Сверхлегкий материал брони из крошечных карбоновых стоек превосходит кевлар

Легкий вес и тонкая форма - два очень желательных атрибута, когда речь идет о броневых материалах нового поколения, и мы видим, как ученые добиваются впечатляющих успехов в этой области, вдохновляясь самыми разными материалами - от морских улиток, чешуи животных до пенопластов с тонкой структурой.

Последний пример - ученые-материаловеды из Массачусетского технологического института, которые использовали передовую наноразмерную инженерию для создания нового броневого материала, который, по их словам, превосходит кевлар и сталь.

Новый перспективный материал

Отправной точкой для создания нового перспективного материала стала светочувствительная смола, которая была обработана лазером для формирования решетчатого рисунка, состоящего из повторяющихся микроскопических стоек. Затем этот материал поместили в высокотемпературную вакуумную камеру, которая превратила полимер в ультралегкий углерод с архитектурой, изначально вдохновленной специальными пенопластами, предназначенными для поглощения ударов.

"Исторически такая геометрия используется в пенопластах, смягчающих удары", - говорит ведущий автор работы Карлос Портела. "Хотя углерод обычно хрупкий, расположение и малые размеры стоек в наноархитектурном материале создают резиновую архитектуру с преобладанием изгиба".

Команда обнаружила, что свойства этого решетчатого материала можно изменять, настраивая его тонко настроенную архитектуру, причем разное расположение углеродных стоек придает ему разные свойства. Это обычная характеристика материалов, состоящих из наноразмерных структур, но команда использовала интересный подход для изучения этих эффектов в реальных условиях.

В ходе испытаний ученые Массачусетского технологического института разработали усовершенствованный материал, который поглощает снаряды с частицами, а не разрывается на части при ударе
В результате испытаний ученые Массачусетского технологического института создали усовершенствованный материал, который поглощает частицы снарядов, а не разрывается на части при ударе.
"Мы знаем об их реакции только в режиме медленной деформации, в то время как гипотетически их практическое использование предполагается в реальных приложениях, где ничто не деформируется медленно", - говорит Портела.

В экспериментах по удару использовался стеклянный слайд, покрытый золотой пленкой с частицами оксида кремния на одной стороне. Затем на предметное стекло направляется ультрабыстрый лазер, который генерирует плазму, или быстро расширяющийся газ, который посылает частицы, отлетающие от поверхности в сторону мишени. Регулировка мощности лазера, в свою очередь, регулирует скорость снарядов, что позволяет ученым экспериментировать с различными скоростями при изучении потенциала их нового броневого материала.

В ходе испытаний частицы выстреливались со скоростью от 40 до 1100 метров в секунду (89-2 460 миль/ч), что соответствует сверхзвуковым скоростям, а высокоскоростные камеры фиксировали события столкновения для изучения. Этот подход также позволил протестировать различные конструкции с карбоновыми стойками разной толщины, что позволило команде выбрать оптимальную конструкцию, при которой частицы внедряются в материал, а не пробивают его насквозь.

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

"Мы показали, что материал может поглощать большое количество энергии благодаря механизму ударного уплотнения раскосов на наноуровне, в отличие от чего-то полностью плотного и монолитного, а не наноархитектурного", - говорит Портела.

Согласно проведенному командой анализу материала, толщина которого меньше ширины человеческого волоса, он может поглощать удары более эффективно, чем сталь, алюминий или даже кевлар сопоставимого веса. Таким образом, при расширении подхода он может послужить основой для создания альтернативной брони, более легкой и прочной, чем традиционные материалы.

"Знания, полученные в ходе этой работы... могут обеспечить принципы проектирования сверхлегких ударопрочных материалов [для использования в] эффективных броневых материалах, защитных покрытиях и взрывоустойчивых щитах, необходимых в оборонных и космических приложениях", - говорит соавтор Джулия Р. Грир. опубликовано econet.ru по материалам newatlas.com

Подписывайтесь на Эконет в Pinterest!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet