Малые вес и толщина — это два желательных показателя, если речь касается материалов, используемых для производства бронежилетов и других средств защиты. За последние годы исследователи добились впечатляющих успехов в этой области, используя самые последние достижения нанотехнологий и черпая вдохновение из «технологий естественного происхождения», к примеру, строения раковин некоторых морских моллюсков. А одним из самых последних достижений в этой области является новый материал, разработанный учеными-материаловедами из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT), который по многим базовым параметрам опережает такие материалы, как кевлар и сталь.
Начальной точкой для изготовления нового материала является светочувствительный полимер, в объеме которого, при помощи света лазеров, была сформирована нанорешетка с упорядоченной регулярной структурой. После создания решетки этот материал был помещен в высокотемпературную вакуумную камеру, где полимер преобразовался в легковесный углеродный материал, имеющий заданную структуру.
«Исторически такая геометрия решетки уже давно используется в материалах, способных рассеять энергию и смягчить ударные воздействия» — пишут исследователи, — «Углерод в обычных условиях весьма хрупок, но небольшие размеры элементов нанорешетки и ее особая структура придают материалу некоторую эластичность и способность выдерживать достаточно сильные деформации».
Для испытаний нового материала и измерения значений его ключевых параметров исследователи использовали своего рода плазменную пушку, в которой за счет света лазера создавалось расширяющееся облако плазменного газа, толкающего частицы-снаряды в сторону мишени из материала. В качестве снарядов использовались стеклянные частицы с покрытием из золота и частицы из кремния, а корректировка длительности и мощности лазерных импульсов позволяла стрелять этими частицами со скоростью от 40 до 1100 метров в секунду. А для регистраций последствий «стрельбы» такими снарядами использовались высокоскоростные камеры.
Ряд экспериментов со стрельбой частицами позволил ученым проверить несколько различных вариантов структуры материала, изменение свойств материала в зависимости от изменений толщины элементов его наноструктуры и т.п. И в результате исследователям удалось найти самый оптимальный вариант, частицы, выпущенный даже с максимальной скоростью, не пробивали материал насквозь, а застревали в его объеме.
Согласно результатам, полученным в ходе обработки и анализа экспериментальных данных, новый материал оказался способен поглотить и рассеять энергию удара более эффективно, чем сталь, алюминий и кевлар сопоставимой толщины и веса. И теперь новый материал имеет все шансы стать основой средств индивидуальной защиты следующего поколения, которые более легки и более эффективны, чем аналогичные средства, изготовленные из традиционных материалов.
