Проведенные недавно исследователями испытания показали, что материал, состоящий из множества слоев графена, может поглотить и рассеять такие ударные воздействия, которые без труда пробьют листы броневой стали гораздо большей толщины. Использованные исследователями многослойные графеновые листы продемонстрировали, что этот материал в два раза прочней, нежели кевлар, материал, используемый в большинстве современных средств защиты, а малый вес графенового материала делает его идеальным кандидатом на материал для легких бронежилетов, предназначенных для использования служащими полиции и военными.
Напомним нашим читателям, что графен – это форма углерода, сотовидная кристаллическая решетка которого имеет толщину в один атом. Этот материал обладает высокой тепло- и электропроводностью, ему пророчат большое будущее в области электроники и вычислительной техники. Но, кроме этого, графен обладает невероятной механической прочностью относительно своего малого веса, что делает его кандидатом на материал для изготовления средств защиты.
Однако, испытание прочностных характеристик графена, на который должны оказываться ударные воздействия, является достаточно сложным занятием. Из-за малой толщины материала его очень тяжело надежно зафиксировать, а при достаточно сильном ударном воздействии материал полностью разрушается. Все использованные ранее методы, пусть и показали высокую прочность графена, но они не смогли дать исследователям в руки точные значения искомых показателей этого материала.
Джэ-Хуань Ли (Jae-Hwang Lee), ученый из Массачусетского университета в Амхерсте (University of Massachusetts-Amherst), совместно с его коллегами придумал способ провести достоверные испытания механических свойств графена. Они разработали новый тип баллистического теста, реализованный на микро-уровне. При помощи лазерного импульса осуществляется быстрый разогрев золотых нитей, которые испаряются и действуют как порох, толкая стеклянную “пулю”. Эта миниатюрная пуля, летящая со скоростью около 300 метров в секунду, что в два-три раза ниже скорости вылета пули из ствола винтовки M16, попадает в материал, состоящий из 10-100 слоев графена.
Графен рассеивает кинетическую энергию, растягиваясь в виде конуса в точке воздействия пули. При достижении деформации сверх определенного уровня, материал трескается, при этом трещины направлены радиально, расходясь в стороны от точки воздействия. Но эти трещины образуются лишь при малых количествах слоев графена, при их увеличении материал выдерживает воздействие без разрушения, успешно противодействуя кинетической энергии удара в 10 раз большей, чем может выдержать высококачественная сталь такой же толщины. Кроме этого, при использовании специальной структуры расположения графеновых слоев, прочность материала можно повысить на существенную величину.
В заключение следует отметить, что различные ученые уже неоднократно пытались использовать графен в качестве материала для средств защиты. Но до последнего времени лишь группе Джэ-Хуаня Ли удалось выяснить как именно графен поглощает кинетическую энергию и какие явления при этом происходят. Массачусетские исследователи отмечают то, что звуковые ударные волны проходят через графен в три раза быстрее, чем они распространяются через сталь, и, благодаря этому, графен сможет останавливать пули гораздо эффективней, нежели другие подобные материалы.