Физики изучили ультратонкий материал, останавливающий пули на лету

Физики изучили ультратонкий материал, останавливающий пули на лету

Физики из университета Райса (Rice University) и Массачусетского технологического института (MIT) изучали свойства полиуретана. Макроскопические баллистические тесты показали, что этот полимерный материал может не просто останавливать на лету 9-миллиметровые пули, но и "заращивать" входные отверстия.

"Полимер останавливает и фактически запечатывает их в себе, — рассказывает один из руководителей исследования Нэд Томас (Ned Thomas), демонстрируя небольшой кусок прозрачного пластика с тремя застывшими в нём снарядами. – Макроскопического ущерба никакого нет, материал не подвёл, трещины не образовались. Вы по-прежнему можете видеть сквозь него".

Учёные решили разобраться, что происходит с этим необычным материалом при внезапном ударе пули, как происходит диссипация энергии. "Экспериментально полиуретан работает замечательно, но никто не понимал, почему", — добавляет Томас.

Проблема была в том, что никто не станет расчленять материал на слои и изучать их поведение на наноуровне. Это заняло бы слишком много времени. Для ускорения процесса исследователи решили создать модель, которая бы вела себя как полиуретан. В конце концов они остановили свой выбор на материале с длинным и труднопроизносимым названием – полистирен-полидиметилсилоксан диблок-сополимер.

Этот материал состоит из 20-нанометровых чередующихся слоёв полимеров, обладающих свойствами стекла (полистирен) и резины (полидиметилсилоксан). Под "оком" сканирующего электронного микроскопа его срез выглядит как поверхность вельвета.

Вместо пуль учёные использовали бусины из кремнезёма диаметром 3 микрометра. Стрелять ими непросто, поэтому в ход пошёл лазер, позволявший при помощи специальной подложки разогнать снаряды до нужной скорости (от 0,5 до 5 километров в секунду). После ударов сфер изменение структуры материала физики изучали при помощи того же сканирующего электронного микроскопа.

"После удара мы рассматривали поперечное сечение и видели, как глубоко входит сфера, что происходит с этими прекрасными параллельными слоями. Они рассказывали эволюцию проникновения снаряда и помогали понять, какие процессы могут происходить на наноуровне", — рассказывает Томас.

Американцы запускали "микропули" перпендикулярно и параллельно слоям. Так учёные выяснили, что важно, под каким углом миниснаряд входит в защитное покрытие. Для лучшей диссипации энергии удара необходимо, чтобы путь сферы был перпендикулярен поверхности. Тогда ударная волна частично отражается слоями, и материал лучше останавливает "нарушителя".

Что же касается механизма происходящих изменений, то физики установили, что деформация материала происходит следующим образом. При вхождении микропули слои сжимаются, как в стопке блинов, начинается скручивание и разделение структуры на фрагменты. При этом вместо трещин происходит практически мгновенное плавление и смешивание слоёв. Энергия разогнанной сферы заставляет жидкую фазу на доли секунды разогреться до 3000 °C. После материал столь же быстро снова затвердевает, запечатывая входное отверстие пули.

Учёные пришли к выводу, что структура из слоёв с разными свойствами на 30% лучше останавливает снаряд.

Понимание всех этих механизмов в дальнейшем поможет в разработке других стойких материалов, отмечают специалисты. В конце концов учёные хотели бы найти способы улучшения различных конструкций. Так, прозрачное и почти невесомое покрытие могло бы пригодиться для защиты лопастей турбин реактивных двигателей от разогнанных до высоких скоростей частичек пыли, космических спутников от микрометеоритов и даже обычных ветровых стёкол автомобилей от мелких камней.

Кроме того, методы, использованные в этом исследовании, сослужили бы хорошую службу при изучении других материалов, отличающихся небольшим весом и особой прочностью. Речь о нитриде бора, композитах на основе графена и углеродных нанотрубок.

Полный обзор работы американских учёных можно найти в статье в журнале Nature Communications. 

 

Также по теме: Американцы испытали пули с лазерным наведением на цель Новый камуфляж защитит солдат от укусов комаров и взрывов бомб Инфракрасный камуфляж превратит танки в коров Беспилотники научат понимать язык жестов

vesti.ru

Похожие новости:
Ученые создали наноматериал, останавливающий пули
Американские ученые совершили настоящее открытие – сделали наноматериал, который способен останавливать пули. Исследователи из США  давно уже работают над разработкой прочного и одновременно тонкого и легкого полимера, придет который на смену материалу, служащему основной для производства бронежилетов. ..
2012-11-19 2304 0 Технология
0
Разработана пена для остановки внутренних кровотечений
Агентство по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DARPA) работает над созданием специальной пены, которая поможет остановить внутреннее кровотечение. Такие ранения представляют особую опасность, так как кровь невозможно остановить без хирургического вмешательства. Специалисты надеются, что новый препарат сохранит ..
2012-12-15 1879 0 Технология
0
Физики приблизились к созданию «плаща-невидимки»
Физики из Лондонского университета королевы Марии смогли сделать предмет «невидимым» для электромагнитных волн. Специальное устройство позволяет волнам проходить через препятствие, как если бы оно было плоским, и не рассеиваться. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.«Плащ-невидимка», созданный учеными, использует ..
2016-07-19 1758 0 Технология
0
Из германия с участием физиков Германии создан германен
Испанские, французские и немецкие физики создали из германия графеноподобный материал — германен (английское «germanene»). Для его получения использовалось более дешевое, чем платина, золото. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале New Journal of Physics. Специалисты использовали золотую подложку, на которой осаждали ..
2014-09-10 1621 0 Технология
0
В США создали сверхлегкий и прочный композиционный материал
Физики из США создали металлический композитный материал, который обладает высокой прочностью и малой массой. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature, а кратко об этом сообщается на сайте Gizmodo.Композит создан из сплава магния и цинка. В него в жидком состоянии ..
2015-12-25 3090 0 Технология
1
Создан микробаллистический тест для испытания наноброни
Инженеры Массачусетского технологического института создали баллистический тест для испытания наноструктурированных видов брони. Принцип его работы и первые результаты опубликованы в журналеNature Communications, краткое содержание статьи приводит сайт института. Авторы работали с полимерной броней, состоящей из чередующихся слоев ..
2012-11-9 1556 0 Технология
0
Физики создали материал с рекордной люминесценцией
Американские учёные из университета Джорджии создали материал, который испускает накопленную энергию в виде излучения в ближней инфракрасной области спектра (длина волны 650-1000 нанометров). Но особенность новичка не только в этом – пробыв на свету всего одну минуту, ..
2011-11-23 2031 0 Технология
0
Британские ученые создали не отражающий свет материал
Британские ученые создали материал, почти полностью поглощающий падающий на него свет, сообщает Independent. Данный материал отражает всего 0,035% оказавшегося на его поверхности света, что, по словам разработчиков, в настоящее время является абсолютным рекордом для материала, созданного человеком, ..
2014-07-16 3455 0 Технология
-1
Ученые задумались о создании графенового лазера
Немецкие ученые с зарубежными коллегами изучили динамику электронов в графене под действием магнитного поля. Их исследование может помочь в создании нового типа лазеров, сообщили авторы в статье, опубликованной в журнале Nature Physics. Графен является одним из основных материалов для исследований ..
2014-11-26 1508 0 Технология
0
Китайские учёные создали самый лёгкий в мире материал
По заявлению Китайских СМИ новый материал - графеновый аэрогель, разработанный китайскими учеными из Университета Чжэцзян является самым легким в мире. Кубический сантиметр изобретения весит всего 0,16 миллиграмма, что в 6,5 раз меньше массы воздуха. Материал уже получил название - «графеновый аэрогель». Создан ..
2013-03-26 2994 0 Технология
0
Новая эпоха в развитии бронированного стекла
Последние сведения, поступившие от ученых, занятых работой с бронированным стеклом, говорят о новых достижениях. Современное стекло настолько крепко, что может выдержать даже попадание пули из крупнокалиберного пулемета и не разрушиться. Заказ на промышленное производство такого стекла поступил от НАТО. Им будут ..
2011-11-1 2861 0 Технология
1
Физики превратили в нанофильтр кусок пластика
Физики при помощи раствора уксусной кислоты и ультрафиолета превратили в нанофильтр цельный кусок полистирола с вкраплениями органического стекла, опубликовано в журнале Nature Materials. Группа ученых с руководителем Исана Сивании из Кэмбриджского университета  использовала уксусную кислоту и оргстекло крайне оригинальным ..
2011-11-29 1688 0 Технология
0
Физики описали образование электронного стекла
Физики из Японии изучили фазовые переходы, которые происходят при охлаждении электронной жидкости в кристалле с двумерными проводящими слоями. Оказалось, что при кристаллизации и стекловании самого вещества подобные превращения происходят и с электронной жидкостью внутри материала. Результаты исследования опубликованы в Science. ..
2017-10-26 8564 0 Технология
0
Получен управляемый температурой магнитный материал
Физики из Калифорнийского университета в Сан Диего разработали материал, чьи магнитные свойства сильно зависят от температуры. Описание материала ученые представили на конференции Американского физического общества в Денвере, кратко о нем пишет BBC News. Основой материала стали тонкопленочные никель и оксид ванадия. Последний, ..
2014-03-08 1776 0 Технология
0
Разработан материал, отталкивающий любую жидкость
Ученые разработали материал, который отталкивает любую жидкость - как водные растворы, так и жировые, что позволит создавать поверхности, почти не подверженные загрязнению.Любая жидкость, помещенная на поверхность, растекается или собирается в капли, что определяется как свойствами поверхности, так и свойствами самой жидкости, пишет  sunhome.ruВ ..
2012-06-18 4726 0 Технология
0