연구자들은 고속 천공으로부터 더 잘 보호되는 신소재를 찾기 위해 오랫동안 노력해 왔지만 유망한 신소재의 미세한 세부 사항을 실제 세계에서의 실제 거동과 연결하기는 어렵습니다.
이 문제를 해결하기 위해 NIST(National Institute of Standards and Technology)의 연구원들은 레이저 방출 발사체와 데이터를 사용하여 표적 물질의 미세한 특성과 거동을 예측하는 데 도움이 되는 새로운 방법을 고안했다고 ACS Applied Materials에 실린 기사에서 밝혔습니다. & 인터페이스, LaserMade.com은 이해합니다. 이것은 고강도 레이저를 사용하여 대상 물질에서 소리의 속도에 가까운 속도로 미세 발사체를 방출함으로써 수행되며, 이 경우에는 테스트할 내천공성 물질을 나타내는 폴리머 필름입니다.
입자와 테스트된 재료 샘플 사이의 에너지 교환은 미세한 수준에서 분석된 다음 스케일링 방법을 사용하여 총알과 같은 더 큰 고에너지 발사체에 의한 구멍 뚫기에 대한 재료의 저항을 예측합니다. 이러한 방식으로 테스트와 분석 및 스케일링 방법을 결합하여 과학자들은 새로운 펑크 방지 재료를 발견할 수 있습니다. 새로운 프로그램은 더 큰 발사체와 더 큰 샘플을 사용하는 긴 일련의 실험실 실험의 필요성을 줄입니다.
NIST 화학자 Katherine Evans는 "우리의 새로운 접근 방식을 사용하여 보호 응용을 위한 새로운 재료를 연구할 때 보호 특성이 연구할 가치가 있는지 여부에 대한 초기 아이디어를 얻을 수 있습니다."라고 설명합니다.
소량의 새로운 중합체를 합성하는 것은 실험실 실험에서 상당히 일상적일 수 있습니다. 문제는 펑크 저항성을 테스트하기 위해 양을 늘리는 것입니다. 즉, 충분한 양으로 늘리는 것이 종종 불가능하거나 비실용적인 새로운 합성 폴리머로 만든 재료입니다.
탄도 테스트의 문제는 새로운 재료를 만드는 데 두 가지 단계를 거쳐야 한다는 것입니다.”라고 NIST의 재료 연구 엔지니어인 Christopher Soles는 말했습니다. 이 작업의 가장 큰 성과는 놀랍게도 미세 탄도 테스트가 확장되고 실제 대규모 테스트에 연결될 수 있다는 사실을 발견했다는 것입니다."
연구 기간 동안 연구원들은 널리 사용되는 탄도 유리 화합물, 새로운 나노복합체 및 그래핀 재료 샘플을 포함한 여러 재료를 평가하기 위해 그들의 방법을 사용했습니다.
시험 방법은 "Laser Induced Projectile Impact Test"를 의미하는 LIPIT라고 합니다. 레이저를 사용하여 관심 물질의 박막에 실리카 또는 유리로 만든 미세 발사체를 발사합니다. 레이저 절제를 통해 레이저는 높은- 미세 발사체 물질을 샘플로 밀어 넣는 압력파.
연구원들은 먼저 npPMA(polymer-grafted nanoparticle polymethacrylate) 합성물이라고 불리는 나노 합성물을 분석하기 위해 이 방법을 사용했습니다. 실리카 나노입자로 구성되어 있어 방탄조끼를 비롯한 다양한 분야에 활용될 수 있습니다. 레이저는 초당 100~400미터의 속도로 미세 총알을 대상 물질을 향해 추진하고 카메라는 충격을 측정하는 데 사용됩니다.
연구원들은 npPMA에서 얻은 측정값을 추가 수학적 분석과 함께 연구 문헌에서 재료에 대한 사용 가능한 데이터와 함께 결합하여 마이크로 밸러스트 테스트 결과를 더 큰 충격의 영향과 연관시켰습니다. npPMA는 쉽게 가공되지 않는 신소재이기 때문에 방탄유리로 널리 사용되는 보다 일반적으로 사용되는 화합물(폴리카보네이트)을 포함하도록 분석을 확장했습니다.
문헌 결과, 치수 분석 및 LIPIT의 방법론을 조합하여 연구원들은 재료의 천공 저항이 파단 전에 재료가 견딜 수 있는 최대 응력(즉, 파괴 응력)과 관련이 있음을 입증할 수 있었습니다. 이것은 일반적으로 압력파가 재료를 통과하는 방법과 관련이 있다고 생각되는 탄도 성능에 대한 현재의 이해에 도전합니다.
그들의 새로운 방법은 이러한 특성을 미리 직접 측정하지 않고 재료의 강도 한계 또는 견딜 수 있는 응력과 압력을 결정할 수 있어 실험에서 선택할 재료를 최적화하는 데 도움이 됩니다. 이를 통해 그래핀과 같은 재료를 탐색할 수 있었으며, 이는 재료의 여러 박막 층이 고성능 폴리머와 유사한 내충격 응용 분야에 사용될 수 있음을 시사합니다.
다음 단계를 위해 연구원들은 다른 신소재의 탄도 특성을 평가하고 다양한 유형과 구성을 연구할 계획입니다. 또한 마이크로 폭탄의 크기를 변경하고 속도 범위를 확장합니다.
