Cercetătorii au lucrat de mult timp pentru a găsi noi materiale care sunt mai bine protejate împotriva perforațiilor de mare viteză, dar este greu de conectat detaliile microscopice ale materialelor noi promițătoare cu comportamentul lor real în lumea reală.
Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) au conceput o nouă metodă care utilizează proiectile și date emise cu laser pentru a ajuta la prezicerea proprietăților microscopice și a comportamentului materialelor țintă, potrivit unui articol din ACS Applied Materials. & Interfețe, înțelege LaserMade.com. Acest lucru se realizează prin utilizarea unui laser de mare intensitate pentru a ejecta un microproiectil cu viteza aproape de sunet la un material țintă, care în acest caz este o peliculă polimerică reprezentând materialul rezistent la perforare care trebuie testat.
Schimbul de energie dintre particule și proba de material testat este analizat la nivel microscopic, iar apoi se utilizează o metodă de scalare pentru a prezice rezistența materialului la perforare cu un proiectil mai mare de înaltă energie, cum ar fi un glonț. În acest fel, combinând testarea cu metodele de analiză și scalare, oamenii de știință pot descoperi noi materiale rezistente la perforare. Noul program reduce necesitatea unei serii lungi de experimente de laborator folosind proiectile mai mari și mostre mai mari.
Chimistul NIST Katherine Evans explică: „Când studiezi un material nou pentru o aplicație de protecție, cu noua noastră abordare, ne putem face o idee mai devreme despre dacă proprietățile sale protectoare merită studiate”.
Sintetizarea unor cantități mici dintr-un nou polimer poate fi destul de rutină în experimentele de laborator; provocarea constă în creșterea cantității pentru a-și testa rezistența la perforare - materiale fabricate din polimeri sintetici noi în care creșterea la cantități suficiente este adesea imposibilă sau impracticabilă.
Problema testării balistice este că trebuie să faci doi pași în realizarea de noi materiale", a spus Christopher Soles, inginer în cercetarea materialelor la NIST. Trebuie să sintetizați un nou polimer care credeți că este mai bun și apoi să-l extindeți. la nivelul kilogramului. Marea realizare a acestei lucrări este că am descoperit în mod surprinzător că testarea microbalistică poate fi extinsă și conectată la testarea la scară largă în lumea reală.”
În timpul studiului, cercetătorii și-au folosit metoda pentru a evalua mai multe materiale, inclusiv compuși de sticlă balistică utilizați pe scară largă, noi nanocompozite și mostre de materiale grafen.
Metoda de testare se numește LIPIT, care înseamnă „Laser Induced Projectile Impact Test. Folosește un laser pentru a trage un microproiectil din silice sau sticlă într-o peliculă subțire a materialului de interes. Prin ablația cu laser, laserul produce un undă de presiune care împinge materialul microproiectil în probă.
Cercetătorii au folosit pentru prima dată metoda pentru a analiza un nanocompozit numit compozit polimetacrilat de nanoparticule grefate cu polimeri (npPMA). Este format din nanoparticule de silice și poate fi utilizat într-o gamă largă de aplicații, inclusiv veste antiglonț. Un laser propulsează microgloanțele către materialul țintă la viteze de 100 până la 400 de metri pe secundă, iar o cameră este folosită pentru a măsura impactul lor.
Cercetătorii au combinat măsurătorile obținute pe npPMA cu analize matematice suplimentare, împreună cu datele disponibile despre material din literatura de specialitate, pentru a lega rezultatele testelor cu micro-balast cu impactul într-un impact mai mare. Deoarece npPMA este un material nou care nu este ușor de fabricat, ei și-au extins analiza pentru a include un compus mai frecvent utilizat (policarbonat), care este utilizat pe scară largă ca sticlă antiglonț.
Folosind o combinație de rezultate din literatură, analiză dimensională și metodologia LIPIT, cercetătorii au reușit să demonstreze că rezistența la perforare a materialului este legată de solicitarea maximă pe care o poate suporta materialul înainte de rupere (adică efortul de rupere). Acest lucru provoacă înțelegerea actuală a performanței balistice, despre care se crede de obicei că este legată de modul în care undele de presiune trec printr-un material.
Noua lor metodă poate determina limita de rezistență a unui material sau cât de multă tensiune și presiune poate rezista, fără a măsura direct aceste proprietăți în prealabil, ceea ce ajută la optimizarea materialelor pe care să le aleagă într-un experiment. Acest lucru le-a permis să exploreze materiale precum grafenul, ceea ce sugerează că mai multe straturi subțiri ale materialului ar putea fi folosite pentru aplicații rezistente la impact, similar polimerilor de înaltă performanță.
Pentru următorul pas, cercetătorii plănuiesc să evalueze proprietățile balistice ale altor materiale noi și să studieze diferite tipuri și configurații. De asemenea, vor varia dimensiunea microbombelor și își vor extinde intervalul de viteză.
