Истраживачи већ дуго раде на проналажењу нових материјала који су бољи у отпорности на пробијање велике брзине, али је тешко повезати микроскопске детаље обећавајућих нових материјала са њиховим стварним понашањем у стварном свету.
Да би се позабавили овим проблемом, истраживачи са Националног института за стандарде и технологију (НИСТ) осмислили су нову методу која користи ласерско емитоване пројектиле и податке како би помогла у предвиђању микроскопских својстава и понашања циљаног материјала, као што је приказано у АЦС Апплиед Материалс & Интерфејси чланак. Ово се постиже коришћењем ласера високог интензитета за испаљивање микропројектила брзином близу брзине звука на циљни материјал, који је у овом случају полимерни филм који представља материјал отпоран на пробијање који се тестира.
Размена енергије између честица и узорка тестираног материјала се анализира на микроскопском нивоу, а затим се користе методе скалирања да би се предвидела отпорност материјала на пробијање већег, високоенергетског пројектила, као што је метак. Управо тако, комбиновање тестирања са методама анализе и скалирања омогућава научницима да открију нове материјале отпорне на пробијање. Нови програм смањује потребу за дугом серијом лабораторијских експеримената користећи веће пројектиле и веће узорке.
Кемичарка НИСТ-а Кетрин Еванс објашњава: „Када истражујете нови материјал за заштитну примену, са нашим новим приступом можемо раније да сазнамо да ли су његова заштитна својства вредна истраживања.
Синтетизација малих количина новог полимера може бити прилично рутинска у лабораторијским експериментима; Изазов је повећати количину да би се тестирала његова отпорност на убијање - материјали направљени од нових синтетичких полимера, повећање до довољних количина је често немогуће или непрактично.
Проблем са балистичким тестирањем је у томе што постоје два корака која морате да предузмете када правите нови материјал", каже Кристофер Солес, инжењер за истраживање материјала у НИСТ-у. Морате прво да синтетишете нови полимер за који мислите да је бољи, а затим га скалирајте до нивоа килограма. Велико достигнуће овог рада је то што смо изненађујуће открили да се микробалистичко тестирање може повећати и повезати са тестирањем великих размера у стварном свету."
Током студије, истраживачи су проценили неколико материјала користећи своју методологију, укључујући узорке широко коришћених балистичких једињења стакла, нових нанокомпозита и материјала графена.
Метода тестирања се зове ЛИПИТ, што је скраћеница за "тестирање удара пројектила изазваног ласером. Користи ласер за испаљивање микропројектила направљених од силицијум диоксида или стакла у танке слојеве материјала од интереса. Ласерском аблацијом, ласер ствара висок притисак талас који гура материјал пројектила у узорак.
Истраживачи су први пут користили ову методу да анализирају тип нанокомпозита који се зове композит полиметакрилата наночестица са калемљеним полимером (нпПМА). Састоји се од наночестица силицијум диоксида које се могу користити у широком спектру апликација, укључујући панцире. Ласери покрећу микробомбе ка циљном материјалу брзином од 100 до 400 метара у секунди, а видео камера се користи за мерење њиховог удара.
Истраживачи су комбиновали мерења добијена на нпПМА са додатним математичким анализама, заједно са постојећим подацима о материјалу из истраживачке литературе, како би повезали резултате тестова микробомби са ударима при већим ударима. Пошто је нпПМА нови материјал који се не може лако произвести, они су проширили своју анализу да би укључили чешће коришћено једињење (поликарбонат), које се широко користи као непробојно стакло.
Користећи комбинацију литературних резултата, димензионалне анализе и методологије ЛИПИТ-а, истраживачи су успели да покажу да отпорност материјала на пробијање корелира са максималним напрезањем који материјал може да издржи пре лома (тј. напон лома). Ово доводи у питање тренутно разумевање балистичких перформанси, за које се често сматра да је повезано са начином на који талас притиска пролази кроз материјал.
Њихова нова метода омогућава им да одреде границу чврстоће материјала, или колико стреса и притиска може да издржи, без потребе да претходно директно мере ова својства, што помаже да се оптимизује које материјале изабрати у експерименту. Ово им је омогућило да истраже материјале као што је графен, што сугерише да би се вишеструки танки слојеви материјала могли користити за апликације отпорне на ударце, слично полимерима високих перформанси.
За своје следеће кораке, истраживачи планирају да процене балистичка својства других нових материјала и истраже различите типове и конфигурације. Такође ће варирати величину микрометака и проширити њихов опсег брзине.
