美國工程師建立了一個微型射擊靶場，以展示厚度為10到100奈米的多層石墨烯可能成為極佳的防彈衣材料。結果表明，石墨烯在失效前可能吸收的能量是鋼鐵的10倍。
自從2004年發現石墨烯以來，這種材料因其二維蜂窩結構而受到靜態強度和剛度的讚譽。一些研究人員認為，石墨烯強度更誇張的例證是它可以承受一頭大象站在鉛筆上的力。
但它從未經受過高速彈道學的極端條件，這是裝甲材料的真正強度測試。“我們是第一個在接近實際子彈速度的高速條件下測試[石墨烯]的團隊，” 美國馬薩諸塞大學的李在黃（Jae-Hwang Lee）說。
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“我們不能使用傳統的槍管或火藥等技術[在這個規模上]，” 李解釋道。“相反，我們使用雷射來加速微型二氧化矽子彈[射向多層石墨烯目標]。”
子彈透過雷射脈衝快速蒸發金膜產生的氣體，以高達2000英里/小時的超音速射入堆疊的石墨烯薄片。該團隊計算了子彈撞擊前後的能量差，以確定吸收的能量。
英國國家極端條件物質中心主任尼爾·伯恩（Neil Bourne）並未參與這項研究，他將該技術描述為“非常令人興奮”。他說：“他們採用了標準的實驗室彈道學配置，並在微觀尺度上展示了其用途。”
在測試中，石墨烯能夠吸收高達0.92兆焦/千克的彈道能量，並且在撞擊區域周圍形成裂縫。相比之下，鋼鐵靶標在相同速度下僅吸收高達0.08兆焦/千克。
“這裡的關鍵是能量吸收，” 李的同事和美國萊斯大學工程學院院長埃德溫·托馬斯說。“如果你能使許多裂縫成核，那就是將衝擊分散到更多材料中的一種方法。”托馬斯將石墨烯中看到的效果比作鋼化安全玻璃，這種材料被設計為分散損傷而不是將其定位在一個點上。
石墨烯的高效能歸功於其高剛度和低密度，這兩者都控制著材料中的聲速。材料越堅硬越輕，聲音，應力和能量就可以越快地透過它傳播。托馬斯解釋說，如果你能夠在目標區域以更高的速度傳播能量，那麼更多的材料將支撐負載並減少子彈的破壞性影響。
該團隊認為石墨烯的動態強度非常重要，因為它可能與專門設計用於阻止子彈的材料（例如凱夫拉爾，一種由芳香族聚醯胺線組成的織物）具有相似的行為。“這是朝著說明[石墨烯]將帶來的巨大潛在好處邁出的有價值的一步，”伯恩說。“[它]向工程師們提出了一個問題，即如何大規模製造[這種材料]，使其在該領域產生重大影響。”
本文經化學世界許可轉載。該文章首次發表於2014年11月28日。