Nanomaterialen kun je tegenwoordig steeds preciezer ontwerpen en dat leidt tot mechanische eigenschappen die je niet bij ‘homogene’ materialen ziet, zoals extreme sterkte gecombineerd met een licht gewicht. Maar zulk soort materialen zijn tot op heden vooral statisch getest. Onderzoekers van onder andere Caltech, MIT en Stanford wilden daarom uitzoeken hoe deze zogenoemde nanoarchitected materials varen bij supersonisch (>330 m/s) snelle inslagen.

Ze namen gecrosslinkte polymeerstructuren van IP-Dip fotolak en gebruikte twee-fotonlitografie en pyrolyse om de gewenste vorm te krijgen van pyrolytisch koolstof. Die gewenste vorm is een tetrakaidecaëder, ofwel een regelmatig veertienvlak, omdat zo’n veertienvlak voornamelijk een buigende respons heeft bij indrukken.

Met het materiaal in handen testten de onderzoekers hoe het reageert als je er SiO₂-microballetjes op afschiet. Afhankelijk van de snelheid van de balletjes springt de tetrakaidecaëder zonder schade terug in vorm na impact (<50 m/s), sla je er een krater in (>50 m/s) of blijven de balletjes zelfs zitten (vanaf 490 m/s).

Wat het team opviel was de hoge mate van energieverspreiding. Hun materiaal bleek de energie van het inkomende projectiel heel goed te kunnen verdelen over de gehele structuur. De specific energy dissipation is zelfs zo’n 70% hoger dan dat van Kevlar en nanoschaal polystyreenfilms bij dezelfde impactenergie. De onderzoekers concluderen dat een vergelijkbaar materiaal in de toekomst dienst kan doen als beschermingsmaterialen en coatings die beschermen tegen inslagen.

_{Portela, C. M. et al. (2021) Nat. Mat. doi.org/10.1038/s41563-021-01033-z}