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新型輕質(zhì)超級材料可以對抗子彈，偏轉(zhuǎn)太空碎片
文章來源：賢集網(wǎng)     更新時(shí)間：2022-03-01 15:29:42
新型輕質(zhì)超級材料可以對抗子彈，偏轉(zhuǎn)太空碎片作者：威斯康星大學(xué)麥迪遜分校 的 Adam Malecek學(xué)分：CC0 公共領(lǐng)域威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的工程師們創(chuàng)造了一種納米纖維材料，在防止高速彈丸撞擊方面，其性能優(yōu)于廣泛使用的同類材料（包括鋼板和凱夫拉織物）。基本上，它比防彈更好。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的威斯康星大學(xué)麥迪遜分校工程物理學(xué)助理教授 Ramathasan Thevamaran 說：“我們的納米纖維墊表現(xiàn)出的保護(hù)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他材料系統(tǒng)，而且重量更輕。”

他和他的合作者在最近發(fā)表在ACS Nano雜志上的一篇論文中詳細(xì)介紹了這一進(jìn)展。

為了制造這種材料，Thevamaran 和博士后研究員 Jizhe Cai 將多壁碳納米管（每層只有一個(gè)原子厚的碳圓柱體）與 Kevlar 納米纖維混合在一起。由此產(chǎn)生的納米纖維墊在消散速度超過音速的微小彈丸的沖擊力方面表現(xiàn)出色。

這一進(jìn)展為碳納米管在輕質(zhì)、高性能裝甲材料中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，例如，用于防彈背心以更好地保護(hù)佩戴者或用于航天器周圍的防護(hù)罩以減輕高速飛行微碎片造成的損害。

“納米纖維材料對于防護(hù)應(yīng)用非常有吸引力，因?yàn)榕c宏觀纖維相比，納米纖維具有出色的強(qiáng)度、韌性和剛度，”Thevamaran 說。“到目前為止，碳納米管墊的能量吸收效果最好，我們想看看我們是否可以進(jìn)一步提高它們的性能。”

他們找到了正確的化學(xué)反應(yīng)。該團(tuán)隊(duì)合成了凱夫拉爾納米纖維，并將其中的少量加入到他們的碳納米管墊中，從而在纖維之間形成了氫鍵。這些氫鍵改變了納米纖維之間的相互作用，并且與凱夫拉爾納米纖維和碳納米管的正確混合物一起，導(dǎo)致了整體材料性能的巨大飛躍。

“氫鍵是一種動(dòng)態(tài)鍵，這意味著它可以不斷地?cái)嗔巡⒃俅沃匦滦纬桑蛊淠軌蛲ㄟ^這個(gè)動(dòng)態(tài)過程耗散大量能量，”Thevamaran 說。“此外，氫鍵為這種相互作用提供了更大的剛度，從而加強(qiáng)和硬化了納米纖維墊。當(dāng)我們通過添加凱夫拉爾納米纖維來改變墊子中的界面相互作用時(shí)，我們能夠在某些情況下實(shí)現(xiàn)近 100% 的能量耗散性能改進(jìn)。超音速撞擊速度。”

帶上子彈。研究人員在 Thevamaran 的實(shí)驗(yàn)室中使用激光誘導(dǎo)的微粒沖擊測試系統(tǒng)測試了他們的新材料。該系統(tǒng)是美國為數(shù)不多的類似系統(tǒng)之一，它使用激光將微型子彈射入材料樣本中。

“我們的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使得我們實(shí)際上可以在顯微鏡下挑選一顆子彈，并以非常可控的方式將其射向目標(biāo)，速度非常可控，可以從每秒 100 米一直變化到超過 1 公里每秒，”Thevamaran 說。“這使我們能夠在一個(gè)時(shí)間尺度上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，我們可以觀察材料的反應(yīng)——當(dāng)氫鍵相互作用發(fā)生時(shí)。”

除了抗沖擊性外，新型納米纖維材料的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與 Kevlar 一樣，它在非常高和非常低的溫度下都很穩(wěn)定，因此可用于各種極端環(huán)境中的應(yīng)用。



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來源：賢集網(wǎng)
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