100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Разработан сверхлегкий ударопрочный материал – альтернатива броне и кевлару

Разработан сверхлегкий ударопрочный материал – альтернатива броне и кевлару

Разработан сверхлегкий ударопрочный материал – альтернатива броне и кевлару

Новости

Группа исследователей из Массачусетского и Калифорнийского технологических институтов, а также Высшей технической школы Цюриха разработала сверхлегкий наноматериал, который может заменить кевлар, алюминий и другие ударопрочные материалы. Исследования показывают, что он эффективнее поглощает удары.

Для производства брони используются различные металлы, сплавы, пластики и композиционные вещества. Их недостатком является существенный вес. Также применяется кевлар, который считается одним из наиболее высокотехнологичных современных материалов.

Органотекстолит на основе ткани кевлара для защитных элементов бронежилета

Органотекстолит на основе ткани кевлара для защитных элементов бронежилета

Кевлар объединяет в себе механическую прочность с невысокой плотностью и массой. Кроме того, он устойчив к растяжению. В военном обмундировании кевлар выступает в качестве одного из слоев, главная задача которого – поглотить как можно большее количество энергии летящего снаряда. Этот эффект достигается благодаря особому сплетению волокон. Но даже по сравнению с кевларом наноматериал демонстрирует более высокие показатели.

Технология изготовления

Секрет прочности материала состоит в применении наноархитектуры. В основе – структуры углерода. В зависимости от их расположения слой приобретает определенные свойства. В данном случае – упругость и легкость. На первом этапе исследователи создали материал при помощи двухфотонной литографии. Метод заключается в быстром отверждении структур микроскопического размера с помощью мощного лазера и светочувствительной смолы.

Углеродный материал с наноархитектурой

Углеродный материал с наноархитектурой

При этом использовали повторяющийся узор тетракаидекаэдр. Он представляет собой решетку, состоящую из микроскопических распорок. Если в обычном состоянии углерод считается хрупким и жестким веществом, то этот тип наноархитектуры сделал его прочным и гибким.

Испытание на прочность

Следующий шаг – тестирование наноматериала на стойкость к экстремальным деформациям. Для этого его подвергли столкновениям с лазерными микрочастицами. В ходе эксперимента частицы оксида кремния (ширина 14 микрон) на высокой скорости ударялись об углеродный слой.

Ученые имели возможность регулировать мощность лазера, чтобы изменить скорость «снарядов» микрочастиц. Она варьировалась в пределах 40-1100 м/с. Это значит, что в некоторых случаях частицы оксида кремния летели в два раза быстрее скорости звука.

Читайте так же:
Как добывают и хранят нефть

Благодаря высокоскоростной съемке ученые отследили поведение материала. Оказалось, что микрочастицы встраиваются в него, а не прошивают насквозь. При этом в месте столкновения распорки стали плотнее, однако архитектуру слоя снаряды не повредили. Результаты открывают широкие перспективы для дальнейшего совершенствования технологии.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Разработан новый сверхлегкий материал для бронежилетов, который прочнее кевлара

Инженеры из Калифорнийского технологического института, Массачусетского технологического института и ETH в Цюрихе разработали материал с нано-архитектурой, сделанный из крошечных углеродных нановолокон. Он останавливает частицы, движущихся со сверхзвуковой скоростью, более эффективно, чем кевлар, материал, обычно используемый в средствах индивидуальной защиты.

Материал, пряди которого тоньше человеческого волоса, состоит из соединенных между собой тетрадекаэдров из пиролитических углеродов — углеродных стержней, образовавшихся при сильном нагреве. Тетракаидекаэдры — это структуры с 14 гранями: шесть с четырьмя сторонами и восемь с восемью сторонами. Эти 14-гранные структуры иногда называют «ячейками Кельвина» в честь лорда Кельвина, физика, который считал, что наилучшей формой будет заполнение пустого трехмерного пространства объектами одинакового размера с использованием минимальной площади поверхности.

тормозные колодки

Материал с наноархитектурой состоит из оригинальных структур нанометрового масштаба, которые имеют уникальные свойства — исключительную легкость и упругость.
Предоставлено исследователями

В то время как углерод обычно хрупок, расположение и небольшие размеры распорок в материале с наноархитектурой создают упругую архитектуру.

Исследователи изготовили материал из светочувствительного полимера с помощью двухфотонной литографии — метода, в котором для отверждения и формирования микроскопических структур используется высокоскоростной лазер. После обработки высокой температурой материал превратился в сверхлегкий углеродный полимер, напоминающий специальные пенопласты, которые применяются для поглощения ударов.

В процессе исследований было обнаружено, что материал можно «настраивать», то есть придавать ему различные свойства или изменять характеристики, корректируя параметры углеродных распорок.

Читайте так же:
Колыма и Аляска — дороги

При испытании опытных образцов в них были выстрелены сферические микро-снаряды оксида кремния диаметром 14 микрон со скоростью от 40 до 1100 м/с. Запись столкновений велась высокочастотными камерами, что позволило в деталях рассмотреть процесс при различных конфигурациях углеродных стоек. В итоге специалисты подобрали оптимальные параметры стоек, при которых частицы проникали в материал и задерживались в нем, не пролетая насквозь.

тормозные колодки

Исследователи проверили устойчивость материала, стреляя в него микрочастицами на сверхзвуковой скорости, и обнаружили, что материал, который тоньше человеческого волоса, не позволяет миниатюрным снарядам разорвать его.
Фото: Массачусетский технологический институт / Предоставлено исследователями

При более внимательном рассмотрении выяснилось, что отдельные стойки, непосредственно окружающие частицу, могут сминаться, но вся конструкция оставалась неповрежденной

Данный материал может поглощать много энергии, обладая свойствами ударного уплотнения стоек в наномасштабе. Он превосходит сталь более чем на 100 процентов и композиты из кевлара более чем на 70 процентов.

тормозные колодки

Свойства материала выглядят многообещающе: он может быть тоньше человеческого волоса, при этом принимает и поглощает удары гораздо эффективнее стали, алюминия и кевлара.
Предоставлено исследователями.

Результаты исследований, могут помочь в создании сверхлегких ударопрочных материалов, которые будут использоваться для изготовления брони, защитных покрытий и взрывозащищающих экранов, поэтому они идеально подходят для применения в оборонной промышленности и космических программах.

Но чтобы материал можно было использовать в реальных устройствах, исследователям необходимо будет найти способы масштабирования его производства и изучить, как другие материалы с наноархитектурой, в том числе сделанные из материалов, отличных от углерода, выдерживают высокие скорости ударов.

тормозные колодки

Исследователи могут прогнозировать ущерб, который будет нанесен материалу, используя математическую модель для оценки последствий ударов метеоритов.
Предоставлено исследователями

Сверхлегкая карбоновая броня, превосходящая сталь и кевлар

Сверхлегкая карбоновая броня, превосходящая сталь и кевлар

Если мы подумаем о материалах, которые составляют a доспехи нового поколения, две из характеристик, которые они должны иметь, — это их легкость и тонкая форма. В этом отношении ученые добились больших успехов. Последний пример находится в Массачусетском технологическом институте, где ученые разработали с помощью передовой наноразмерной инженерии материал, который сильнее чем кевлар и сталь.

Читайте так же:
Как МЧС обеспечивает безопасность на воде

Отправной точкой для этого материала была светочувствительная смола, которую обрабатывали лазером, чтобы сформировать решетчатый узор, состоящий из повторяющихся микроскопических точек. Затем материал был помещен в высокотемпературную вакуумную камеру, в результате чего полимер превратился в сверхлегкий углерод, напоминающий пену, которая была создана. поглощать шок.

Сложный, но эффективный

Хотя углерод часто бывает хрупким, расположение а небольшой размер точек в материале наноархитектуры приводит к резиновой архитектуре, в которой преобладает изгиб. Команда Массачусетса обнаружила, что свойства этого материала можно изменить, изменив его архитектуру.

До сих пор , известен только отклик углерода в состоянии медленной деформации, в то время как предполагается, что его применение в реальном мире не должно медленно деформироваться.

Для проведения ударных экспериментов, были задействованы различные объекты, такие в виде стекла, покрытого золотой пленкой и частицами оксида кремния с одной стороны. При применении сверхбыстрого лазера к этому объекту образуется быстро расширяющийся газ, который отправляет частицы, летящие с поверхности, к цели. Регулировка скорости лазера регулирует скорость снарядов, позволяя ученым экспериментировать с разные диапазоны скоростей , который идеально подходит для изучения нового материала этой брони.

Важность углерода

В этих тестах тесты проводились с сверхзвуковые скорости (от 40 до 1,100 метров в секунду). Для получения максимально подробной информации о ударах для исследования использовались высокоскоростные камеры. Также были протестированы различные конструкции углеродных точек с разной толщиной, чтобы команда могла обнаружить оптимальный дизайн чтобы частицы не проходили сквозь материал, а встраивались в него.

Команде удалось показать, что материал поглощает много энергии из-за механизма ударного уплотнения наноразмерных углеродных точек. Они также подтвердили, что этот материал тоньше чем человеческий волос, поэтому он может поглощать удары более эффективно, чем другие материалы, такие как алюминий, сталь или кевлар. Если сфокусировать внимание на этом новом материале, будет получена более прочная и легкая броня, чем та, которая сделана из традиционных материалов.

Читайте так же:
Интересные факты о пицце: в общих чертах

Кроме того, это исследование может стать началом поле защиты для разработки сверхлегких ударопрочных материалов, таких как взрывозащищенные щиты, защитные покрытия или материалы для брони.

Разработан новый сверхлегкий материал для бронежилетов, который прочнее кевлара

Разработан новый сверхлегкий материал для бронежилетов, который прочнее кевлара

Инженеры из Калифорнийского технологического института, Массачусетского технологического института и ETH в Цюрихе разработали материал с нано-архитектурой, сделанный из крошечных углеродных нановолокон. Он останавливает частицы, движущихся со сверхзвуковой скоростью, более эффективно, чем кевлар, материал, обычно используемый в средствах индивидуальной защиты.

Материал, пряди которого тоньше человеческого волоса, состоит из соединенных между собой тетрадекаэдров из пиролитических углеродов — углеродных стержней, образовавшихся при сильном нагреве. Тетракаидекаэдры — это структуры с 14 гранями: шесть с четырьмя сторонами и восемь с восемью сторонами. Эти 14-гранные структуры иногда называют «ячейками Кельвина» в честь лорда Кельвина, физика, который считал, что наилучшей формой будет заполнение пустого трехмерного пространства объектами одинакового размера с использованием минимальной площади поверхности.

Разработан новый сверхлегкий материал для бронежилетов, который прочнее кевлара

Материал с наноархитектурой состоит из оригинальных структур нанометрового масштаба, которые имеют уникальные свойства — исключительную легкость и упругость. Предоставлено исследователями

В то время как углерод обычно хрупок, расположение и небольшие размеры распорок в материале с наноархитектурой создают упругую архитектуру.

Исследователи изготовили материал из светочувствительного полимера с помощью двухфотонной литографии — метода, в котором для отверждения и формирования микроскопических структур используется высокоскоростной лазер. После обработки высокой температурой материал превратился в сверхлегкий углеродный полимер, напоминающий специальные пенопласты, которые применяются для поглощения ударов.

В процессе исследований было обнаружено, что материал можно «настраивать», то есть придавать ему различные свойства или изменять характеристики, корректируя параметры углеродных распорок.

При испытании опытных образцов в них были выстрелены сферические микро-снаряды оксида кремния диаметром 14 микрон со скоростью от 40 до 1100 м/с. Запись столкновений велась высокочастотными камерами, что позволило в деталях рассмотреть процесс при различных конфигурациях углеродных стоек. В итоге специалисты подобрали оптимальные параметры стоек, при которых частицы проникали в материал и задерживались в нем, не пролетая насквозь.

Читайте так же:
Чтобы мозг быстрее почувствовал сытость: познаем вопрос

Разработан новый сверхлегкий материал для бронежилетов, который прочнее кевлара

Исследователи проверили устойчивость материала, стреляя в него микрочастицами на сверхзвуковой скорости, и обнаружили, что материал, который тоньше человеческого волоса, не позволяет миниатюрным снарядам разорвать его. Фото: Массачусетский технологический институт / Предоставлено исследователями

При более внимательном рассмотрении выяснилось, что отдельные стойки, непосредственно окружающие частицу, могут сминаться, но вся конструкция оставалась неповрежденной

Данный материал может поглощать много энергии, обладая свойствами ударного уплотнения стоек в наномасштабе. Он превосходит сталь более чем на 100 процентов и композиты из кевлара более чем на 70 процентов.

Разработан новый сверхлегкий материал для бронежилетов, который прочнее кевлара

Свойства материала выглядят многообещающе: он может быть тоньше человеческого волоса, при этом принимает и поглощает удары гораздо эффективнее стали, алюминия и кевлара. Предоставлено исследователями.

Результаты исследований, могут помочь в создании сверхлегких ударопрочных материалов, которые будут использоваться для изготовления брони, защитных покрытий и взрывозащищающих экранов, поэтому они идеально подходят для применения в оборонной промышленности и космических программах.

Но чтобы материал можно было использовать в реальных устройствах, исследователям необходимо будет найти способы масштабирования его производства и изучить, как другие материалы с наноархитектурой, в том числе сделанные из материалов, отличных от углерода, выдерживают высокие скорости ударов.

Разработан новый сверхлегкий материал для бронежилетов, который прочнее кевлара

Исследователи могут прогнозировать ущерб, который будет нанесен материалу, используя математическую модель для оценки последствий ударов метеоритов. Предоставлено исследователями

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию