ساخت قوی‌ترین جلیقه ضدگلوله با الیاف گرافِن

پژوهشگران با شلیک ریزگلوله‌های مافوق‎صوت در محیط آزمایشگاهی اثبات کردند که گرافِن (ساختار صفحه‌ای و لانه‌زنبوری کربن) ۱۰ برابر بهتر از فولاد انرژی گلوله را جذب می‌کند.

کد خبر: ۱۱۹۰۸۹۹

تاریخ: ۰۳ اسفند ۱۳۹۳ - ۱۷:۰۴

به گزارش خبرگزاری دانا، گروهی از پژوهشگران دانشگاه رایس نشان داده‌اند که گرافِن در برابر اصابت گلوله مقاومت بیشتری از فولاد یا کِولار نشان می‌دهد. کولار فیبر مصنوعی بسیار محکم و سبکی ساخته‌شده از فولاد است که در ساختن جلیقه ضدگلوله مورداستفاده قرار می‌گیرد.

آن‌ها در محیط آزمایشگاهی قدرت ورقه‌های گرافِن را با شلیک گلوله‌های کوچک سنجیدند. پژوهشگران می‌دانستند که ورقه‌های گرافِن به دلیل ساختار متراکمشان که به ضخامت یک اتم است، بسیار سخت و بادوام هستند؛ اما تاکنون کسی این ماده را برای ساخت مانع یا جلیقه جهت محافظت در برابر اصابت گلوله آزمایش نکرده بود. در این تحقیق جدید، پژوهشگران این کار را در مقیاس کوچک میکرومتر (هر میکرومتر برابر یک‌هزارم میلی‌متر است و هر میلی‌متر معادل یک‌هزارم متر) انجام دادند.

اکنون ورقه‌های گرافِن در ابعاد کوچک تولید می‌شوند و به همین دلیل در این آزمایش نیز، پژوهشگران کار خود را به ابعاد کوچک محدود کردند. آن‌ها همچنان به دنبال راهی برای تولید انبوه ورقه‌های گرافِن در ابعاد بزرگ هستند.

پژوهشگران در این آزمایش از یک لیزر برای تبخیر نوارهای نازک طلا جهت تأمین باروت موردنیاز استفاده کردند. بدین ترتیب در آزمایشگاه با شلیک گلوله‌های شیشه‌ای میکرونی با سرعتی تا 3200 کیلومتر بر ساعت (حدود 890 متر بر ثانیه) به هدف گرافِنی ضربه‌هایی وارد شد. این هدف از روی‌هم قرار دادن ۱۰ تا ۱۰۰ ورقه گرافِن ایجاد شده بود. سپس با استفاده از میکروسکوپ الکترونی میزان جذب شدت ضربه توسط ورقه‌های گرافِن موردبررسی قرار گرفت.

10 برابر بهتر از فولاد، 2 برابر بهتر از کولار
پژوهشگران دریافتند که ورقه‌های گرافِنی قادرند انرژی گلوله را به‌خوبی جذب کنند. عملکرد گرافِن مثل تور دروازه در برابر توپ‌های از جنس گلوله است؛ درست مثل وقتی‌که یک توپ به تور دروازه برخورد می‌کند و تور به‌جای سوراخ شدن فقط عقب رانده می‌شود.

هنگام تحلیل نتایج پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که گرافِن می‌تواند دو برابر بهتر از کولار عمل کند؛ به‌عبارت‌دیگر در سرعت‌های یکسان ۶۰۰ متر بر ثانیه گلوله، گرافِن می‌تواند ۰.۹۲ مگا ژول بر کیلوگرم (هر مگا معادل یک میلیون است) از انرژی پرتابه را جذب کند درحالی‌که فولاد قادر به جذب تنها ۰.۰۸ مگا ژول بر کیلوگرم است. درواقع گرافِن چندلایه بیش از ۱۰ برابر بهتر از فولاد عمل می‌کند.

بنا به گفته پژوهشگران، قابلیت گرافِن در پراکنده ساختن انرژی به دلیل درجه بالایی از سختی همراه با چگالی کم آن است که اجازه می‌دهد انرژی در داخل آن به‌سرعت جابجا شود و این باعث پراکنده شدن انرژی جنبشی گلوله خواهد شد. این تحقیق نشان می‌دهد اگر بتوان گرافِن را به مقدار کافی و باقیمت پایین تولید کرد، جلیقه ضدگلوله مؤثرتری می‌توان ساخت.

جادوی قرن بیست‌ویکم
گرافِن دوبعدی ساختاری از یک شبکه لانه‌زنبوری کربنی است که به دلیل خواص فوق‌العاده‌ای که در رسانایی الکتریکی و هدایت حرارتی، چگالی بالا و تحرک‌پذیری حامل‌های بار، هدایت نوری و خواص مکانیکی دارد به ماده‌ای پرکاربرد تبدیل شده و به‌واسطه این خواص فوق‌العاده کاندید بسیار مناسبی برای استفاده به‌جای سیلیکون در نسل بعدی قطعه‌های فوتونیکی و الکترونیکی و همین‌طور برای طراحی ترانزیستورهای بالستیک، ساطع کننده‌های میدان، عناصر مدار مجتمع، الکترودهای رسانای شفاف و حسگرها محسوب می‌شود. همچنین، رسانندگی الکتریکی و گذردهی نوری بالای گرافِن، استفاده از آن را در الکترودهای رسانای شفاف مورداستفاده در صفحه‌های لمسی و نمایشگرهای بلوره (کریستال) مایع (ال.سی.دی) و سلول‌های فوتوالکتریک و به‌علاوه دیودهای آلی ساطع کننده نور ممکن کرده است. لذا توجه کم‌سابقه‌ای در تحقیقات بنیادی و کاربردی را به خود جلب کرده است.