新型纳米纤维材料可以制作更“轻”更“好”的防弹衣！

纳米技术与军事

未未来战争中的军事力量，将越来越依赖于一个国家在新武器研发中科学技术的含量。特别是纳米技术的迅猛发展，为军事力量全方面发展奠定了基础。

由于纳米器件的工作速度比现在使用的微米器件要快得多，这就为大幅度提高武器控制系统的信息传输、存储和处理能力提供了可能，也为研发智能化的微型导航与制导系统和微型飞行器提供了技术基础。另一方面，纳米材料拥有着比普通材料更*的强度与韧性，因此可以作为防护材料来保护士兵与各种军事设备的安全。下面就来介绍一种由新型纳米材料制成的防弹衣。

新型纳米材料

威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们创造了一种新型纳米纤维材料，在防止高速弹丸撞击方面，其性能优于广泛使用的同类材料（包括钢板和凯夫拉织物）。

研究人员说：“我们的纳米纤维垫表现出的保护性能远远超过其他材料系统，而且重量更轻。”为了制造这种材料，研究人员将多壁碳纳米管（每层只有一个原子厚的碳圆柱体）与 Kevlar 纳米纤维混合在一起。由此产生的纳米纤维垫在消散速度超过音速的微小弹丸的冲击力方面表现出色。

这一进展为碳纳米管在轻质、高性能装甲材料中的应用奠定了基础，例如，用于防弹背心以更好地保护佩戴者或用于航天器周围的防护罩以减轻高速飞行微碎片造成的损害。

“纳米纤维材料对于防护应用非常有吸引力，因为与宏观纤维相比，纳米纤维具有出色的强度、韧性和刚度，”研究人员说：“到目前为止，碳纳米管垫的能量吸收效果*好，我们想看看我们是否可以进一步提高它们的性能。”

他们找到了正确的化学反应。该团队合成了凯夫拉尔纳米纤维（凯夫拉纤维，一种芳纶纤维材料产品），并将其中的少量加入到他们的碳纳米管垫中，从而在纤维之间形成了氢键。这些氢键改变了纳米纤维之间的相互作用，并且与凯夫拉尔纳米纤维和碳纳米管的正确混合物一起，导致了整体材料性能的巨大飞跃。

“氢键是一种动态键，这意味着它可以不断地断裂并再次重新形成，使其能够通过这个动态过程耗散大量能量，”研究人员说：“此外，氢键为这种相互作用提供了更大的刚度，从而加强和硬化了纳米纤维垫。当我们通过添加凯夫拉尔纳米纤维来改变垫子中的界面相互作用时，我们能够在某些情况下实现近 100% 的能量耗散性能改进。”

研究人员在实验室中使用激光诱导的微粒冲击测试系统测试了他们的新材料。该系统是美国为数不多的类似系统之一，它使用激光将微型子弹射入材料样本中。

“我们的系统的设计使得我们实际上可以在显微镜下挑选一颗子弹，并以非常可控的方式将其射向目标，速度非常可控，可以从每秒 100 米一直变化到超过 1 公里每秒，”研究人员说：“这使我们能够在一个时间尺度上进行实验，我们可以观察材料的反应——当氢键相互作用发生时。”除了抗冲击性外，新型纳米纤维材料的另一个优点是，与凯夫拉 一样，它在非常高和非常低的温度下都很稳定，因此可用于各种极端环境中的应用。

纳米技术在军事中的重要性

在纳米技术快速发展的现代，世界各主要军事大国相继制订了许多军用纳米技术开发计划。美国开发纳米技术的经费中有一半左右用于国防部系统;日本也认识到纳米技术在军事等方面应用的巨大潜力，建成了*个纳米分子装配器;欧洲有关纳米技术的一项军事研究计划已在法国一个实室开始起步。

由此可见纳米技术在未来军事方面的重要性，发展纳米技术也成为当下一个重要话题。所以在未来，纳米技术的强弱，也可以侧面反映出一个国家军事实力的强弱。

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