防彈纖維結合奈米碳管，新輕質材料更有效擋高速子彈與太空碎片

對想打造一流防彈材料的科學家來說，最好的盔甲是既能保證穿戴者安全、又能提高行動上的機動性。威斯康辛大學麥迪遜分校團隊最近打造出一種新型超輕裝甲材料，因獨特的化學成分，性能比鋼和克維拉纖維還要好。

克維拉（Kevlar）纖維具有極佳抗拉性能，強度為同等質量鋼鐵的 5 倍，但密度僅鋼鐵五分之一，因此早期被用於替代賽車輪胎中的部分鋼材。現在克維拉纖維廣泛用於船體、飛機、自行車輪胎、軍用頭盔、防彈背心之中，但克維拉主要弱點是處於鹼性環境、暴露於氯及紫外線之下，將被逐漸分解。

為了製造更好的防彈材料，威斯康辛大學麥迪遜分校團隊將奈米碳管結合克維拉纖維，發現新的奈米纖維墊在消化微彈丸衝擊（速度超過音速）時表現更出色，強度、韌性和剛度等性能也更突出。

研究人員從中找到新型材料更加強韌的化學反應，當將少量克維拉纖維加入由奈米碳管構成的「墊子」中時，兩者比例恰到好處會導致纖維之間形成氫鍵，由於氫鍵是種動態鍵，可以不斷斷裂並再次形成，便能藉由該動態過程消耗大量能量（如物體高速穿入），同時氫鍵也為這種相互作用提供了更大剛度。

團對展開微粒衝擊系統測試，將雷射光以不同速度（每秒 100 公尺～1 公里）把微粒發射到材料樣品中，證實新材料可在超音速衝擊速度下實現近 100% 能量耗散。

新型材料比克維拉織物和鋼板更能抵禦高速衝擊，為高性能超輕裝甲材料提供另一種製造基礎，而據研究人員稱，新材料或也能應用於保護太空探測器被高速碎片撞壞。

新論文發表在《ACS Nano》期刊。

• Lightweight armor material made of nanotube mats outperforms Kevlar
• New lightweight super material could battle bullets, deflect space debris

（首圖來源：pixabay）