадий исследования Карим собирается разработать многослойную систему, состоящую из упрочненного ударостойкого слоя; энергопоглощающего защитного слоя, аналогично тому, как современные автомобили предназначены для сминания при столкновении, чтобы защищать пассажиров в салоне; слоя, поглощающего ядовитый газ, с наночастицами древесного угля, диспергированными в хитозане; и тканого адгезионного слоя, который будет скреплять покрытие с полотном или другими тканями.
Его план предполагает 3D-печать различными наночастицами хитина и применение упрочненных структур из хитозана, а также их испытания для определения способности выдерживать ударные нагрузки.
По словам Карима, исследовательский проект направлен на защиту окружающей среды и однажды его результаты будут использовать в автомобильной и строительной отраслях, помимо прочих.
