微型网状物可能是制造更轻、更坚固的防弹衣的关键

由陆军和海军资助并于六月份发表的新研究表明，一种新型纳米材料结构能够抵御超微型射弹，这可能会在未来带来更强大的装甲。

子弹是一种高速的金属物体，其设计目的是在人体上撕开一个洞。防弹装甲，从早期的金属板到凯夫拉，再到更先进的概念，都是通过尽可能快速有效地分散能量来工作的，理想情况下，穿着者会受伤而不是被刺穿。

防弹衣要想发挥作用，就需要能够快速分散和减弱子弹的能量，需要能够承受重复冲击，而且需要足够轻便和实用，以便人们能够真正穿着它。

凯夫拉纤维于 1965 年发明，其强度是钢的五倍。它使现代防弹衣成为可能，因为它可以以比过去轻得多的重量提供防护。凯夫拉纤维仍有局限性，因为它可能被弹片撕裂或被威力更大的子弹穿透。

这项新研究以“纳米结构碳的超音速冲击韧性”为题发表在《自然材料》杂志上，表明新材料的精确纳米结构架构具有更强的阻挡子弹的能力。

“纳米结构材料确实有望成为一种减震材料，”该研究的首席作者、麻省理工学院机械工程学助理教授卡洛斯·波特拉 (Carlos Portela) 在一份新闻稿中表示。“我们对它们还有很多不了解的地方，我们正在开始这条道路，以回答这些问题，并为它们的广泛应用打开大门。”

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研究人员确实发现，热解碳的格子结构（支柱和开放空间较重）比密度更大、吸收或扩散冲击力的空间较小的结构更坚固。

波特拉说：“我们证明了这种材料能够吸收大量能量，这是因为纳米级支柱的冲击压缩机制，而不是完全致密、整体的材料，而不是纳米结构的材料。”

为了向碳结构发射纳米级弹丸，研究人员将激光瞄准涂有金的载玻片，以高速将粒子推向目标。

在激光的加速下，粒子的速度为每秒 40 至 1,100 米。最低速度约为每小时 89 英里，比美国职业棒球大联盟投手的快速球稍慢。最高速度约为每小时 2,460 英里，比普通突击步枪的子弹快大约每小时 700 英里。

当这些弹丸高速击中时，材料在直接击中的地方会皱缩，但其余结构仍保持完好。由于有空间吸收和消散能量，纳米材料结构保持完好，弹丸嵌入框架但不会穿透它。

研究作者写道：“在相同的特定冲击能量下，其结构和纳米级材料尺寸效应使特定能量耗散比凯夫拉复合材料和纳米级聚苯乙烯薄膜高出约 70%”，并表明该材料的强度可以在更大规模上使用。

如果真是这样，那么这些微小的桁架可以成为新型装甲的基础，用于从战斗人员到太空物体等各种物体。在后者的情况下，涂层可以保护以 17,500 英里/小时的速度飞行的碎片撞击，并延长卫星和航天器的使用寿命。对于防弹衣而言，这不仅可以为头部和躯干提供轻便的保护，而且可能足够轻便和实用，可以覆盖士兵的更多身体部位。

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延长战斗士兵的预期寿命有两种干预方式。在过去一个世纪中，战场医疗得到了巨大改善，止血、加速撤离和提供援助都可以减轻已经造成的伤害。另一个是装甲，它通常以密集、重型车辆以及笨重但能救命的背心和头盔的形式出现。

如果通过这项研究得到的装甲在重量相同的情况下能够比凯夫拉纤维更坚固，或者与目前的凯夫拉纤维一样坚固但重量更轻，那么它就不再像专用装备，而更接近日常服装的便捷性和功能性。

早期装甲的进步虽然提供了相对于现有武器的直接防御能力，但也导致了反装甲弹的专门设计，这种设计可以增加射弹的质量和材料密度，从而击穿曾经坚不可摧的屏障。面对专门的武器，任何从这项研究中衍生出来的新装甲都可能遇到麻烦。

如果该技术能够像作者所希望的那样大规模应用，那么它确实有望成为一种更好、更轻便的防护手段，抵御当今军队使用的大多数标准子弹。大规模测试将确定纳米级结构的耗散是否有效，使其成为桁架的一个真实案例，但需要验证。