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可經(jīng)受超音速撞擊的蛋白質(zhì)材料問世
文章來源:科技日報     更新時間:2022-12-21 09:09:06
英國肯特大學(xué)團隊創(chuàng)造了一種新的減震材料并獲得了專利,這種材料可徹底改變國防和行星科學(xué)領(lǐng)域。這種新型的基于蛋白質(zhì)的材料家族被命名為踝蛋白沖擊吸收材料(TSAM),代表了已知的第一個能夠吸收超音速射彈沖擊力的合成生物學(xué)材料,為開發(fā)下一代防彈裝甲和彈丸捕獲材料打開了大門,從而能夠研究太空和高層大氣中的超高速撞擊。該研究發(fā)表在最近的bioRxiv預(yù)印本網(wǎng)站上。

  研究人員解釋說,對細胞天然減震器踝蛋白(Talin)的研究表明,該分子包含一系列二元開關(guān)結(jié)構(gòu)域,這些結(jié)構(gòu)域在張力下打開,并在張力下降后再次折疊。這種對力的反應(yīng)使踝蛋白具有分子減震特性,保護人體細胞免受較大力量的影響。將踝蛋白聚合成TSAM時,踝蛋白單體的減震特性賦予了材料令人難以置信的性能。

  研究團隊展示了TSAM的實際應(yīng)用,這種水凝膠材料經(jīng)受住了1.5公里/秒的超音速撞擊,這要比太空粒子撞擊自然和人造物體的速度(通常大于1公里/秒)以及槍口速度(通常在0.4—1.0公里/秒間)都要快。該團隊還發(fā)現(xiàn)TSAM不僅可吸收玄武巖顆粒(直徑約60微米)和較大的鋁彈片的沖擊,還可在沖擊后保存這些顆粒和碎片。

  目前的防彈衣通常由陶瓷面和纖維增強復(fù)合材料組成,這種材料既笨重又不方便。雖然這種裝甲可有效阻擋子彈和彈片,但無法阻擋可能導(dǎo)致裝甲后方鈍傷的動能。此外,這種形式的裝甲在撞擊后通常會受到不可逆轉(zhuǎn)的損壞,因為結(jié)構(gòu)完整性受損會阻止進一步使用。

  如果將TSAM結(jié)合到新的裝甲設(shè)計中,或可成為這些傳統(tǒng)技術(shù)的替代品,提供更輕、更耐用的裝甲,保護穿戴者免受更廣泛的傷害,包括由沖擊引起的損害。

  TSAM在撞擊后捕獲和保存射彈的能力也使其適用于航空航天領(lǐng)域,該領(lǐng)域需要能量耗散材料來有效收集空間碎片、空間塵埃和微流星體以供進一步研究。捕獲的射彈有助于設(shè)計航空航天設(shè)備,提高宇航員的安全性和昂貴的航空航天設(shè)備的使用壽命。

  總編輯圈點

  先進材料的研發(fā)本身屬于高科技,與此同時,它們對諸多高科技領(lǐng)域發(fā)展有著極其重要的支撐作用。比如,可拉伸、自修復(fù)、可生物降解的半導(dǎo)體材料能夠用于研制柔性電子器件,大大彌補硬質(zhì)電子器件之不足;再比如,有“人造太陽”之稱的核聚變實驗裝置,其偏濾器不斷承受最為嚴酷的高溫和粒子流的沖擊,鎢銅復(fù)合材料成為制造這種器件的理想選擇。數(shù)不勝數(shù)的例子告訴我們,實現(xiàn)高水平科技自立自強,必須重視材料技術(shù)的發(fā)展,實現(xiàn)“材料強國”是邁向科技強國的必經(jīng)之路。

 
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