El grafeno protegerá de mejores balas
Las propiedades del grafeno siguen encantando a los científicos. Resultó que este material, recientemente descubierto por científicos, protege de las balas mejor que el acero y el Kevlar. La fuerza única del grafeno se puede utilizar para crear la protección de varias naves espaciales contra los micrometeoritos, así como la armadura corporal de una nueva generación.
Recordemos que el grafeno fue descubierto relativamente recientemente. Esta es una capa de carbono monoatómico que tiene un conjunto único de propiedades y características, en particular, una conductividad y resistencia térmica récord. Por primera vez, este material fue sintetizado en 2004 por físicos de origen ruso Konstantin Novoselov y Andrey Geim, quienes en ese momento trabajaban en el Reino Unido. En 2010, ambos científicos compartieron el Premio Nobel de Física por su descubrimiento. En el año 2011, tanto el decreto académico de la reina Isabel II recibió el título de Caballeros Bachelor por sus servicios a la ciencia, que les otorga el derecho de agregar a su nombre el título "Señor".
La capa de carbono monatómico descubierta por los científicos puede hacer maravillas y ya es reconocida por muchos materiales del futuro. El grafeno es más fuerte y liviano que cualquier otro material conocido, conduce la electricidad diez veces mejor de lo que suponen los teóricos y también es capaz de prevenir el proceso de corrosión del metal. Casi todos los días, los científicos descubren algunas propiedades nuevas de este material único, lo que hace posible ampliar la gama de posibles usos del grafeno en el futuro, cuando se establezca su producción industrial de alto grado.
Hoy en día, el grafeno se produce principalmente en laboratorios científicos y solo en pequeñas cantidades. El principal método de producción de grafeno que existe hoy en día se basa en el pelado o desprendimiento mecánico de las capas de grafito del grafito pirolítico altamente orientado. Este método permite a los científicos obtener muestras de material de la más alta calidad con una alta movilidad del portador. Sin embargo, este método no implica el uso de la producción industrial a gran escala, ya que es un trabajo manual. Hasta ahora, esta técnica no ha mejorado significativamente, aunque se está trabajando en esta dirección. Por esta razón, las hojas de grafeno siguen siendo un material muy costoso y de tamaño relativamente pequeño.
Un equipo de científicos dirigido por Thomas Edwin de la Universidad de Rice realizó una investigación y descubrió que el grafeno tiene una resistencia muy alta, podría decirse que excepcional, a las "balas" microscópicas de alta velocidad. Según los científicos estadounidenses, el grafeno ha demostrado una excelente capacidad para disipar la energía de impacto. El material fue 10 veces más fuerte que el mejor hasta la fecha y 2 más fuerte que el Kevlar. Los resultados de la investigación de los científicos fueron publicados en la publicación científica especializada Science.
En el transcurso del experimento, los científicos de la Universidad Rice bombardearon membranas de grafeno multicapa con espesores de 10 a 100 nm (esto es aproximadamente de 30 a capas de grafeno 300) utilizando pequeñas esferas de dióxido de silicio. Estas membranas de grafeno se produjeron mediante un método mecánico clásico: mediante la eliminación de escamas de grafeno de piezas de grafito pirolítico. Para probar la estabilidad del grafeno en muestras tan pequeñas, se decidió utilizar un disparo no estándar. оружие, y una técnica especial basada en un láser. El rayo láser evaporó una delgada película de oro con un espesor de aproximadamente 50 nm, como resultado hubo una expansión explosiva del gas, que aceleró la "bala" de silicio a una velocidad de aproximadamente 600 m / s. Para la reacción de la membrana de grafeno a un golpe así, los científicos observaron con un poderoso microscopio electrónico.
Durante el impacto, el grafeno experimentó una deformación cónica: en una pila de láminas de grafeno, una esfera de silicio formó un embudo. En este caso, en las capas superiores, se produjo la formación de grietas radiales, que iban en direcciones aproximadamente correspondientes a las esquinas de la red cristalina de este material. El análisis de los resultados mostró que en los lugares donde se encontraban las "balas", las láminas de grafeno simplemente se colocaban en un cono, distribuyendo la energía de impacto a lo largo de las líneas de la red cristalina del material. Es decir, la energía se propaga en las direcciones más resistentes al desgarro. En el caso de la penetración, a lo largo de estas líneas se formaron grietas, que divergieron en un círculo a cierta distancia del lugar de impacto de la "bala". Además, se encontró que el grafeno envía parte de la energía cinética a la "bala", debido a que las hojas de grafeno disipan la energía de impacto de manera mucho más eficiente que el acero.
Hablando en términos numéricos, el grafeno es capaz de absorber energía en el orden de 0,92 MJ / kg, mientras que el acero en condiciones comparables generalmente se absorbe en el orden de 0,08 MJ / kg. La capacidad del grafeno para disipar efectivamente la energía, los científicos explican el alto grado de rigidez en combinación con una baja densidad del material. Esto significa que la energía puede moverse a través del material muy rápidamente, mientras que tiene lugar su absorción y disipación efectivas en el espacio.
El hecho de que el grafeno es el material más duradero del mundo, superando incluso a los diamantes en sus características de resistencia, ya era conocido por los científicos. Pero la capacidad de resistencia de tales "balas" de armadura se demostró solo ahora en la entrada del experimento. Según uno de los coautores del estudio, Edwin Thomas, de la Universidad de Reis, las capas de grafeno son capaces de disipar rápidamente la energía del impacto, antes de que se colapsen. Los científicos señalan que se observa un efecto similar en el grafeno solo hasta que la velocidad de las "balas" liberadas en el momento de su impacto con el material alcanza la velocidad del sonido en el material. Al mismo tiempo, dentro de un grafeno ligero, la velocidad de una onda de sonido puede alcanzar 22 km / s, en contraste con todos los 332 m / s en el aire.
Las propiedades protectoras únicas del grafeno descubiertas por los científicos se parecen a las que se pueden observar en armaduras cerámicas. La armadura de cerámica también es capaz de absorber activamente la energía de impacto debido a la destrucción de la red molecular de alta resistencia. Los científicos creen que una posible combinación de grafeno y cerámica ayudará en el futuro a crear una armadura liviana para trabajos pesados que se pueda usar en la producción de armaduras corporales. Una armadura de este tipo con un peso en el kilogramo 1-2 protegería al soldado incluso de las balas de rifle que perforan armaduras. Según los científicos, las propiedades de la armadura abierta del grafeno pueden ser útiles para la humanidad en el espacio: para proteger los satélites y otras naves espaciales, como la ISS, las sondas, así como las naves interplanetarias avanzadas a medida que se mueven en los peligrosos rincones "sucios" de nuestro sistema solar, a los que se puede atribuir el cinturón Kuiper.
Los últimos descubrimientos de científicos permiten en el futuro aumentar las opciones posibles para el uso práctico del grafeno, pero no pueden resolver el problema de la complejidad de su proceso de fabricación y su alto costo. Pero incluso a pesar de esto, el uso de este material costoso y tecnologías basadas en él se puede justificar completamente cuando se trata de no producir productos comerciales masivos (el mismo blindaje corporal), sino artículos únicos, por ejemplo, para la misma industria espacial.
Fuentes de información:
http://zoom.cnews.ru/rnd/news/top/grafen_zashchishchaet_ot_gisperskorostnyh_pul_luchshe_stali
http://www.vesti.ru/doc.html?id=2159071&cid=2161
http://naked-science.ru/article/sci/graphene-bulletproof
http://gearmix.ru/archives/16591
Recordemos que el grafeno fue descubierto relativamente recientemente. Esta es una capa de carbono monoatómico que tiene un conjunto único de propiedades y características, en particular, una conductividad y resistencia térmica récord. Por primera vez, este material fue sintetizado en 2004 por físicos de origen ruso Konstantin Novoselov y Andrey Geim, quienes en ese momento trabajaban en el Reino Unido. En 2010, ambos científicos compartieron el Premio Nobel de Física por su descubrimiento. En el año 2011, tanto el decreto académico de la reina Isabel II recibió el título de Caballeros Bachelor por sus servicios a la ciencia, que les otorga el derecho de agregar a su nombre el título "Señor".
La capa de carbono monatómico descubierta por los científicos puede hacer maravillas y ya es reconocida por muchos materiales del futuro. El grafeno es más fuerte y liviano que cualquier otro material conocido, conduce la electricidad diez veces mejor de lo que suponen los teóricos y también es capaz de prevenir el proceso de corrosión del metal. Casi todos los días, los científicos descubren algunas propiedades nuevas de este material único, lo que hace posible ampliar la gama de posibles usos del grafeno en el futuro, cuando se establezca su producción industrial de alto grado.
Hoy en día, el grafeno se produce principalmente en laboratorios científicos y solo en pequeñas cantidades. El principal método de producción de grafeno que existe hoy en día se basa en el pelado o desprendimiento mecánico de las capas de grafito del grafito pirolítico altamente orientado. Este método permite a los científicos obtener muestras de material de la más alta calidad con una alta movilidad del portador. Sin embargo, este método no implica el uso de la producción industrial a gran escala, ya que es un trabajo manual. Hasta ahora, esta técnica no ha mejorado significativamente, aunque se está trabajando en esta dirección. Por esta razón, las hojas de grafeno siguen siendo un material muy costoso y de tamaño relativamente pequeño.
Un equipo de científicos dirigido por Thomas Edwin de la Universidad de Rice realizó una investigación y descubrió que el grafeno tiene una resistencia muy alta, podría decirse que excepcional, a las "balas" microscópicas de alta velocidad. Según los científicos estadounidenses, el grafeno ha demostrado una excelente capacidad para disipar la energía de impacto. El material fue 10 veces más fuerte que el mejor hasta la fecha y 2 más fuerte que el Kevlar. Los resultados de la investigación de los científicos fueron publicados en la publicación científica especializada Science.
En el transcurso del experimento, los científicos de la Universidad Rice bombardearon membranas de grafeno multicapa con espesores de 10 a 100 nm (esto es aproximadamente de 30 a capas de grafeno 300) utilizando pequeñas esferas de dióxido de silicio. Estas membranas de grafeno se produjeron mediante un método mecánico clásico: mediante la eliminación de escamas de grafeno de piezas de grafito pirolítico. Para probar la estabilidad del grafeno en muestras tan pequeñas, se decidió utilizar un disparo no estándar. оружие, y una técnica especial basada en un láser. El rayo láser evaporó una delgada película de oro con un espesor de aproximadamente 50 nm, como resultado hubo una expansión explosiva del gas, que aceleró la "bala" de silicio a una velocidad de aproximadamente 600 m / s. Para la reacción de la membrana de grafeno a un golpe así, los científicos observaron con un poderoso microscopio electrónico.
Durante el impacto, el grafeno experimentó una deformación cónica: en una pila de láminas de grafeno, una esfera de silicio formó un embudo. En este caso, en las capas superiores, se produjo la formación de grietas radiales, que iban en direcciones aproximadamente correspondientes a las esquinas de la red cristalina de este material. El análisis de los resultados mostró que en los lugares donde se encontraban las "balas", las láminas de grafeno simplemente se colocaban en un cono, distribuyendo la energía de impacto a lo largo de las líneas de la red cristalina del material. Es decir, la energía se propaga en las direcciones más resistentes al desgarro. En el caso de la penetración, a lo largo de estas líneas se formaron grietas, que divergieron en un círculo a cierta distancia del lugar de impacto de la "bala". Además, se encontró que el grafeno envía parte de la energía cinética a la "bala", debido a que las hojas de grafeno disipan la energía de impacto de manera mucho más eficiente que el acero.
Hablando en términos numéricos, el grafeno es capaz de absorber energía en el orden de 0,92 MJ / kg, mientras que el acero en condiciones comparables generalmente se absorbe en el orden de 0,08 MJ / kg. La capacidad del grafeno para disipar efectivamente la energía, los científicos explican el alto grado de rigidez en combinación con una baja densidad del material. Esto significa que la energía puede moverse a través del material muy rápidamente, mientras que tiene lugar su absorción y disipación efectivas en el espacio.
El hecho de que el grafeno es el material más duradero del mundo, superando incluso a los diamantes en sus características de resistencia, ya era conocido por los científicos. Pero la capacidad de resistencia de tales "balas" de armadura se demostró solo ahora en la entrada del experimento. Según uno de los coautores del estudio, Edwin Thomas, de la Universidad de Reis, las capas de grafeno son capaces de disipar rápidamente la energía del impacto, antes de que se colapsen. Los científicos señalan que se observa un efecto similar en el grafeno solo hasta que la velocidad de las "balas" liberadas en el momento de su impacto con el material alcanza la velocidad del sonido en el material. Al mismo tiempo, dentro de un grafeno ligero, la velocidad de una onda de sonido puede alcanzar 22 km / s, en contraste con todos los 332 m / s en el aire.
El proceso de obtención del grafeno.
Las propiedades protectoras únicas del grafeno descubiertas por los científicos se parecen a las que se pueden observar en armaduras cerámicas. La armadura de cerámica también es capaz de absorber activamente la energía de impacto debido a la destrucción de la red molecular de alta resistencia. Los científicos creen que una posible combinación de grafeno y cerámica ayudará en el futuro a crear una armadura liviana para trabajos pesados que se pueda usar en la producción de armaduras corporales. Una armadura de este tipo con un peso en el kilogramo 1-2 protegería al soldado incluso de las balas de rifle que perforan armaduras. Según los científicos, las propiedades de la armadura abierta del grafeno pueden ser útiles para la humanidad en el espacio: para proteger los satélites y otras naves espaciales, como la ISS, las sondas, así como las naves interplanetarias avanzadas a medida que se mueven en los peligrosos rincones "sucios" de nuestro sistema solar, a los que se puede atribuir el cinturón Kuiper.
Los últimos descubrimientos de científicos permiten en el futuro aumentar las opciones posibles para el uso práctico del grafeno, pero no pueden resolver el problema de la complejidad de su proceso de fabricación y su alto costo. Pero incluso a pesar de esto, el uso de este material costoso y tecnologías basadas en él se puede justificar completamente cuando se trata de no producir productos comerciales masivos (el mismo blindaje corporal), sino artículos únicos, por ejemplo, para la misma industria espacial.
Fuentes de información:
http://zoom.cnews.ru/rnd/news/top/grafen_zashchishchaet_ot_gisperskorostnyh_pul_luchshe_stali
http://www.vesti.ru/doc.html?id=2159071&cid=2161
http://naked-science.ru/article/sci/graphene-bulletproof
http://gearmix.ru/archives/16591
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