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威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们发明了一种纳米纤维材料，其在防御高速抛射物撞击方面的表现优于广泛使用的同类材料（包括钢板和凯夫拉纤维织物）。

基本上，它比防弹还要好。

领导这项研究的威斯康星大学麦迪逊分校工程物理学助理教授 Ramathasan Thevamaran 表示：“我们的纳米纤维垫表现出的保护性能远远超过其他材料系统，而且重量更轻。”

他和他的合作者在最近发表在《ACS Nano》杂志上的一篇论文中详细介绍了这一进展。

为了制造这种材料，Thevamaran 和博士后研究员 Jizhe Cai 将多壁碳纳米管（每层只有一个原子厚的碳圆柱体）与凯夫拉纳米纤维混合。由此产生的纳米纤维垫在消散速度超过音速的微小抛射物撞击能量方面表现出色。

这一进展为碳纳米管在轻质、高性能装甲材料中的应用奠定了基础，例如，可用于防弹背心以更好地保护佩戴者，或用于航天器周围的防护罩以减轻飞行的高速微碎片造成的损害。

Thevamaran 表示：“纳米纤维材料在防护应用方面非常有吸引力，因为纳米纤维与宏观纤维相比具有出色的强度、韧性和刚度。到目前为止，碳纳米管垫表现出了最佳的能量吸收能力，我们想看看能否进一步提高其性能。”

他们找到了正确的化学方法。该团队合成了凯夫拉纳米纤维，并将少量纳米纤维加入碳纳米管垫中，从而在纤维之间形成氢键。这些氢键改变了纳米纤维之间的相互作用，再加上凯夫拉纳米纤维和碳纳米管的恰当混合，使整体材料的性能有了显著提高。

“氢键是一种动态键，这意味着它可以不断断裂和重新形成，从而通过这一动态过程耗散大量能量，”Thevamaran 说。“此外，氢键为这种相互作用提供了更大的刚度，从而增强了纳米纤维垫的强度和硬度。当我们通过添加 Kevlar 纳米纤维来修改垫子中的界面相互作用时，我们能够在某些超音速撞击速度下实现近 100% 的能量耗散性能改善。”

开始发射子弹。研究人员在 Thevamaran 的实验室中使用激光诱导微弹丸冲击测试系统测试了他们的新材料。该系统是美国仅有的几个类似系统之一，它使用激光将微弹丸射入材料样本。

“我们的系统设计成我们可以在显微镜下挑选一颗子弹，以非常可控的方式将其射向目标，速度可以从每秒 100 米一直变化到每秒 1 公里以上，”Thevamaran 说。“这使我们能够在时间尺度上进行实验，我们可以观察材料的反应——当氢键相互作用发生时。”

除了抗冲击性之外，这种新型纳米纤维材料的另一个优点是，它与凯夫拉纤维一样，在极高和极低的温度下都很稳定，因此可用于各种极端环境中。