美国和瑞士多所大学联合开发防弹性能优于凯夫拉的新型纳米结构材料

美国加州理工学院（Caltech）、麻省理工学院（MIT）和瑞士联邦理工学院（ETH Zürich）的工程师合作开发了一种由微小的碳支柱制成的纳米结构材料，这种材料与通常用于个人防护装备的材料凯夫拉（Kevlar） 相比，在阻止弹丸射击方面更有效。

这种由Caltech材料科学家Julia R. Greer首创的纳米结构材料具有在纳米尺度上设计的结构，表现出一种不寻常的、令人惊奇的特性，不仅异常轻，而且还可以在被压缩后像海绵一样回弹为原始形状。这种材料比人的头发还细，由相互连接的十四面体组成，这些十四面体由在极热条件下形成的碳支柱（称为热解碳）制成。

Caltech的科研人员在实验室制造了两种不同致密度的材料样本，并用14微米直径的球形氧化硅颗粒对这两种材料样本进行轰击测试，一次一个，速度由40m/s逐步增加到 1100m/s。研究人员发现，致密度更高的样本更具弹性，微粒倾向于嵌入材料中，而不是直接撕裂，就像完全致密的聚合物或相同厚度的碳片一样。

经过仔细检查发现，这种纳米结构材料中直接围绕粒子的单个支柱会崩溃，但整体结构保持完整，直到弹丸停止。根据换算，在同等重量弹丸轰击下，这种新材料的抗冲击性能比钢高100%以上，比凯夫拉复合材料高 70% 以上。

为了将这种材料投入实际应用，研究人员接下来需要找到扩大其生产规模的方法，并探索其他纳米结构材料（包括由碳以外的材料制成的材料）如何在高速冲击下保持稳定。

该项研究得到了美国海军研究办公室和美国陆军研究办公室的部分支持，证明了纳米结构材料在抗冲击方面的应用可行性，开辟了一条新的研究途径，相关论文《Supersonic impact resilience of nanoarchitected carbon》已在 Nature Materials期刊上发表。