碳化硼已經(jīng)廣泛用于制造硬式防彈插板,這種插板可以抵御7.62×51北約標(biāo)準(zhǔn)步槍彈的近距離射擊。但整塊硬式插板,穿戴起來并不舒適和方便。
英國皇家化學(xué)會網(wǎng)站3月16日刊登了一篇名為《“裝甲”T恤 》的科普新聞。文章透露來自中國、美國和瑞士的科研人員最近成功將世界上最硬的物質(zhì)--,利用納米工藝成功依附在棉制T恤上。從而制造出強度和靈活性完美的平衡產(chǎn)物--“裝甲”T恤。
文章稱,“碳化硼” (B4C)是地球上最硬三種材料之一?,F(xiàn)代科技已能將其應(yīng)用到全棉纖維面料的T恤上,能明顯地提高衣服的耐磨性。該處理過程采用一種新型的納米工藝方法,使復(fù)合材料變得既有強度又有韌性。這一方法朝著制造有效的防彈背心新材料又邁進(jìn)了一步。
現(xiàn)代軍隊廣泛使用的碳化硼陶瓷制作的防彈插片式防彈衣,但其重量和體積限制了單兵的機動性和靈活性。因此納米復(fù)合材料的出現(xiàn),能使碳化硼用來加強另一種物質(zhì),這樣就帶來了強度和靈活性完美的平衡產(chǎn)物--“裝甲”T恤。
文章透露,中國、瑞士和美國的研究人員的合作取得了突破性進(jìn)展,他們發(fā)現(xiàn)具備耐磨性和透氣性的棉布纖維有望成為完成這一任務(wù)的理想材料。
來自美國南卡羅來納大學(xué)的小組負(fù)責(zé)人李曉東(Xiaodong Li音譯)說:“我們能夠使用棉制T恤作為模板碳源來大量制造具有高強度碳化硼”。通過使用棉花作為模板,工作小組克服了一個先前遇到的納米材料結(jié)塊的問題。
在研究中,研究人員把100%純棉T恤切割成四方形,浸泡在一個裝有硼粉和鎳基催化劑的溶液中,然后在吹著氬氣流的條件下(阻止材料燃燒),加熱4小時左右,溫度達(dá)到1100 攝氏度。棉纖維有許多小洞,可用于捕獲粉末。就是在這個過程中,棉纖維轉(zhuǎn)變成碳纖維,同時與與硼粉反應(yīng),生成碳化硼。
用掃描式電子顯微鏡得出的SEM照片顯示,在T恤衫纖維中結(jié)合了納米線陣列,圖表展示了交叉碳化硼涂層與碳微纖維交叉部分。
當(dāng)反應(yīng)完成后,T恤衫從白色變成黑色,但重量卻變得很輕,并具有了韌性。不過,盡管其物質(zhì)屬性發(fā)生了巨大的變化,但是這種“裝甲棉”還沒有做好取代例如芳綸這種傳統(tǒng)防彈材料的準(zhǔn)備。
美國密歇根大學(xué)復(fù)合材料專家尼古拉(Nicholas Kotov)表示,雖然這些材料不太可能將取代芳綸,因為其強度上無法與芳綸這類高強度的材料相比,但這種先進(jìn)的納米材料紡織品的“改性技術(shù)”卻是一個有趣的發(fā)展。
美國賴斯大學(xué)的材料科學(xué)家鮑里斯-雅克布森(Boris Yakobson)對此表示贊同,他認(rèn)為使用棉布作為自然模板,既防止由于含硼納米材料的聚集,又能作為碳源發(fā)揮作用,這是非常聰明的做法。雖然最終復(fù)合材料的性能不會很高,但這種方式看起來卻很有潛力。