Araştırmacılar uzun süredir yüksek hızlı delinmelere karşı daha iyi korunan yeni malzemeler bulmak için çalışıyorlar, ancak gelecek vaat eden yeni malzemelerin mikroskobik ayrıntılarını gerçek dünyadaki gerçek davranışlarıyla ilişkilendirmek zor.
ACS Applied Materials'daki bir makaleye göre, bu sorunu çözmek için Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'ndeki (NIST) araştırmacılar, hedef malzemelerin mikroskobik özelliklerini ve davranışını tahmin etmeye yardımcı olmak için lazerle yayılan mermileri ve verileri kullanan yeni bir yöntem geliştirdiler. & Arayüzler, LaserMade.com anlıyor. Bu, bir hedef malzemede ses hızına yakın bir hızda bir mikro mermi fırlatmak için yüksek yoğunluklu bir lazer kullanılarak yapılır; bu durumda bu, test edilecek delinmeye dirençli malzemeyi temsil eden bir polimer filmdir.
Parçacıklar ve test edilen malzeme numunesi arasındaki enerji alışverişi mikroskobik seviyede analiz edilir ve ardından malzemenin mermi gibi daha büyük, yüksek enerjili bir mermi tarafından delinmeye karşı direncini tahmin etmek için bir ölçekleme yöntemi kullanılır. Bu şekilde, test ile analiz ve ölçekleme yöntemlerini birleştiren bilim adamları, delinmeye karşı dayanıklı yeni malzemeler keşfedebilirler. Yeni program, daha büyük mermiler ve daha büyük numuneler kullanan uzun bir dizi laboratuvar deneyi ihtiyacını azaltıyor.
NIST kimyageri Katherine Evans, "Yeni yaklaşımımızla koruyucu bir uygulama için yeni bir malzeme üzerinde çalıştığınızda, koruyucu özelliklerinin incelemeye değer olup olmadığı konusunda daha erken bir fikir edinebiliriz" diye açıklıyor.
Küçük miktarlarda yeni bir polimerin sentezlenmesi, laboratuvar deneylerinde oldukça rutin olabilir; Buradaki zorluk, delinme direncini test etmek için miktarı artırmaktır - yeterli miktarlara yükseltmenin genellikle imkansız veya pratik olmadığı yeni sentetik polimerlerden yapılan malzemeler.
NIST'de malzeme araştırma mühendisi olan Christopher Soles, balistik testlerle ilgili sorun, yeni malzemeler yapmak için atmanız gereken iki adım olmasıdır. Daha iyi olduğunu düşündüğünüz yeni bir polimeri sentezlemeniz ve ardından ölçeği büyütmeniz gerekir. Bu çalışmanın en büyük başarısı, mikro balistik testlerin ölçeklendirilebileceğini ve gerçek dünya, büyük ölçekli testlerle ilişkilendirilebileceğini şaşırtıcı bir şekilde bulmamızdır."
Çalışma sırasında araştırmacılar, yaygın olarak kullanılan balistik cam bileşikleri, yeni nanokompozitler ve grafen malzeme örnekleri dahil olmak üzere çeşitli malzemeleri değerlendirmek için yöntemlerini kullandılar.
Test yöntemine LIPIT adı verilir ve "Lazer Kaynaklı Mermi Darbe Testi" anlamına gelir. Silika veya camdan yapılmış bir mikro mermiyi ilgili malzemeden ince bir film halinde ateşlemek için bir lazer kullanır. Lazer ablasyonu yoluyla, lazer yüksek- mikro mermi malzemesini numuneye iten basınç dalgası.
Araştırmacılar bu yöntemi ilk olarak polimer aşılı nanopartikül polimetakrilat (npPMA) kompozit adı verilen bir nanokompoziti analiz etmek için kullandılar. Silika nanopartiküllerden oluşur ve kurşun geçirmez yelekler de dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalarda kullanılabilir. Bir lazer, mikro mermileri saniyede 100 ila 400 metre hızla hedef malzemeye doğru iter ve etkilerini ölçmek için bir kamera kullanılır.
Araştırmacılar, mikro balast testlerinin sonuçlarını daha büyük bir etkiyle ilişkilendirmek için npPMA'da elde edilen ölçümleri ek matematiksel analizlerle ve araştırma literatüründeki materyallerle ilgili mevcut verilerle birleştirdiler. npPMA kolayca imal edilemeyen yeni bir malzeme olduğundan, analizlerini kurşun geçirmez cam olarak yaygın şekilde kullanılan daha yaygın kullanılan bir bileşiği (polikarbonat) içerecek şekilde genişlettiler.
Literatür sonuçları, boyutsal analiz ve LIPIT'in metodolojisinin bir kombinasyonunu kullanan araştırmacılar, malzemenin delinme direncinin, malzemenin kırılmadan önce dayanabileceği maksimum gerilimle (yani arıza gerilimi) ilişkili olduğunu gösterebildiler. Bu, tipik olarak basınç dalgalarının bir malzemeden nasıl geçtiğiyle ilgili olduğu düşünülen mevcut balistik performans anlayışına meydan okuyor.
Yeni yöntemleri, bir malzemenin dayanıklılık sınırını veya bu özellikleri önceden doğrudan ölçmeden ne kadar strese ve basınca dayanabileceğini belirleyebiliyor ve bu da bir deneyde hangi malzemelerin seçileceğini optimize etmeye yardımcı oluyor. Bu, malzemenin çok sayıda ince film tabakasının yüksek performanslı polimerlere benzer şekilde darbeye dayanıklı uygulamalar için kullanılabileceğini öne süren grafen gibi malzemeleri keşfetmelerine olanak sağladı.
Bir sonraki adım için, araştırmacılar diğer yeni malzemelerin balistik özelliklerini değerlendirmeyi ve farklı tür ve konfigürasyonları incelemeyi planlıyorlar. Ayrıca mikro bombaların boyutlarını değiştirecek ve hız aralıklarını genişletecekler.
