陳根：碳納米材料，可抵抗超音速微粒“子彈”撞擊_風聞

文/陳根

作為長度單位的納米是一米的十億分之一。一個分子和DNA是1納米，一根頭髮是75000納米，注射用的針頭就是100萬納米，而一個身高2米的籃球員運動員則能達到20億納米。**基於在納米尺度上，材料會呈現出與宏觀尺度上完全不同的物理學、化學和生物學特性，**納米材料應運而生。

現在，來自麻省理工學院、加州理工和蘇黎世聯邦理工學院的科學家們，則利用納米級碳纖維設計了一款可抵抗超音速微粒“子彈”撞擊的材料，而****這款比人類頭髮絲直徑還要薄的材料如果在工業上實現大規模生產，它將有望提升輕質裝甲、防護塗層、防爆盾牌和其他相關抗衝擊裝備的總體性能。

其中，納米纖維分為丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維兩種。碳纖維比鋁輕，比鋼強，它的比重是鐵的1/4，強度是鐵的10倍。除具有極好的強度外，其化學性質還非常穩定，耐腐蝕，高温和低温，耐輻射，除臭。通常，碳納米纖維的直徑通常為60-200nm，長度通常為100lm。

另外，碳納米纖維的楊氏模量為600GPa，拉伸強度通常在2.5至3.5GPa之間。**碳納米纖維可以與其他聚合物結合形成具有優異性能的納米級複合材料，碳納米纖維材料通常被認為是複合材料的基質材料，**並且增強了複合材料的整體導電性和機械性能。

此次研究中，研究團隊選擇在納米單位上重複打印一種複雜的十四面體結構，在選擇了納米結構後，研究人員使用雙光子光刻技術進行打印。**其中，雙光子光刻技術作為一種領先的激光3D打印技術，**可用高功率激光固化光敏樹脂的微觀結構，從而將打印分辨率提高到難以置信的精度。

打印完成後，研究人員把材料放入高温真空爐中烘烤，將聚合物轉化為碳，從而生產出超輕的納米結構碳材料——十四面體的晶格結構賦予了這種材料特有的靈活性和抗衝擊性。這種材料在受到撞擊時可以像橡膠一樣彎曲。

在進一步測試新型材料在極端變形條件下的彈性中，研究人員進行了激光誘導微粒撞擊實驗。實驗中，微粒子速度的範圍從40米/秒到超音速的1100米/秒不等。**結果顯示，****密度越大，碳結構的彈性越強，它們會很好的吸收衝擊力，阻止微粒穿透。**而且微粒往往會嵌入材料中，而不是直接將它撕裂。

科技革命為人類的生產和生活提供了新工具，納米材料理想的機械、化學、電學、磁學、熱學或光學性能，正使納米材料在傳統和新興工業製造領域得到廣泛應用，這也將進一步推動人們走向全新的科技社會。