Penyelidik telah lama berusaha untuk mencari bahan baharu yang lebih dilindungi daripada tusukan berkelajuan tinggi, tetapi sukar untuk menyambung butiran mikroskopik bahan baharu yang menjanjikan kepada tingkah laku sebenar mereka di dunia nyata.
Untuk menangani masalah ini, penyelidik di Institut Piawaian dan Teknologi Kebangsaan (NIST) telah mencipta kaedah baharu yang menggunakan peluru dan data yang dipancarkan laser untuk membantu meramalkan sifat mikroskopik dan kelakuan bahan sasaran, menurut artikel dalam ACS Applied Materials. & Antara Muka, LaserMade.com faham. Ini dilakukan dengan menggunakan laser berintensiti tinggi untuk mengeluarkan mikroprojektil pada kelajuan bunyi yang hampir pada bahan sasaran, yang dalam kes ini adalah filem polimer yang mewakili bahan tahan tusukan yang akan diuji.
Pertukaran tenaga antara zarah dan sampel bahan yang diuji dianalisis pada tahap mikroskopik, dan kemudian kaedah penskalaan digunakan untuk meramalkan rintangan bahan terhadap tusukan oleh peluru bertenaga tinggi yang lebih besar, seperti peluru. Dengan cara ini, menggabungkan ujian dengan kaedah analisis dan penskalaan, saintis boleh menemui bahan tahan tusukan baharu. Program baharu ini mengurangkan keperluan untuk siri eksperimen makmal yang panjang menggunakan peluru yang lebih besar dan sampel yang lebih besar.
Ahli kimia NIST, Katherine Evans menerangkan, "Apabila anda mengkaji bahan baharu untuk aplikasi perlindungan, dengan pendekatan baharu kami, kami boleh mendapatkan idea lebih awal sama ada sifat perlindungannya patut dikaji."
Mensintesis sejumlah kecil polimer baharu mungkin agak rutin dalam eksperimen makmal; cabarannya ialah meningkatkan kuantiti untuk menguji rintangan tusukannya - bahan yang diperbuat daripada polimer sintetik baharu di mana peningkatan kepada kuantiti yang mencukupi selalunya mustahil atau tidak praktikal.
Masalah dengan ujian balistik ialah terdapat dua langkah yang perlu anda ambil dalam membuat bahan baharu," kata Christopher Soles, jurutera penyelidikan bahan di NIST. Anda perlu mensintesis polimer baharu yang anda fikir lebih baik, dan kemudian meningkatkannya. ke tahap kilogram. Pencapaian besar kerja ini ialah kami secara mengejutkan mendapati bahawa ujian mikrobalistik boleh ditingkatkan dan dikaitkan dengan ujian dunia sebenar, berskala besar."
Semasa kajian, para penyelidik menggunakan kaedah mereka untuk menilai beberapa bahan, termasuk sebatian kaca balistik yang digunakan secara meluas, nanokomposit baharu dan sampel bahan graphene.
Kaedah ujian dipanggil LIPIT, yang bermaksud "Ujian Impak Projektil Terinduksi Laser. Ia menggunakan laser untuk menembakkan mikroprojektil yang diperbuat daripada silika atau kaca ke dalam filem nipis bahan yang diminati. Melalui ablasi laser, laser menghasilkan tinggi- gelombang tekanan yang menolak bahan mikroprojektil ke dalam sampel.
Para penyelidik mula-mula menggunakan kaedah untuk menganalisis komposit nano yang dipanggil komposit polimer nanopartikel polimetakrilat (npPMA). Ia terdiri daripada nanopartikel silika dan boleh digunakan dalam pelbagai aplikasi, termasuk jaket kalis peluru. Laser mendorong peluru mikro ke arah bahan sasaran pada kelajuan 100 hingga 400 meter sesaat, dan kamera digunakan untuk mengukur impaknya.
Para penyelidik menggabungkan ukuran yang diperoleh pada npPMA dengan analisis matematik tambahan, bersama-sama dengan data yang tersedia pada bahan daripada kesusasteraan penyelidikan, untuk mengaitkan keputusan ujian balast mikro dengan impak dalam kesan yang lebih besar. Memandangkan npPMA ialah bahan baharu yang tidak mudah direka, mereka mengembangkan analisis mereka untuk memasukkan sebatian yang lebih biasa digunakan (polikarbonat), yang digunakan secara meluas sebagai kaca kalis peluru.
Dengan menggunakan gabungan keputusan literatur, analisis dimensi dan metodologi LIPIT, para penyelidik dapat menunjukkan bahawa rintangan tusukan bahan berkaitan dengan tegasan maksimum yang boleh ditahan oleh bahan sebelum patah (iaitu, tekanan kegagalan). Ini mencabar pemahaman semasa tentang prestasi balistik, yang biasanya dianggap berkaitan dengan cara gelombang tekanan melalui bahan.
Kaedah baharu mereka boleh menentukan had kekuatan bahan, atau berapa banyak tekanan dan tekanan yang boleh ditahannya, tanpa mengukur secara langsung sifat-sifat ini terlebih dahulu, yang membantu mengoptimumkan bahan untuk dipilih dalam eksperimen. Ini membolehkan mereka meneroka bahan seperti graphene, yang mencadangkan bahawa beberapa lapisan filem nipis bahan boleh digunakan untuk aplikasi tahan hentaman, serupa dengan polimer berprestasi tinggi.
Untuk langkah seterusnya, penyelidik merancang untuk menilai sifat balistik bahan baharu yang lain dan mengkaji jenis dan konfigurasi yang berbeza. Mereka juga akan mengubah saiz bom mikro dan mengembangkan julat halajunya.
