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科學(xué)家制造出優(yōu)于凱夫拉爾纖維的輕質(zhì)裝甲材料

2022-03-02 17:16:25cnBeta.COM閱讀量：1493 我要評論


　　重量通常是科學(xué)家們推動防彈材料邊界的一個關(guān)鍵考慮因素，他們想象的盔甲在保證穿戴者安全的同時也能提高他們的機動性。來自威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的工程師們現(xiàn)在已經(jīng)制造出一種新型超輕裝甲材料，被稱為“納米纖維墊”，它具有獨特的化學(xué)特性從而使其性能優(yōu)于凱夫拉爾纖維和鋼。
 
　　這種新型裝甲的基礎(chǔ)是厚度只有一個原子的微小碳柱。這些被稱為碳納米管，從晶體管研究到治療視力下降再到炸彈探測裝置，該種材料已經(jīng)顯示出作為下一代材料的發(fā)展前景。
 
　　在調(diào)整碳納米管用于裝甲材料時，這項新研究的作者們采用了多壁版的碳納米管并將其跟凱夫拉爾納米纖維相結(jié)合。這個想法則是在早期研究的基礎(chǔ)上--證明這些材料在吸收沖擊方面的潛力，以看看它們是否可以被塑造成一個更加實用的護甲解決方案。
 
　　領(lǐng)導(dǎo)這項研究的Ramathasan Thevamaran說道：“納米纖維材料對保護性應(yīng)用非常有吸引力，因為跟宏觀規(guī)模的纖維相比，納米規(guī)模的纖維具有出色的強度、韌性和剛度。截止到目前，碳納米管墊顯示了好的能量吸收，我們想看看我們是否能進一步提高它們的性能。”
 
　　為了做到這一點，科學(xué)家們對化學(xué)進行了修補，直到他們找到了成功的秘方。他們合成了凱夫拉爾纖維并將其少量納入由碳納米管組成的“墊子”中，兩者的比例恰到好處，這使得纖維之間能過產(chǎn)生氫鍵。這些鍵的結(jié)果是性能的巨大飛躍。
 
　　Thevamaran表示：“氫鍵是一種動態(tài)鍵，這意味著它可以連續(xù)斷裂并再次重新形成，這允許它通過這一動態(tài)過程耗散大量的能量。此外，氫鍵為這種相互作用提供了更多的硬度從而加強了納米纖維墊的強度和硬度。當(dāng)我們通過添加凱夫拉爾纖維來修改我們墊子中的界面相互作用時，我們能在某些超音速沖擊速度下實現(xiàn)近100%的能量耗散性能改進。”
 
　　該團隊使用一個微彈丸沖擊測試系統(tǒng)對該材料進行了測試。據(jù)悉，該系統(tǒng)使用激光以不同的速度向材料樣品發(fā)射微彈丸來展開測試。
 
　　Thevamaran介紹道：“我們的系統(tǒng)是這樣設(shè)計的，我們實際上可以在顯微鏡下挑選一顆子彈并以一種非?？煽氐姆绞綄δ繕?biāo)進行射擊，其速度可以從每秒100米一直到每秒超過1公里的速度變化。這使我們能在一個時間尺度上進行實驗，我們可以觀察材料的反應(yīng)--當(dāng)氫鍵相互作用發(fā)生時。”
 
　　實驗表明，這種新型材料比凱夫拉織物和鋼板更能保護人們免受高速沖擊。這為高性能、超輕裝甲材料提供了基礎(chǔ)，而不僅僅是在防彈衣中。據(jù)研究人員介紹稱，這種材料有可能讓航天器吸收高速空間碎片的沖擊。
 
　　Thevamaran說道：“我們的納米纖維墊表現(xiàn)出的保護性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其他材料系統(tǒng)，而且重量也更輕。”
 
　　原標(biāo)題：科學(xué)家制造出優(yōu)于凱夫拉爾纖維的輕質(zhì)裝甲材料
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