Забудьте о кевларе: возможно, новым пуленепробиваемым материалом станет графен. Ученые по-новому взглянули на прочность графена, обстреляв его микропулями.
Когда десять лет назад был открыт графен, ученые считали, что эти двумерные углеродные соты намного прочнее стали. Однако новое исследование показало, что этот материал в среднем в 10 раз превосходит сталь по способности рассеивать кинетическую энергию.
Чтобы точно определить прочность графена, исследователи провели испытание на ударное воздействие лазерного снаряда (LIPIT). В ходе испытания энергия лазера использовалась для того, чтобы с большой скоростью отбрасывать микропули от противоположной стороны поглощающей золотой поверхности. Исследователи усовершенствовали этот метод, модифицировав его таким образом, чтобы с большой точностью запускать отдельные микроскопические сферы со скоростью около 3 километров в час, что намного быстрее, чем скорость пули из АК-47.
Исследователи создали специальную платформу для выравнивания многослойных графеновых листов, полученных механическим способом из объемного графита. Затем они протестировали листы толщиной от 10 до 100 нанометров, то есть до 300 графеновых слоев. С помощью высокоскоростной камеры они сделали снимки снарядов до и после удара, чтобы оценить их скорость и повреждения листов.
В каждом случае сферы пробивали графен. Но вместо аккуратной дырки они оставляли вокруг места удара рваный узор в виде «лепестков». Это указывало на то, что графен растягивался перед тем, как порваться.
На самом деле ученые обнаружили, что графен представляет собой эластичную мембрану, которая может распределять энергию удара пули по широкой площади, ограниченной пологим конусом с центром в точке удара. Теоретически контролируемое наслоение графеновых листов может привести к созданию легких материалов, поглощающих энергию.
«В идеале у вас должно быть много независимых слоев, которые не слишком далеко отстоят друг от друга и не соприкасаются, потому что нагрузка меняется от растягивающей к сжимающей», — сказал Эдвин Томас, один из исследователей, в пресс-релизе.
Результаты исследования показывают, что графен — чрезвычайно прочный и гибкий материал, который в будущем можно будет использовать в самых разных областях.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science.