Nový výskum zistil, že nanomateriály s mriežkovou štruktúrou môžu lepšie rozložiť vplyv malých projektilov.
Nový výskum, financovaný z armády a námorníctva a zverejnené v júni dokazuje, že nový druh architektúry nanomateriálov bol odolný voči super-malým projektilom, čo by mohlo v budúcnosti viesť k silnejšiemu pancierovaniu.
Guľka je kovová hmota pri rýchlosti, navrhnutá tak, aby roztrhla dieru v človeku. Nepriestrelné brnenie, od raného kovového plátu cez kevlar až po pokročilejšie koncepty, funguje tak, že sa rozptýli túto energiu čo najrýchlejšie a najefektívnejšie, pričom v ideálnom prípade zostane nositeľ namiesto toho pomliaždený prepichnutý.
Aby bolo nepriestrelné brnenie účinné, musí rýchlo rozložiť a utlmiť energiu striel musí byť odolná voči opakovaným nárazom a musí byť dostatočne ľahká a užitočná na to, aby ľudia skutočne používali nosiť to.
kevlar, vynájdený v roku 1965, je päťkrát pevnejšia ako oceľ. Umožnil moderný pancier, pretože umožňoval ochranu pri oveľa nižšej hmotnosti ako v minulosti. Kevlar má stále limity, pretože ho môžu roztrhnúť črepiny alebo prepichnúť guľky s vyšším výkonom.
Nová štúdia publikovaná v Prírodné materiály ako „Odolnosť nanoarchitektovaného uhlíka proti nadzvukovému nárazu“ naznačuje, že väčšia schopnosť zastaviť guľky existuje v presnej nanoštruktúrnej architektúre nových materiálov.
"Nanoarchitektované materiály sú skutočne sľubné ako materiály na zmiernenie dopadov," povedal hlavný autor štúdie Carlos Portela, odborný asistent strojného inžinierstva na MIT. vo vydaní. "Je toho veľa, čo o nich ešte nevieme, a my začíname túto cestu k zodpovedaniu týchto otázok a otváraniu dverí ich rozšíreným aplikáciám."
[Súvisiace: Americká armáda chce silové polia, ktoré by mohli zastaviť jadrové rakety]
Výskumníci zistili, že mriežková štruktúra pyrolytického uhlíka, ťažká na vzperách a otvorených priestoroch, bola silnejšia ako hustejšia štruktúra s menším priestorom na absorbovanie alebo rozptýlenie nárazu.
„Ukazujeme, že materiál dokáže absorbovať veľa energie vďaka tomuto nárazovému zhutňovaciemu mechanizmu vzpier v nanoúrovni oproti niečomu, čo je úplne husté a monolitické, nie nanoarchitektizované,“ povedal Portela.
Na vypustenie projektilu v nanorozmere na uhlíkovú štruktúru výskumníci namierili laser cez sklíčko potiahnuté zlatom, ktoré tlačili častice na cieľ vysokou rýchlosťou.
Častice zrýchlené laserom sa pohybovali rýchlosťou od 40 do 1 100 metrov za sekundu. Nízka rýchlosť je asi 89 mph, alebo o niečo pomalšia ako rýchla loptička z a Nadhadzovač hlavnej ligy. Na hornom konci je to asi 2 460 míľ za hodinu alebo približne 700 míľ za hodinu rýchlejšie ako guľka z typická útočná puška.
Keď tieto projektily zasiahli rýchlosťou, materiál sa v mieste priameho zásahu pokrčil, no zostávajúca štruktúra zostala nedotknutá. Tým, že má priestor na absorbovanie a rozptyľovanie energie, architektúra nanomateriálov zostala nedotknutá, pričom projektil bol zapustený v ráme, ale neprepichol ho.
„Jeho architektúra a efekty veľkosti materiálu v nanoúrovni poskytujú špecifickú disipáciu energie ~ o 70 % lepšiu ako u kevlarových kompozitov a nanoúrovní. polystyrénové fólie pre rovnakú špecifickú energiu nárazu,“ píšu autori štúdie s návrhom, že pevnosti materiálu možno využiť pri väčšie váhy.
Ak áno, tieto drobné nosníky by mohli byť základom nového brnenia pre všetko od ľudí v boji až po objekty vo vesmíre. V druhom prípade povlak, ktorý môže chrániť pred nárazmi z úlomkov 17 500 mph a predĺžiť životnosť satelitov a kozmických lodí. Pokiaľ ide o nepriestrelné vesty, mohlo by to umožniť nielen ľahkú ochranu hláv a trupu, ale mohlo by byť dostatočne ľahké a užitočné na to, aby pokrylo oveľa väčšiu časť tela vojaka.
[Súvisiace: Zoznámte sa so ženou, ktorá vytvorila rekord v behu v 96-librovom obleku s bombou]
Predlžovanie dĺžky života vojakov v boji má podobu dvoch druhov zásahov. Jednou z oblastí, ktorá za posledné storočie zaznamenala obrovské zlepšenie, je bojová medicína, kde zastavenie krvácania, urýchlenie evakuácie a poskytovanie pomoci zmierňujú už napáchané škody. Druhým je brnenie, ktoré má tak často podobu hustých, ťažkých vozidiel, ako aj ťažkopádnych, no život zachraňujúcich viest a prilieb.
Ak brnenie odvodené z tohto výskumu môže byť pevnejšie ako kevlar pri rovnakej hmotnosti, alebo také silné ako súčasný kevlar ale je ľahší, stáva sa oveľa menej ako špecializované vybavenie a približuje sa jednoduchosti a funkčnosti každodenného života oblečenie.
Skoršie pokroky v brnení, ktoré ponúkajú okamžitú beztrestnosť v porovnaní s existujúcimi zbraňami, viedli k špecializovanému dizajnu protipancierové náboje, ktoré môžu zväčšiť hmotnosť projektilu a hustotu materiálu na prepichnutie raz nepriepustné bariéry. Proti špecializovaným zbraniam by každé nové brnenie odvodené z tohto výskumu mohlo naraziť na problémy.
To, čo sľubuje, ak bude fungovať vo veľkom meradle, ako aj autori dúfajú, je prostriedkom lepšej a ľahšej ochrany proti väčšine štandardných guliek, ktoré dnes armáda používa. Testovanie vo veľkom meradle určí, či rozptyl architektúry nanometrov funguje, čo z toho robí skutočný prípad nosníka, ale overte.