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防弹材质有望进化,美科学家发现双层石墨烯遇冲击时比钻石坚硬

2024-11-02 207

为了达到确实保护效果,过去防弹衣经常是厚重的,但只要纽约市立大学高级科研中心(ASRC)正在进行的研究取得成果,未来情况可能将不再相同。

NewAtlas 报导指出,在物理学教授 Elisa Riedo 的领导下,研究团队已经确定,遭遇冲击时,基于双层石墨烯(graphene)的防弹材质,将可在必要时比钻石更坚硬,也不会因撞击导致穿透。

或许有些人会觉得石墨烯听起来有点陌生,但它其实是近年来颇受关注的材质,石墨烯是一种由碳原子以类似蜂巢形式连接在一起、只有一个碳原子厚度的薄膜。

过去石墨烯一直被认为是假设性结构,直到 2004 年英国物理学家在实验中实际分离出来,由于只有一个碳原子厚度,石墨烯认为是现今世界最强的奈米材料,近年也引起许多研究热潮。

(Source:By AlexanderAlUS (Own work) [CC BY-SA 3.0 or GFDL], via Wikimedia Commons)

研究团队将正在研究的新材料称为 diamene,是由放在碳化硅(Silicon Carbide)基板上的双层石墨烯组成,在一般情况下,它就像铝箔一样轻盈灵活,但当室温下突然施加机械压力时,diamene 会变得比钻石还坚硬。

这种材料是副教授 Angelo Bongiorno 想出来的,透过电脑模型计算后,他相信只要双层石墨烯正确对齐,坚硬的效果就会出现。而 Riedo 及同事在实际测试 diamene 样本后,证实了 Bongiorno 的猜想。

测试这项新材料时,研究团队还发现,当石墨烯在冲击作用下转化为类钻石材料的时刻,会导致当前电流突然降低,这暗示著 diamene 或许具有趣的电子和自旋电子(spintronic)性质。

更有趣的是,不论实验或理论都显示,这样的硬化效果只会发生在双层石墨烯时,不能多也不能少。

Riedo 表示,过去测试石墨或单层石墨烯时,施加压力后感受到的是非常软的薄膜,但当石墨烯片正好 2 层厚时,团队突然发现受压的材料变得非常坚硬,甚至比钻石更硬。

研究团队未来会持续探索稳定转换的方法,目标是让这项新材料实际应用,团队相信这项新材料的发现,或许将能帮助耐磨保护涂层和超轻防弹薄膜的开发。

这项研究的论文已公布在《自然──奈米技术》(Nature Nanotechnology)期刊。

  • Graphene-based armor could stop bullets by becoming harder than diamonds
  • Scientists Discover Process for Transitioning Two-Layer Graphene into a Diamond-Hard Material on Impact

(首图来源:shutterstock)

2019-03-16 08:31:00

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