防彈材質有望進化,美科學家發現雙層石墨烯遇衝擊時比鑽石堅硬

作者 | 發布日期 2017 年 12 月 20 日 19:41 | 分類 尖端科技 , 材料 follow us in feedly

為了達到確實保護效果,過去防彈衣經常是厚重的,但只要紐約市立大學高級科研中心(ASRC)正在進行的研究取得成果,未來情況可能將不再相同。



NewAtlas 報導指出,在物理學教授 Elisa Riedo 的領導下,研究團隊已經確定,遭遇衝擊時,基於雙層石墨烯(graphene)的防彈材質,將可在必要時比鑽石更堅硬,也不會因撞擊導致穿透。

或許有些人會覺得石墨烯聽起來有點陌生,但它其實是近年來頗受關注的材質,石墨烯是一種由碳原子以類似蜂巢形式連接在一起、只有一個碳原子厚度的薄膜。

過去石墨烯一直被認為是假設性結構,直到 2004 年英國物理學家在實驗中實際分離出來,由於只有一個碳原子厚度,石墨烯認為是現今世界最強的奈米材料,近年也引起許多研究熱潮。

(Source:By AlexanderAlUS (Own work) [CC BY-SA 3.0 or GFDL], via Wikimedia Commons

研究團隊將正在研究的新材料稱為 diamene,是由放在碳化矽(Silicon Carbide)基板上的雙層石墨烯組成,在一般情況下,它就像鋁箔一樣輕盈靈活,但當室溫下突然施加機械壓力時,diamene 會變得比鑽石還堅硬。

這種材料是副教授 Angelo Bongiorno 想出來的,透過電腦模型計算後,他相信只要雙層石墨烯正確對齊,堅硬的效果就會出現。而 Riedo 及同事在實際測試 diamene 樣本後,證實了 Bongiorno 的猜想。

測試這項新材料時,研究團隊還發現,當石墨烯在衝擊作用下轉化為類鑽石材料的時刻,會導致當前電流突然降低,這暗示著 diamene 或許具有趣的電子和自旋電子(spintronic)性質。

更有趣的是,不論實驗或理論都顯示,這樣的硬化效果只會發生在雙層石墨烯時,不能多也不能少。

Riedo 表示,過去測試石墨或單層石墨烯時,施加壓力後感受到的是非常軟的薄膜,但當石墨烯片正好 2 層厚時,團隊突然發現受壓的材料變得非常堅硬,甚至比鑽石更硬。

研究團隊未來會持續探索穩定轉換的方法,目標是讓這項新材料實際應用,團隊相信這項新材料的發現,或許將能幫助耐磨保護塗層和超輕防彈薄膜的開發。

這項研究的論文已公布在《自然──奈米技術》(Nature Nanotechnology)期刊。

(首圖來源:shutterstock)