美国工程师创建了一个微型射击靶场，以展示厚度为10到100纳米的多层石墨烯可能成为极佳的防弹衣材料。结果表明，石墨烯在失效前可能吸收的能量是钢铁的10倍。
自从2004年发现石墨烯以来，这种材料因其二维蜂窝结构而受到静态强度和刚度的赞誉。一些研究人员认为，石墨烯强度更夸张的例证是它可以承受一头大象站在铅笔上的力。
但它从未经受过高速弹道学的极端条件，这是装甲材料的真正强度测试。“我们是第一个在接近实际子弹速度的高速条件下测试[石墨烯]的团队，” 美国马萨诸塞大学的李在黄（Jae-Hwang Lee）说。
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“我们不能使用传统的枪管或火药等技术[在这个规模上]，” 李解释道。“相反，我们使用激光来加速微型二氧化硅子弹[射向多层石墨烯目标]。”
子弹通过激光脉冲快速蒸发金膜产生的气体，以高达2000英里/小时的超音速射入堆叠的石墨烯薄片。该团队计算了子弹撞击前后的能量差，以确定吸收的能量。
英国国家极端条件物质中心主任尼尔·伯恩（Neil Bourne）并未参与这项研究，他将该技术描述为“非常令人兴奋”。他说：“他们采用了标准的实验室弹道学配置，并在微观尺度上展示了其用途。”
在测试中，石墨烯能够吸收高达0.92兆焦/千克的弹道能量，并且在撞击区域周围形成裂缝。相比之下，钢铁靶标在相同速度下仅吸收高达0.08兆焦/千克。
“这里的关键是能量吸收，” 李的同事和美国莱斯大学工程学院院长埃德温·托马斯说。“如果你能使许多裂缝成核，那就是将冲击分散到更多材料中的一种方法。”托马斯将石墨烯中看到的效果比作钢化安全玻璃，这种材料被设计为分散损伤而不是将其定位在一个点上。
石墨烯的高性能归功于其高刚度和低密度，这两者都控制着材料中的声速。材料越坚硬越轻，声音，应力和能量就可以越快地通过它传播。托马斯解释说，如果你能够在目标区域以更高的速度传播能量，那么更多的材料将支撑负载并减少子弹的破坏性影响。
该团队认为石墨烯的动态强度非常重要，因为它可能与专门设计用于阻止子弹的材料（例如凯夫拉尔，一种由芳香族聚酰胺线组成的织物）具有相似的行为。“这是朝着说明[石墨烯]将带来的巨大潜在好处迈出的有价值的一步，”伯恩说。“[它]向工程师们提出了一个问题，即如何大规模制造[这种材料]，使其在该领域产生重大影响。”
本文经化学世界许可转载。该文章首次发表于2014年11月28日。