威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的工程師們創(chuàng)造了一種新型納米纖維材料，在防止高速彈丸撞擊方面，其性能優(yōu)于廣泛使用的同類材料（包括鋼板和凱夫拉織物）。

研究人員說：“我們的納米纖維墊表現(xiàn)出的保護性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他材料系統(tǒng)，而且重量更輕?！?/p>

為了制造這種材料，研究人員將多壁碳納米管（每層只有一個原子厚的碳圓柱體）與 Kevlar 納米纖維混合在一起。由此產(chǎn)生的納米纖維墊在消散速度超過音速的微小彈丸的沖擊力方面表現(xiàn)出色。

這一進展為碳納米管在輕質(zhì)、高性能裝甲材料中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，例如，用于防彈背心以更好地保護佩戴者或用于航天器周圍的防護罩以減輕高速飛行微碎片造成的損害。

“納米纖維材料對于防護應(yīng)用非常有吸引力，因為與宏觀纖維相比，納米纖維具有出色的強度、韌性和剛度，”研究人員說：“到目前為止，碳納米管墊的能量吸收效果最好，我們想看看我們是否可以進一步提高它們的性能。”

他們找到了正確的化學(xué)反應(yīng)。該團隊合成了凱夫拉爾納米纖維，并將其中的少量加入到他們的碳納米管墊中，從而在纖維之間形成了氫鍵。這些氫鍵改變了納米纖維之間的相互作用，并且與凱夫拉爾納米纖維和碳納米管的正確混合物一起，導(dǎo)致了整體材料性能的巨大飛躍。

“氫鍵是一種動態(tài)鍵，這意味著它可以不斷地斷裂并再次重新形成，使其能夠通過這個動態(tài)過程耗散大量能量，”研究人員說：“此外，氫鍵為這種相互作用提供了更大的剛度，從而加強和硬化了納米纖維墊。當(dāng)我們通過添加凱夫拉爾納米纖維來改變墊子中的界面相互作用時，我們能夠在某些情況下實現(xiàn)近 100% 的能量耗散性能改進?！?/p>

研究人員在實驗室中使用激光誘導(dǎo)的微粒沖擊測試系統(tǒng)測試了他們的新材料。該系統(tǒng)是美國為數(shù)不多的類似系統(tǒng)之一，它使用激光將微型子彈射入材料樣本中。

“我們的系統(tǒng)的設(shè)計使得我們實際上可以在顯微鏡下挑選一顆子彈，并以非常可控的方式將其射向目標(biāo)，速度非常可控，可以從每秒 100 米一直變化到超過 1 公里每秒，”研究人員說：“這使我們能夠在一個時間尺度上進行實驗，我們可以觀察材料的反應(yīng)——當(dāng)氫鍵相互作用發(fā)生時?！?/p>

除了抗沖擊性外，新型納米纖維材料的另一個優(yōu)點是，與 Kevlar 一樣，它在非常高和非常低的溫度下都很穩(wěn)定，因此可用于各種極端環(huán)境中的應(yīng)用。文章來源：賢集網(wǎng)

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