一项由陆军资助的研究确定了一种新材料，这种材料可能会制造轻型装甲、防护涂层、防爆盾和其他抗冲击结构。
麻省理工学院、加州理工学院和ETH Zürich的美国陆军士兵纳米技术研究所的研究人员发现，由精确图案的纳米桁架形成的材料比凯夫拉尔纤维和钢铁更坚固。亚博网站下载
在实验中，被称为纳米结构材料的超轻结构吸收了加速到超音速的微观弹丸的冲击。亚博网站下载
“在增加保护的同时减少士兵的负重是我们研究的一个过度主题，”美国陆军作战能力发展司令部(DEVCOM，陆军研究实验室)ISN项目经理James Burgess博士说。“这个项目是这种努力的一个很好的例子，射弹能量吸收是基于纳米结构机制。”
这项研究发表在自然材料亚博网站下载他发现这种材料可以防止子弹穿过它。
“同样质量的材料比同样质量的凯夫拉尔更能有效地阻挡投射物，”该研究的主要作者、麻省理工学院机械工程助理教授卡洛斯·波特拉博士说。
研究人员计算出，这种新材料比钢铁、凯夫拉尔纤维、铝和其他同等重量的抗冲击材料更能有效地吸收冲击。亚博网站下载
“这项工作的知识……可以为国防和太空应用所需的高效装甲材料、防护涂层和防爆盾牌提供超轻抗冲击材料的设计原则。”亚博网站下载加州理工学院材料科学、力学和医学工程教授茱莉亚·r·格里尔博士(Julia R. Greer)说，她亚博网站下载的实验室亚博老虎机网登录制造了这种材料。
众所周知，纳米结构材料具有令人印亚博网站下载象深刻的特性，如非凡的轻度和弹性;然而，到目前为止，附加应用程序的潜力在很大程度上还没有经过测试。
“我们只知道它在缓慢变形状态下的反应，而它们的很多实际应用都是假设在现实世界中，没有什么东西会缓慢变形。”Portela说。
为了帮助填补这一重要的知识空白，研究小组开始研究纳米结构材料的快速变形，比如高速碰撞造成的变形。亚博网站下载在加州理工学院，研究人员首先利用双照片光刻技术制作了一种重复的图案，称为四十面体——一种由微观支柱组成的晶格结构——这种技术使用高功率激光在光敏树脂中固化微观结构。
为了测试四角十面体对极端快速变形的弹性，该团队在麻省理工学院进行了实验，使用了isn开发的激光诱导粒子冲击阵列。这个装置通过玻璃片瞄准超快激光。当激光通过幻灯片时，它会产生等离子体，即气体立即膨胀，将粒子发射到目标。yabo214
通过调节激光的功率来控制微粒弹的速度，研究人员测试了超音速范围内微粒的速度。
“有些实验很容易就达到了声速的两倍，”Portela说。
利用高速摄像机，研究人员捕捉到了微粒子撞击纳米结构材料的视频。yabo214他们制造了两种不同密度的材料。对这两种材料的冲击反应进行比较后发现，密度越大的亚博网站下载材料弹性越大，微粒往往会嵌入材料而不是撕开。yabo214
为了更仔细地观察，研究人员仔细地切开嵌入的微粒和纳米结构的目标。yabo214他们发现，嵌入粒子下方的支柱在受到冲击时发生了弯曲和压缩，但周围的支柱完好无损。
“我们展示了这种材料可以吸收大量的能量，因为这种支柱在纳米尺度上的冲击压实机制，而不是完全致密和整体的材料，而不是纳米架构的材料。”Portela说。
今后，Portela计划探索碳以外的各种纳米结构，以及扩大这些纳米结构生产的方法，所有这些目标都是设计更坚韧、更轻的材料。亚博网站下载
“纳米材料作为缓解影响的材料确实很亚博网站下载有前途，”Portela说。“我们对它们还有很多不了解的地方，我们正在着手解决这些问题，并为它们的广泛应用打开大门。”
美国陆军于2002年建立了麻省理工学院纳米技术研究所，作为一个跨学科研究中心，以显著提高士兵和士兵支持平台和系统的保护、生存能力和任务能力。
除了通过该研究所提供的陆军资金，美国海军研究办公室和Vannevar Bush学院奖学金也支持了这项研究。
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作为陆军的国家研究实验室，ARL正在运作科学，以实现转型超越。亚博老虎机网登录通过跨司令部核心技术能力的合作，DEVCOM在发现、开发和交付基于技术的能力方面处于领先地位，这是使士兵更成功地赢得国家战争和安全回家所必需的。DEVCOM陆军研究实验室是美国陆军作战能力发展司令部的一个组成部分。DEVCOM是陆军未来司令部的一个主要下属司令部。
来源:https://www.army.mil/arl