鉅大LARGE | 點擊量:1680次 | 2019年03月20日
石墨烯材料在特種制品領域的應用前景
添加了石墨烯的復合材料可以很大程度增強材料的耐撞擊性,運用在特種特種裝備上具有很大發揮空間。例如,可以應用在空投箱、子彈箱、裝甲車輛上,替代鋼鐵部件;可以用于制造防彈頭盔、防彈背心;還可以應用到登陸艦艇,從而滿足輕量化、抗撞擊、防彈的特殊要求。
石墨烯在防彈衣上的應用將是一個非常重大的科學突破,防彈衣是指能吸收和耗散彈頭、破片動能,阻止穿透,有效保護人體受防護部位的特種服裝,通常它以軟質材料(芳綸等)為內襯,以硬質材料(特種鋼板、超強鋁合金等金屬材料或者氧化鋁、碳化硅)作為面板及增強材料。
美國“尖峰裝甲”公司推出的“龍鱗甲”防彈衣,由小塊陶瓷防彈瓦以及新型防彈纖維編織成魚鱗狀防護甲。根據資料顯示,“龍鱗甲”被7.62毫米標準特種彈在6米擊中40次,都不會被擊穿,而且還可以擋住7.62毫米鋼芯穿甲彈。9毫米微型沖鋒槍對它根本沒效果。它的售價也十分昂貴,一套“龍鱗甲”售價5000美元,比普通防彈衣高出3~4倍。現在,“龍鱗甲”新型防彈衣已普遍用于全美特種特種。采用龍鱗甲技術,也使得防彈衣產品重量大大減輕,方便于士兵行動。一套龍鱗甲防彈衣的重量僅在6千克左右。另外一款美國最優秀的防彈衣“攔截者”,更能抵抗俄制AK-47突擊步槍以及SVD狙擊槍的殺傷力。其唯一的問題是重達8千克,整片胸甲結構透氣性能差,而且不舒適。
美國萊斯大學的研究人員近期發現,當一顆微小的硅粒以3000米/秒的速度射向單層石墨烯,這種石墨烯結構的材料可迅速分散此沖擊力,而且能中斷通過材料的外展波,承受沖擊的性能遠遠勝于鋼鐵(能力比鋼材材質強10倍)和凱夫拉等材質。這次實驗中硅粒的初速達到了步槍的3倍,測試證明,在宏觀層面應用石墨烯,其擁有非常強大的防彈能力。
發展石墨烯基復合特種功能材料,抗沖擊強度比現今先進的芳綸材料(凱夫拉)基的防彈衣提高10%,而且可以隨意折疊,實現真正的柔性。通用產品原型總面積約為350平方厘米防彈衣成品在未加擋板前重量不高于2.3千克,防護等級達到GA41-2010特種標準2級,價格降低在1200元以下。專用產品原型在通用產品原型指標上按需求相應提高。由于完整單層石墨烯和有序微納結構的彈性薄層全是我國自主研發成果,所以在生產該集成產品領域我國具有產業化競爭優勢。另外,為應付價格敏感的市場需求,我國采用將小面積石墨烯片交織聯成大面積片,好進一步降低成本。