对于致力于突破防弹材料极限的科研人员来说，重量通常是需要考虑的一个关键因素，先进的防弹衣需既能保证穿戴者的安全，又能提高他们的机动性和灵活性。美国威斯康星大学麦迪逊分校的工程师已经打造出了一种新型的超轻装甲材料，被称为“纳米纤维衬垫”，这种材料具有独特的化学成分，使其性能优于凯夫拉和钢。

这种新型装甲的内部结构基础是具有单个原子厚度的微小碳圆柱体——碳纳米管，在科学上早已证实这种材料具有成为下一代材料的发展前景，其应用范围不仅包括晶体管研究，还可以在医学上用于治疗视力丧失，在军事层面也可以用于炸弹检测设备，应用领域可谓极其广泛。

将碳纳米管应用于装甲材料的过程中，这项全新研究的科研人员曾考虑采用多层装甲结构的方案，即将新材料与凯夫拉纳米纤维结合在一起。这个想法是建立在早先研究的基础上，过去的研究已经证明，凯夫拉纳米纤维在吸收冲击方面具有很大的应用潜力，科研人员希望将新材料与之结合能够创造出更强大的装甲解决方案。

领导该研究的Ramathasan Thevamaran表示：“纳米纤维材料对装甲防护应用领域具有非常强大的吸引力，与普通纤维材料相比，纳米纤维具有更加出色的强度、韧性和刚度。”科研成果表明，碳纳米管衬垫的能量吸收效果是目前为止最好的材料，因此，研究人员希望尝试将两种材料融合，以进一步提高防弹的性能。

为此，科研人员从化学合成角度入手，最终找到最适材料配方，成功合成了凯夫拉纳米纤维，并少量掺入了由碳纳米管组成的“衬垫”中，两者的比例恰到好处，从而使得纤维之间产生氢键。这种键合带来的结果就是材料的性能产生了巨大飞跃。

由于氢键是一种动态键，可以不断地断裂并再次重新形成，通过这个动态过程可耗散大量能量。此外，氢键为这种相互作用提供了更大的刚度，从而强化了纳米纤维衬垫。当添加纳米纤维改变内部界面相互作用时，材料整体能够针对某些超声速冲击速度下的物体实现近100%的能量耗散，抗冲击性能得到了非常显著的改进。

研究团队使用微型弹珠冲击测试系统对这种新材料进行性能测试，通过激光以不同的速度将微型弹珠射向材料样件。

这种测试系统设计使得研究人员实际上可以模拟子弹，并且能够在显微镜下进行观测。微型弹珠以非常可控的方式向目标射击，速度可控，可实现每秒100米到每秒1千米之间的调控。这使得研究人员能够在同一个时间尺度上进行实验，观察材料的变化——当氢键相互作用发生时。

实验表明，这种新型材料比凯夫拉织物或钢板更能抵御高速冲击。不仅是防弹背心，这种材料也为高性能、超轻装甲材料提供了发展基础。研究人员表示，这种材料有可能能让航天器抵挡高速空间碎片的冲击。这种纳米纤维衬垫材料表现出的保护性能远超过了其他材料体系，且重量更轻。这项研究相关成果发表在ACS Nano期刊中。

来源：看航空

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