研究者らは長年、高速パンクからよりよく保護される新素材を見つけるために取り組んできたが、有望な新素材の微細な詳細を現実世界での実際の挙動と結びつけるのは難しい。
ACS Applied Materials の記事によると、この問題に対処するために、国立標準技術研究所 (NIST) の研究者らは、レーザーで発射された発射体とデータを使用して、ターゲット材料の微細な特性と挙動を予測するのに役立つ新しい方法を考案しました。 & インターフェース、LaserMade.com は理解しています。 これは、高強度レーザーを使用して、ターゲット材料に向けて音速に近い速度で微小発射体を発射することによって行われます。この場合、ターゲット材料は、試験対象の耐穿刺性材料を表すポリマーフィルムです。
粒子と試験対象の材料サンプル間のエネルギー交換が顕微鏡レベルで分析され、次にスケーリング法を使用して、弾丸などのより大きな高エネルギー発射体による貫通に対する材料の耐性が予測されます。 このようにして、試験と分析およびスケーリング方法を組み合わせることで、科学者は新しい耐穿刺性材料を発見できます。 新しいプログラムにより、より大きな発射体とより大きなサンプルを使用する一連の長時間にわたる実験室実験の必要性が軽減されます。
NIST の化学者キャサリン・エヴァンスは、「保護用途のための新しい材料を研究するとき、私たちの新しいアプローチを使えば、その保護特性が研究に値するかどうかについて、より早い段階でアイデアを得ることができます。」と説明しています。
少量の新しいポリマーを合成することは、実験室の実験ではかなり日常的なことかもしれません。 課題は、耐穿刺性をテストするための量をスケールアップすることです。新しい合成ポリマーから作られた材料では、十分な量にスケールアップすることがしばしば不可能または非現実的です。
弾道試験の問題は、新しい材料を作る際に 2 つのステップを踏まなければならないことです」と NIST の材料研究エンジニアであるクリストファー・ソールズ氏は言いました。より良いと思われる新しいポリマーを合成し、それをスケールアップする必要があります。この研究の大きな成果は、驚くべきことに、微小弾道試験をスケールアップして現実世界の大規模試験にリンクできることがわかったことです。」
研究中、研究者らはその方法を使用して、広く使用されている防弾ガラス化合物、新しいナノ複合材料、グラフェン材料のサンプルなどのいくつかの材料を評価しました。
この試験方法は LIPIT と呼ばれます。これは、「Laser Induced Projectile Impact Test」の略です。これは、レーザーを使用して、シリカまたはガラスで作られたマイクロ発射体を対象材料の薄膜に発射します。レーザーアブレーションにより、レーザーは高強度の衝撃を生成します。マイクロプロジェクタイル材料をサンプルに押し込む圧力波。
研究者らは最初にこの方法を使用して、ポリマーグラフトナノ粒子ポリメタクリレート（npPMA）複合材料と呼ばれるナノ複合材料を分析した。 シリカナノ粒子で構成されており、防弾チョッキなど幅広い用途に使用できる可能性がある。 レーザーはマイクロ弾丸を毎秒 100 ～ 400 メートルの速度で標的物質に向けて推進し、その衝撃を測定するためにカメラが使用されます。
研究者らは、npPMA で得られた測定値と追加の数学的分析、および研究文献から得られた材料に関する利用可能なデータを組み合わせて、マイクロバラストのテストの結果をより大きな衝突時の衝撃と関連付けました。 npPMA は製造が難しい新しい材料であるため、研究者らは分析を拡大し、防弾ガラスとして広く使用されている、より一般的に使用される化合物 (ポリカーボネート) を含めました。
研究者らは、文献結果、寸法分析、LIPIT の方法論を組み合わせて、材料の耐破壊性が、材料が破壊するまでに耐えることができる最大応力 (つまり破壊応力) に関係していることを証明することができました。 これは、通常、圧力波が材料を通過する方法に関連すると考えられている弾道性能の現在の理解に疑問を投げかけます。
彼らの新しい方法は、事前にこれらの特性を直接測定することなく、材料の強度限界、または材料がどの程度の応力や圧力に耐えられるかを決定できるため、実験でどの材料を選択するかを最適化するのに役立ちます。 これにより、グラフェンなどの材料を探索できるようになり、この材料の複数の薄膜層が高性能ポリマーと同様に、耐衝撃用途に使用できることが示唆されました。
次のステップとして、研究者らは他の新素材の弾道特性を評価し、さまざまな種類や構成を研究する予定です。 また、微小爆弾のサイズを変更し、その速度範囲を拡大します。
