基于納米碳柱結(jié)構(gòu)的新型裝甲材料（來自：MIT）
通過激光處理以形成由重復(fù)的微觀支柱組成的晶格結(jié)構(gòu)，然后將這種材料置于高溫真空室，以將聚合物轉(zhuǎn)化為超輕碳。據(jù)說研究人員的靈感，來自于專為吸收沖擊而設(shè)計(jì)的特殊泡沫的啟發(fā)。
研究主要作者 Carlos Portela 表示：“此前我們已經(jīng)在節(jié)能建筑用的泡沫材料中見過它的身影，盡管常見的碳材料很脆，但納米結(jié)構(gòu)中的小尺寸支柱排列，又讓它形成了類似橡膠的彎曲主導(dǎo)結(jié)構(gòu)”。
新材料可吸收粒子“炮彈”沖擊，而不是讓它們?cè)跊_擊過程中碎裂。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這種晶格材料的特性，能夠通過微調(diào)其結(jié)構(gòu)來改變。比如碳支柱的不同排列，就賦予了它們不同的特性。
雖然這是納米級(jí)結(jié)構(gòu)材料的一種共同特征，但 MIT 團(tuán)隊(duì)使用了一種有趣的方法，來研究其在現(xiàn)實(shí)條件下的特定影響。
高速攝像機(jī)拍攝下的微粒對(duì)納米結(jié)構(gòu)材料的沖擊影響 - 1
Carlos Portela 表示：“我們只知道它們?cè)诰徛巫儬顟B(tài)下的反應(yīng)，但諸多實(shí)際用途都被假定幾乎沒有給你緩沖以應(yīng)對(duì)的時(shí)間”。
撞擊實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在一側(cè)涂有金膜和氧化硅顆粒的載玻片，然后將超快激光照射到載玻片上，等待等離子體或快速膨脹氣體的產(chǎn)生，從而將粒子從表面推向目標(biāo)。
高速攝像機(jī)拍攝下的微粒對(duì)納米結(jié)構(gòu)材料的沖擊影響 - 2
調(diào)節(jié)激光功率，反過來也會(huì)影響彈射的速度，以便科學(xué)家們能夠在針對(duì)新裝甲材料的潛力研究中，開展基于不同速度的一系列試驗(yàn)。
期間嘗試了以每秒 40 ~ 1100 米（89 ~ 2460 英里 / 小時(shí)）的速度發(fā)射粒子，因而必須動(dòng)用高速攝像機(jī)來捕捉超音速狀況下的撞擊事件。
MIT 團(tuán)隊(duì)通過測(cè)試得出了一種可吸收粒子拋射物的先進(jìn)材料
研究團(tuán)隊(duì)還用不同厚度的碳柱展開了一系列測(cè)試，以找到最佳的設(shè)計(jì)方案。比如通過將顆粒嵌入于材料中，而不是硬碰硬地撕裂它。
Carlos Portela 解釋稱：“我們證明了這種材料可吸收大量能量，因其在納米尺度上的沖擊壓實(shí)機(jī)制，與完全致密且整體的非納米結(jié)構(gòu)材料相比有更顯著的優(yōu)勢(shì)”。
新材料比人類頭發(fā)絲還要纖細(xì)
在對(duì)這種比人類頭發(fā)絲直徑還要纖細(xì)的材料進(jìn)行深入分析后，研究人員發(fā)現(xiàn)它能夠比同等重量的鋼、鋁、甚至凱夫拉纖維，都更加有效地吸收沖擊。
展望未來，這項(xiàng)技術(shù)有望運(yùn)用到國防與航天等領(lǐng)域的超輕質(zhì)抗沖擊裝甲或防護(hù)涂層上，以及推動(dòng)新型防爆盾的設(shè)計(jì)研發(fā)。感興趣的朋友，可移步至《自然材料》期刊以查看全文。
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