威斯康星大学麦迪逊分校的亚当·马莱克 信用:CC0公共领域 威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们创造了一种纳米纤维材料，这种材料在防止高速射弹撞击方面优于广泛使用的同类材料，包括钢板和Ke vlar织物
基本上，它比防弹要好
“我们的纳米纤维垫在重量轻得多的情况下表现出远远超过其他材料系统的保护性能，”领导这项研究的UW-麦迪逊工程物理学助理教授Ramathasan Thevamaran说
他和他的合作者在最近发表在ACS Nano杂志上的一篇论文中详细介绍了这一进展
为了制造这种材料，泰瓦曼和博士后研究员吉喆·蔡将多壁碳纳米管(每层只有一个原子厚的碳圆柱体)与凯夫拉尔纳米纤维混合在一起
由此产生的纳米纤维垫在耗散速度超过音速的微小抛射体的冲击能量方面表现优异
这项进展为碳纳米管在轻质高性能装甲材料中的应用奠定了基础，例如，用于防弹背心以更好地保护穿着者，或用于航天器周围的防护罩以减轻高速飞行的微碎片造成的损害
“纳米纤维材料对防护应用非常有吸引力，因为与宏观纤维相比，纳米级纤维具有突出的强度、韧性和刚度，”泰瓦曼说
“到目前为止，碳纳米管垫表现出了最佳的能量吸收能力，我们想看看我们能否进一步提高它们的性能
" 他们找到了合适的化学物质
该团队合成了凯夫拉尔纳米纤维，并将其少量掺入碳纳米管垫中，这在纤维之间产生了氢键
这些氢键改变了纳米纤维之间的相互作用，加上凯夫拉尔纳米纤维和碳纳米管的正确混合，导致了整体材料性能的巨大飞跃
“氢键是一种动态的键，这意味着它可以不断地断裂和重新形成，允许它通过这个动态过程耗散大量的能量，”泰瓦马兰说
此外，氢键为这种相互作用提供了更大的刚度，这增强并硬化了纳米纤维垫
当我们通过添加凯夫拉尔纳米纤维来改变垫中的界面相互作用时，我们能够在某些超音速冲击速度下实现近100%的能量耗散性能改善
" 带上子弹
研究人员在沙瓦曼的实验室使用激光诱导微粒撞击测试系统测试了他们的新材料
该系统是美国仅有的几个类似系统之一，它使用激光将微型子弹射入材料样本
“我们的系统是这样设计的，我们实际上可以在显微镜下挑选一颗子弹，以非常可控的方式射向目标，非常可控的速度可以从每秒100米到每秒1公里以上不等，”泰瓦曼说
“这使得我们能够在一定的时间尺度上进行实验，在这个时间尺度上我们可以观察到材料的反应——当氢键相互作用发生时
" 除了抗冲击性能之外，这种新型纳米纤维材料的另一个优点是，与凯夫拉尔纤维一样，它在极高和极低的温度下都是稳定的，因此可用于各种极端环境
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