科学家打造性能优于凯夫拉的碳柱型超轻装甲材料

基于纳米碳柱结构的新型装甲材料（来自：MIT）

通过激光处理以形成由重复的微观支柱组成的晶格结构，然后将这种材料置于高温真空室，以将聚合物转化为超轻碳。据说研究人员的灵感，来自于专为吸收冲击而设计的特殊泡沫的启发。

研究主要作者 Carlos Portela 表示：“此前我们已经在节能建筑用的泡沫材料中见过它的身影，尽管常见的碳材料很脆，但纳米结构中的小尺寸支柱排列，又让它形成了类似橡胶的弯曲主导结构”。

新材料可吸收粒子“炮弹”冲击，而不是让它们在冲击过程中碎裂。

研究团队发现，这种晶格材料的特性，能够通过微调其结构来改变。比如碳支柱的不同排列，就赋予了它们不同的特性。

虽然这是纳米级结构材料的一种共同特征，但 MIT 团队使用了一种有趣的方法，来研究其在现实条件下的特定影响。

高速摄像机拍摄下的微粒对纳米结构材料的冲击影响 - 1

Carlos Portela 表示：“我们只知道它们在缓慢形变状态下的反应，但诸多实际用途都被假定几乎没有给你缓冲以应对的时间”。

撞击实验设计在一侧涂有金膜和氧化硅颗粒的载玻片，然后将超快激光照射到载玻片上，等待等离子体或快速膨胀气体的产生，从而将粒子从表面推向目标。

高速摄像机拍摄下的微粒对纳米结构材料的冲击影响 - 2

调节激光功率，反过来也会影响弹射的速度，以便科学家们能够在针对新装甲材料的潜力研究中，开展基于不同速度的一系列试验。

期间尝试了以每秒 40 ~ 1100 米（89 ~ 2460 英里 / 小时）的速度发射粒子，因而必须动用高速摄像机来捕捉超音速状况下的撞击事件。

MIT 团队通过测试得出了一种可吸收粒子抛射物的先进材料

研究团队还用不同厚度的碳柱展开了一系列测试，以找到最佳的设计方案。比如通过将颗粒嵌入于材料中，而不是硬碰硬地撕裂它。

Carlos Portela 解释称：“我们证明了这种材料可吸收大量能量，因其在纳米尺度上的冲击压实机制，与完全致密且整体的非纳米结构材料相比有更显著的优势”。

新材料比人类头发丝还要纤细

在对这种比人类头发丝直径还要纤细的材料进行深入分析后，研究人员发现它能够比同等重量的钢、铝、甚至凯夫拉纤维，都更加有效地吸收冲击。

展望未来，这项技术有望运用到国防与航天等领域的超轻质抗冲击装甲或防护涂层上，以及推动新型防爆盾的设计研发。感兴趣的朋友，可移步至《自然材料》期刊以查看全文。