Áo giáp chống đạn thế hệ mới bằng vật liệu nano
Nghiên cứu mới - được tài trợ bởi Lục quân và Hải quân Mỹ - công bố tháng 6-2021, chứng minh vật liệu nano có cấu trúc mạng tinh thể phân bố tác động đường đạn cực nhỏ tốt hơn - hay nói cách khác là có khả năng chống lại các loại đạn siêu nhỏ - và từ đó cho phép phát triển loại áo giáp mạnh hơn trong tương lai.
Nhóm nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), Viện Công nghệ California (Caltech) và ETH Zurich giới thiệu một vật liệu cấu trúc nano tốt hơn Kevlar hoặc vật liệu thép để chế tạo áo giáp nhẹ cho binh lính tương lai. Vật liệu cấu trúc nano được thử nghiệm tại Trung tâm nghiên cứu Quân đội Viện Công nghệ Nano cho Người lính (ISN) ở MIT, cho thấy nó có thể chịu được tác động từ các vi hạt ở tốc độ siêu thanh.
Đây có thể là một loại vật liệu mới đầy hứa hẹn để chế tạo áo giáp nhẹ, lớp phủ bảo vệ và các vật liệu chống va đập khác cho quân đội. Nhóm nghiên cứu công bố kết quả nghiên cứu của mình, với tiêu đề “Khả năng phục hồi tác động siêu âm của carbon cấu trúc nano”, trên tạp chí Nature Materials.
Theo Science Daily, các thanh chống carbon quy mô nanomet mang lại cho vật liệu độ bền cơ học. Nhóm nghiên cứu thử nghiệm vật liệu này khi họ bắn nó với các vi hạt ở tốc độ siêu âm và phát hiện ra rằng vật liệu nhẹ mỏng như sợi tóc người đã ngăn không cho các vi hạt xuyên qua nó. Chìa khóa để tạo ra vật liệu cấu trúc nano là cho phép các nhà thiết kế tạo ra bất kỳ hình dạng 3D nào có thể tưởng tượng được cứng hơn và mạnh hơn các phương pháp sản xuất truyền thống. Viên đạn là một khối kim loại có vận tốc, được thiết kế để xé một lỗ trên thân người.
Áo giáp chống đạn - từ tấm kim loại sơ khai đến kevlar cho đến các khái niệm tiên tiến hơn - hoạt động bằng cách phân tán năng lượng đó nhanh nhất và hiệu quả nhất và lý tưởng nhất là chỉ khiến người mặc bị bầm tím thay vì bị “thủng”. Để áo giáp chống đạn hoạt động hiệu quả, nó cần phân phối và tiêu diệt năng lượng của đạn một cách nhanh chóng, cần phải bền trước các tác động lặp lại, cần phải nhẹ và đủ hữu dụng để mặc trên người.
Kevlar - phát minh năm 1965 - bền gấp 5 lần thép. Kevlar tạo ra áo giáp hiện đại vì cho phép bảo vệ cơ thể với trọng lượng nhẹ hơn nhiều so với trước đó. Tuy nhiên, Kevlar vẫn có giới hạn do có thể bị xé nát bởi mảnh đạn hoặc những viên đạn công suất lớn hơn.
Carlos Portela, trợ lý giáo sư về cơ khí chế tạo tại MIT, cho biết trong một thông cáo: Những gì các nhà nghiên cứu tìm thấy là cấu trúc mạng lưới của cacbon nhiệt phân, mạnh hơn, cấu trúc dày đặc hơn với ít chỗ để hấp thụ hoặc khuếch tán tác động hơn. Khi bị những viên đạn bắn ra với tốc độ cực nhanh, vật liệu bị vỡ vụn ở nơi trực tiếp va phải, nhưng cấu trúc còn lại vẫn nguyên vẹn. Bằng cách có không gian để hấp thụ và tiêu tán năng lượng, kiến trúc vật liệu nano vẫn còn nguyên vẹn.
Nhóm tác giả nghiên cứu viết: “Kiến trúc và hiệu ứng kích thước vật liệu nano cho khả năng tiêu tán năng lượng cụ thể cao hơn - gần 70% so với vật liệu tổng hợp Kevlar - và màng polystyrene kích thước nano cho cùng một năng lượng tác động cụ thể”. Nhóm tác giả nghiên cứu gợi ý rằng sức mạnh của vật liệu có thể được sử dụng ở mức lớn hơn quy mô.
Áo giáp mới dành cho cho mọi thứ - từ con người trong chiến đấu đến các vật thể trong không gian. Khi nói đến áo giáp, điều này không chỉ cho phép bảo vệ phần đầu và thân, mà còn đủ nhẹ và hữu ích để che phủ nhiều hơn cơ thể người lính. Để bảo vệ binh sĩ trong chiến đấu có hai hình thức can thiệp. Một lĩnh vực được cải thiện đáng kể trong thế kỷ qua là y học chiến trường như là cầm máu, đẩy nhanh tốc độ sơ tán và cung cấp sự hỗ trợ cứu nạn. Loại còn lại là áo giáp, thường nặng nề; cũng như áo khoác và mũ bảo hiểm cồng kềnh.
Nếu áo giáp có nguồn gốc từ nghiên cứu này có thể mạnh hơn Kevlar ở cùng trọng lượng, hoặc mạnh như Kevlar hiện tại nhưng nhẹ hơn, nó sẽ trở nên ít giống thiết bị chuyên dụng hơn và gần giống với sự dễ dàng và chức năng của quần áo hàng ngày. Những tiến bộ trước đó về áo giáp đã dẫn đến sự ra đời thiết kế chuyên biệt của đạn chống giáp, có thể tăng khối lượng của đạn và mật độ vật liệu để chọc thủng các rào cản.
Do đó, để chống lại vũ khí chuyên dụng, bất kỳ loại áo giáp mới nào có nguồn gốc từ nghiên cứu này đều có thể gặp rắc rối. Tuy nhiên, những gì nó hứa hẹn là một phương tiện bảo vệ tốt hơn, nhẹ hơn trước hầu hết các loại đạn tiêu chuẩn đang được quân đội sử dụng ngày nay. Thử nghiệm ở quy mô lớn sẽ xác định xem liệu kiến trúc nano có hoạt động hiệu quả hay không.
Giờ đây, nhóm nhà nghiên cứu tìm cách mở rộng quy mô và khám phá cách các vật liệu nano khác có thể chịu được tác động siêu thanh để có thể ứng dụng trong thế giới thực.