Углеродные нанотрубки (УНТ) имеют большое потенциальное применение в производстве материалов с баллистической стойкостью. Замечательные свойства УНТ делают их идеальным кандидатом для армирования полимеров и других материалов и могут привести к таким применениям, как пуленепробиваемые жилеты, такие же легкие, как футболка, щиты и взрывозащищенные одеяла. Для этих применений требуются более тонкие, легкие и гибкие материалы с превосходными динамическими механическими свойствами.
Исследование, проведенное исследователями в Австралии, посвящено изучению способности поглощения энергии одностенной углеродной нанотрубки при баллистическом воздействии. В результате предлагается полезное руководство по использованию УНТ в качестве упрочняющей фазы материалов для создания устройств, предотвращающих проникновение баллистического оружия или удар с высокой скоростью.
Чжан опубликовал свои недавние открытия под названием «Способность поглощать энергию углеродных нанотрубок при баллистическом воздействии» в выпуске « Прикладной физики » от 18 сентября 2006 года .
В исследовании Чжана анализируется воздействие пули на нанотрубки разных радиусов в двух крайних случаях. Для нанотрубки с одним закрепленным концом максимальная скорость пули, выдерживающей нанотрубку, увеличивается, а эффективность поглощения энергии уменьшается с увеличением относительных высот, при которых пуля попадает; эти значения не зависят от радиусов нанотрубок, когда пуля попадает на определенную относительную высоту. Для нанотрубки с фиксированными обоими концами эффективность поглощения энергии достигает минимума, когда пуля попадает вокруг относительной высоты 0,5.
В качестве пули использовали кусок алмаза с 1903 атомами, скорость которого варьировалась от 100 до 1500 м / с. Размер пули был выбран таким, чтобы ширина была больше, чем ширина самой большой нанотрубки после сплющивания. Пуля была выпущена из мишени примерно в 15 Â от центральной оси нанотрубки и двигалась с постоянной скоростью в горизонтальном направлении, то есть перпендикулярно оси нанотрубки, как показано на рисунке выше. Характеристики нанотрубок были исследованы для пули, выпущенной с различными скоростями в различных положениях, с использованием классического метода молекулярной динамики.
В своих экспериментах Чжан обнаружил, что для нанотрубки с одним фиксированным концом УНТ может быть устойчивым к движению снаряда со скоростью 200–1400 м / с (для сравнения, начальная скорость современных винтовочных пуль составляет где-то между 180 и 1500). м / с, в зависимости от типа пистолета и пули. Для обычного безрецептурного пистолета скорость ниже 1000 м / с); скорость снаряда, выдерживающего нанотрубку, увеличивается, тогда как эффективность поглощения уменьшается с увеличением относительной высоты. Для нанотрубки с фиксированными обоими концами энергия поглощения достигает максимума, тогда как эффективность поглощения достигает минимума, когда пуля попадает в нанотрубку в середине.
Чжан воодушевлен огромным потенциалом, предлагаемым УНТ для изготовления материалов с баллистической стойкостью, и его исследования в этой области продолжаются: «Мы продолжим пытаться понять ударное поведение УНТ в более сложных условиях нагрузки».