Istraživači već dugo rade na pronalaženju novih materijala koji su bolje zaštićeni od uboda velike brzine, ali je teško povezati mikroskopske detalje obećavajućih novih materijala s njihovim stvarnim ponašanjem u stvarnom svijetu.
Kako bi se pozabavili ovim problemom, istraživači na Nacionalnom institutu za standarde i tehnologiju (NIST) osmislili su novu metodu koja koristi laserski emitirane projektile i podatke kako bi pomogla u predviđanju mikroskopskih svojstava i ponašanja ciljnih materijala, navodi se u članku u ACS Applied Materials. & Interface, LaserMade.com razumije. To se postiže korištenjem lasera visokog intenziteta za izbacivanje mikroprojektila brzinom skorom zvuka na ciljni materijal, koji je u ovom slučaju polimerni film koji predstavlja materijal otporan na probijanje koji se testira.
Razmjena energije između čestica i uzorka ispitivanog materijala analizira se na mikroskopskom nivou, a zatim se koristi metoda skaliranja za predviđanje otpornosti materijala na probijanje većeg projektila visoke energije, kao što je metak. Na ovaj način, kombinujući testiranje sa metodama analize i skaliranja, naučnici mogu otkriti nove materijale otporne na probijanje. Novi program smanjuje potrebu za dugotrajnom serijom laboratorijskih eksperimenata koristeći veće projektile i veće uzorke.
Kemičarka NIST-a Katherine Evans objašnjava: "Kada proučavate novi materijal za zaštitnu primjenu, s našim novim pristupom, možemo dobiti raniju ideju o tome da li su njegova zaštitna svojstva vrijedna proučavanja."
Sintetizacija malih količina novog polimera može biti prilično rutinska u laboratorijskim eksperimentima; Izazov je povećati količinu kako bi se testirala njegova otpornost na probijanje - materijali napravljeni od novih sintetičkih polimera kod kojih je povećanje do dovoljnih količina često nemoguće ili nepraktično.
Problem s balističkim testiranjem je da postoje dva koraka koja morate poduzeti u pravljenju novih materijala", rekao je Christopher Soles, inženjer za istraživanje materijala u NIST-u. Morate sintetizirati novi polimer za koji mislite da je bolji, a zatim ga povećati na nivo kilograma. Veliko postignuće ovog rada je to što smo iznenađujuće otkrili da se mikrobalističko testiranje može povećati i povezati sa testiranjem velikih razmjera u stvarnom svijetu."
Tokom studije, istraživači su koristili svoju metodu za procenu nekoliko materijala, uključujući široko rasprostranjena jedinjenja balističkog stakla, nove nanokompozite i uzorke grafenskih materijala.
Metoda testiranja se zove LIPIT, što je skraćenica od "Laser Induced Projectile Impact Test". Koristi laser za ispaljivanje mikroprojektila napravljenog od silicijum dioksida ili stakla u tanki film materijala od interesa. Laserskom ablacijom laser proizvodi visoko- talas pritiska koji gura materijal mikroprojektila u uzorak.
Istraživači su prvi put koristili ovu metodu za analizu nanokompozita nazvanog kompozit polimetakrilata nanočestica polimerno kalemljenih (npPMA). Sastoji se od nanočestica silicijum dioksida i može se koristiti u širokom spektru aplikacija, uključujući pancire. Laser pokreće mikro metke prema ciljnom materijalu brzinom od 100 do 400 metara u sekundi, a kamera se koristi za mjerenje njihovog udara.
Istraživači su kombinirali mjerenja dobivena na npPMA s dodatnom matematičkom analizom, zajedno s dostupnim podacima o materijalu iz istraživačke literature, kako bi povezali rezultate testova mikro-balasta sa udarom u većem udaru. Budući da je npPMA novi materijal koji se ne može lako proizvesti, oni su proširili svoju analizu kako bi uključili češće korišteni spoj (polikarbonat), koji se široko koristi kao neprobojno staklo.
Koristeći kombinaciju literaturnih rezultata, dimenzionalne analize i LIPIT-ove metodologije, istraživači su bili u mogućnosti da pokažu da je otpornost materijala na probijanje povezana s maksimalnim naprezanjem koje materijal može izdržati prije loma (tj. napon loma). Ovo dovodi u pitanje trenutno razumijevanje balističkih performansi, za koje se obično smatra da je povezano s načinom na koji valovi pritiska prolaze kroz materijal.
Njihova nova metoda može odrediti granicu čvrstoće materijala ili koliko naprezanja i pritiska može izdržati, bez prethodnog direktnog mjerenja ovih svojstava, što pomaže optimizirati koje materijale odabrati u eksperimentu. To im je omogućilo da istraže materijale kao što je grafen, što sugerira da bi se višestruki tanki slojevi materijala mogli koristiti za aplikacije otporne na udarce, slično polimerima visokih performansi.
Za sljedeći korak, istraživači planiraju procijeniti balistička svojstva drugih novih materijala i proučavati različite tipove i konfiguracije. Oni će također varirati veličinu mikrobombi i proširiti njihov raspon brzina.
