次世代の装甲材料に関しては、軽量とスリムな形状という 2 つの非常に望ましい特性があり、科学者がこの分野で目覚ましい進歩を遂げているのを目にしています。 海のカタツムリへ 動物の鱗へ 細かく調整された泡。最新の例は、マサチューセッツ工科大学の材料科学者らによるもので、彼らは高度なナノスケール工学を利用して、ケブラーや鋼鉄よりも優れた性能を持つ新しい装甲材料を作成したとしている。
有望な新材料の出発点は感光性樹脂で、これをレーザーで処理して微細な支柱の繰り返しで構成される格子パターンを形成しました。次に、この材料を高温の真空チャンバーに入れ、衝撃を吸収するように設計された特殊なフォームからインスピレーションを得た構造を備えた超軽量カーボンにポリマーを変換しました。
「歴史的に、この形状はエネルギー緩和フォームに見られます」と筆頭著者のカルロス・ポルテラ氏は言います。 「カーボンは通常脆いのですが、ナノ構造材料の支柱の配置と小さいサイズにより、ゴムのような曲げが支配的な構造が生じます。」
研究チームは、この格子材料の特性は、カーボン支柱の配置を変えることで異なる特性を与え、その微細に調整された構造を微調整することで変更できることを発見した。これはナノスケール構造で構成される材料の一般的な特性ですが、研究チームは興味深いアプローチを使用して、現実世界の条件下でこれらの影響を研究しました。
マサチューセッツ工科大学（MIT）
「私たちが知っているのはゆっくりとした変形領域での反応のみですが、実際の用途の多くは、何もゆっくりと変形しない現実世界の用途で使用されると仮定されています」とポーテラ氏は言います。
衝撃実験では、片面に金膜と酸化ケイ素粒子をコーティングしたスライドガラスを使用しました。次に、超高速レーザーがスライドに照射され、プラズマまたは急速に膨張するガスが生成され、粒子が表面からターゲットに向かって飛び散ります。レーザーの出力を調整すると発射体の速度が調整され、科学者は新しい装甲材料の可能性を研究する際にさまざまな速度を実験できるようになります。
マサチューセッツ工科大学（MIT）
これには、超音速領域の奥深くにある毎秒40から1,100メートル（時速89から2,460マイル）の範囲の速度で粒子を発射することが含まれており、研究のために衝突事象を捕捉するために高速カメラが使用されました。このアプローチにより、異なる厚さのカーボン支柱を使用したさまざまな設計のテストも可能になり、チームは粒子が材料を突き破るのではなく、材料に埋め込まれた最適な設計に到達することができました。
「ナノスケールでの支柱の衝撃圧縮メカニズムにより、この材料が多量のエネルギーを吸収できることを示しました。これに対して、ナノアーキテクチャではなく完全に高密度でモノリシックなものとは対照的に」とポーテラ氏は言います。
研究チームの分析によると、この素材は人間の髪の毛の幅よりも薄く、同重量のスチール、アルミニウム、さらにはケブラーよりも効率的に衝撃を吸収できるという。したがって、このアプローチを拡大すると、従来の材料よりも軽くて丈夫な代替装甲の基礎として機能する可能性があります。
「この研究から得られた知識は…防衛や宇宙用途に望ましい効率的な装甲材料、保護コーティング、耐爆盾などに使用される超軽量耐衝撃材料の設計原則を提供する可能性があります」と共著者のジュリア R.グリア。
研究は雑誌に掲載されました ネイチャーマテリアルズ.
情報源： マサチューセッツ工科大学（MIT）
PlatoAi。 Web3の再考。 増幅されたデータインテリジェンス。
出典: https://newatlas.com/materials/ultralight-armor-material-struts-carbon-kevlar/
