微米和纳米科技材料

比头发还瘦!麻省理工学院的科学家开发出能够抵抗超音速粒子冲击的超纳米材料

麻省理工学院、加州理工学院和eth Zürich的工程师们进行的一项新研究表明,“纳米建筑”材料——基于精确的纳米级结构设计的材料——可能是制造轻型装甲、防护涂层、,防爆罩和其他抗冲击材料

研究人员制造了一种超轻材料,带有纳米级碳柱,使该材料坚固耐用。研究小组通过以超音速发射粒子来测试这种材料的弹性,发现这种材料比人类头发的宽度还要薄,可以防止微壳撕裂它。研究人员计算出,这种新材料在吸收冲击方面比钢、凯夫拉尔纤维、,铝和其他重量相同的抗冲击材料

这项研究的主要作者、麻省理工学院机械工程助理教授卡洛斯·波特拉说:“相同质量的材料比同等质量的凯夫拉纤维更能有效地阻隔外壳。”

如果大规模生产,这种纳米结构材料和其他纳米结构材料可能被设计成比纤维和钢更轻、更硬的凯夫拉替代品

在加州理工学院,他们首先使用双光子光刻技术制造纳米结构材料,该材料使用快速高功率激光在光敏树脂中固化微观结构。研究人员构建了一种称为“十四面体”的重复模式,这是一种由微观柱组成的晶格结构,Portela选择在纳米碳材料中复制类似泡沫的结构,从而使普通硬质材料具有柔韧性并吸收冲击。p>

在形成晶格结构后,研究人员清洗剩余的树脂并将其放入高温真空炉中,将聚合物转化为碳,留下超轻纳米结构碳材料

,以测试材料在极端变形时的弹性,该团队在麻省理工学院使用激光诱导粒子碰撞试验进行了粒子碰撞试验。研究人员可以调整激光的功率来控制微粒射弹的速度。在他们的实验中,他们探索了粒子速度的范围,从40米每秒到1100米每秒,完全在超音速范围内

使用高速摄影机,他们拍摄了粒子与纳米材料碰撞的视频。他们制造了两种密度不同的材料——密度较低的材料制成的柱子,比另一种稍薄。当他们比较这两种材料的冲击反应时,他们发现密度越大的材料弹性越大,颗粒倾向于嵌入材料中,而不是直接穿透“纳米工程碳优异的抗冲击性”

翻译/未来经济学家应用程序信息组

参考:https://news.mit.edu/2021/carbon-nanomaterial-light-strong-0624

https://www.nature.com/articles/s41563-021-01033-z

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