Rice University-forskare avfyrade mikrokulor i överljudshastigheter i experiment som visar att grafen är 10 gånger bättre än stål på att absorbera energin från en penetrerande projektil. Kredit:Jae-Hwang Lee
(Phys.org) – Ett team av forskare som arbetar vid Rice University i USA har visat att grafen är bättre på att motstå stöten från en kula än antingen stål eller kevlar. I deras papper publicerad i tidskriften Vetenskap , teamet beskriver hur de satte upp en miniatyrskjutbana i sitt laboratorium och använde den för att testa styrkan hos grafenark.
Forskare vet att grafenskivor är tuffa, på grund av deras täta enatomstänkande struktur. Tills nu, dock, ingen har testat materialet för att användas som pansar – för att skydda mot att bli träffad av en kula i fart. I denna nya ansträngning, forskarna gjorde just det, om än i mycket mindre skala.
Forskare har ännu inte kommit på ett sätt att massproducera ark av grafen i stora storlekar, Således, för detta experiment, forskarna begränsade sina ansträngningar till en mycket liten skala. Deras skjutfält bestod av att använda en laser för att förånga guldtrådar för att tjäna som krut. Explosionen tryckte mikronstora glaskulor mot grafenmål – 10 till 100 ark placerade tillsammans för att bilda en matta – med hastigheter upp till 6, 700 mph (ungefär en tredjedel av hastigheten för en riktig kula som avfyras från en M16 maskingevär). Elektronmikroskopi användes för att mäta hur väl grafenarken absorberade stöten.
Forskarna fann att lakanen kunde skingra energin från kulan genom att sträcka sig bakåt - ungefär som när någon hoppar på en studsmatta. Små sprickor bildades också radiellt, förbrukar mer av energin. Vid analys av resultaten, forskarna fann att grafenet kunde prestera dubbelt så bra som kevlar, det material som för närvarande används i skottsäkra västar, och upp till tio gånger så väl som stål. Uttryckt på ett annat sätt, grafenen kunde absorbera cirka 0,92 MJ/kg projektilenergi, medan stål vanligtvis kan absorbera 0,08 MJ/kg när båda testas vid liknande hastigheter.
Grafens förmåga att avleda energi, teamet förklarar, beror på en hög grad av styvhet i kombination med låg densitet, vilket innebär att energi kan röra sig genom den mycket snabbt, möjliggör förlust av energi från något som färdas så snabbt som en kula.
Forskarnas ansträngningar visar att grafen mycket väl kan innebära en bättre skottsäker väst, om man kunde hitta ett sätt att producera det i tillräcklig mängd och till ett tillräckligt lågt pris.
En mikrokula som färdas med överljudshastighet fångas i denna sammansättning av tre tidsinställda bilder när den tar sig mot ett upphängt ark av flerskiktsgrafen. Experiment utförda vid Rice University visar att grafen är 10 gånger bättre än stål på att absorbera energin från en penetrerande projektil. Bubblan till vänster är en polymerfilm som expanderar bort från guldsubstratet som överför energi från en laser till mikrokulan. Kredit:Thomas Research Group/Rice University
Materialforskaren Edwin "Ned" Thomas, vänster, dekanus för George R. Brown School of Engineering vid Rice University, och Jae-Hwang Lee, en tidigare postdoktor i sitt labb och nu biträdande professor vid University of Massachusetts, Amherst, fann grafen är starkare än stål i tester med mikrokulor. Forskarna håller en polymer som omsluter kulor, fokus för ett tidigare experiment. Kredit:Tommy LaVergne/Rice University
© 2014 Tech Xplore
