Undersøgelse viser, at grafen er i stand til at modstå en fartkugle

Rice University-forskere affyrede mikrokugler med supersoniske hastigheder i eksperimenter, der viser, at grafen er 10 gange bedre end stål til at absorbere energien fra et gennemtrængende projektil. Kredit:Jae-Hwang Lee

(Phys.org) – Et team af forskere, der arbejder ved Rice University i USA, har vist, at grafen er bedre i stand til at modstå påvirkningen af en kugle end enten stål eller Kevlar. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Videnskab , holdet beskriver, hvordan de oprettede en miniature skydebane i deres laboratorium og brugte den til at teste styrken af grafenplader.

Forskere ved, at grafenplader er hårde, på grund af deres tætte one-atom think-struktur. Indtil nu, imidlertid, ingen har testet materialet til brug som rustning - for at beskytte mod at blive ramt af en fartkugle. I denne nye indsats, forskerne gjorde netop det, dog i meget mindre målestok.

Forskere har endnu ikke fundet ud af en måde at masseproducere ark af grafen i store størrelser, dermed, til dette eksperiment, forskerne begrænsede deres indsats til en meget lille skala. Deres skydefelt bestod af at bruge en laser til at fordampe guldfilamenter til at tjene som krudt. Eksplosionen skubbede mikronstore glaskugler mod grafenmål - 10 til 100 ark placeret sammen for at danne en måtte - med hastigheder op til 6, 700 mph (ca. en tredjedel af hastigheden af en rigtig kugle affyret fra et M16 maskingevær). Elektronmikroskopi blev brugt til at måle, hvor godt grafenpladerne absorberede stødet.

Forskerne fandt ud af, at lagnerne var i stand til at sprede kuglens energi ved at strække sig bagud - lidt ligesom når nogen hopper på en trampolin. Små revner dannes også radialt, bruger mere af energien. Ved at analysere resultaterne, forskerne fandt ud af, at grafen var i stand til at præstere dobbelt så godt som Kevlar, det materiale, der i øjeblikket anvendes i skudsikre veste, og op til ti gange så godt som stål. Sagt på en anden måde, grafen var i stand til at absorbere cirka 0,92 MJ/kg projektilenergi, mens stål typisk kan absorbere 0,08MJ/kg, når begge testes ved lignende hastigheder.

Jae-Hwang Lee viser kort, hvordan det mikroballistiske eksperiment blev udført ved hjælp af det avancerede laser-inducerede projektil-anslagstest (a-LIPIT) apparat. Kredit:Rice University

Grafens evne til at sprede energi, holdet forklarer, skyldes en høj grad af stivhed kombineret med lav densitet, hvilket betyder, at energi kan bevæge sig igennem det meget hurtigt, giver mulighed for spredning af energi fra noget, der rejser så hurtigt som en kugle.

Forskernes indsats viser, at grafen meget vel kunne betyde en bedre skudsikker vest, hvis man kunne finde en måde at producere det i tilstrækkelig mængde og til en tilstrækkelig lav pris.

En mikrokugle, der bevæger sig med supersonisk hastighed, fanges i denne sammensætning af tre tidsbestemte billeder, mens den bevæger sig mod et ophængt ark af flerlagsgrafen. Eksperimenter udført på Rice University viser, at grafen er 10 gange bedre end stål til at absorbere energien fra et gennemtrængende projektil. Boblen til venstre er en polymerfilm, der udvider sig væk fra guldsubstratet, og som overfører energi fra en laser til mikrokuglen. Kredit:Thomas Research Group/Rice University
Materialeforsker Edwin "Ned" Thomas, venstre, dekan ved George R. Brown School of Engineering ved Rice University, og Jae-Hwang Lee, en tidligere postdoc-forsker i sit laboratorium og nu adjunkt ved University of Massachusetts, Amherst, fandt, at grafen er stærkere end stål i test med mikrokugler. Forskerne holder en polymer, der omslutter kugler, fokus for et tidligere eksperiment. Kredit:Tommy LaVergne/Rice University

Sidste artikelForskere udvikler hukommelse på flere niveauer til forbrugerelektronik

Næste artikelBillede:Udskåret visning af nanopartikler i en neural celle