Các nhà khoa học vừa sản xuất các
ống nano carbon làm cơ sở cho một vật liệu mới có thể sử dụng trong
áo giáp nhẹ (Ảnh: Depositphotos)
Cơ sở cho dạng áo giáp mới
này là những hình trụ nhỏ bằng carbon với độ dày bằng một nguyên tử. Được gọi
là ống nano carbon, chúng hứa hẹn là vật liệu thế hệ tiếp theo cho mọi thứ, từ
nghiên cứu bóng bán dẫn, điều trị chứng mất thị lực, đến các thiết bị phát hiện
bom mìn.
Trong khi điều chỉnh các ống
nano carbon để sử dụng trong vật liệu áo giáp, các tác giả của nghiên cứu mới đã
lấy các phiên bản nhiều vách của chúng và kết hợp chúng với các sợi nano
Kevlar. Ý tưởng được xây dựng dựa trên nghiên cứu trước đó chứng minh tiềm năng
của những vật liệu này trong việc hấp thụ các chấn động để xem liệu chúng có
thể được tạo thành một giải pháp áo giáp hiệu quả hơn nữa hay không.
Trưởng nhóm nghiên cứu
Ramathasan Thevamaran cho biết: “Vật liệu dạng sợi nano rất hấp dẫn đối với các
ứng dụng bảo vệ vì sợi nano có độ bền, độ dai và độ cứng vượt trội so với sợi
macro. Thảm ống nano carbon đã cho thấy khả năng hấp thụ năng lượng tốt nhất
cho đến nay và chúng tôi muốn xem liệu chúng tôi có thể cải thiện hơn nữa hiệu
suất của chúng hay không”.
Để làm được như vậy, các nhà
khoa học đã nghiên cứu công thức hóa học cho đến khi họ tìm ra công thức cuối
cùng. Họ đã tổng hợp các sợi nano Kevlar và chỉ kết hợp một lượng nhỏ chúng vào
“thảm” tạo thành từ các ống nano carbon, với tỉ lệ vừa phải của cả hai, dẫn đến
việc tạo ra các liên kết hyđrô giữa các sợi. Kết quả của những liên kết này là
một bước nhảy vọt bất ngờ về hiệu suất.
“Liên kết hyđrô là một liên
kết động, có nghĩa là nó có thể liên tục phá vỡ và hình thành lại, cho phép nó
tiêu tán một lượng lớn năng lượng thông qua quá trình động lực học này. Ngoài
ra, các liên kết hyđrô cung cấp độ cứng hơn cho sự tương tác đó, giúp tăng cường
và làm cứng thảm sợi nano. Khi chúng tôi sửa đổi các tương tác giữa các mặt
trong thảm của mình bằng cách thêm các sợi nano Kevlar, chúng tôi đã có thể đạt
được mức cải thiện gần 100% về hiệu suất tiêu tán năng lượng ở một số mức vận
tốc tác động siêu âm”,Thevamaran cho biết thêm.
Nhóm nghiên cứu đã đưa vật
liệu vào thử nghiệm bằng cách sử dụng hệ thống thử nghiệm va chạm vi đạn, trong
đó các tia laze được sử dụng để phóng các hạt nhỏ vào các mẫu vật liệu với các
vận tốc khác nhau.
“Hệ thống của chúng tôi được
thiết kế để chúng tôi thực sự có thể chọn một viên đạn duy nhất dưới kính hiển
vi và bắn nó vào mục tiêu theo cách có kiểm soát, với vận tốc được kiểm soát rất
tốt có thể thay đổi từ 100 m/s trong suốt đoạn đường đến hơn 1 km/s. Điều này
cho phép chúng tôi tiến hành các thí nghiệm ở quy mô thời gian mà chúng tôi có
thể quan sát phản ứng của vật liệu - khi các tương tác liên kết hyđrô xảy ra”,
Thevamaran chia sẻ.
Các thí nghiệm này cho thấy
vật liệu mới có thể chống lại các tác động tốc độ cao tốt hơn vải Kevlar và
thép tấm. Điều này tạo cơ sở cho các vật liệu áo giáp siêu nhẹ, hiệu suất cao
chứ không chỉ sử dụng trong áo chống đạn. Theo các nhà nghiên cứu, vật liệu
này có khả năng cho phép tàu vũ trụ hấp thụ các tác động từ các mảnh vỡ vũ trụ
tốc độ cao.
LH (New Atlas)