巴西坎皮納斯州立大學(xué)的研究者近日通過(guò)靶向高速粉碎的方式制造出納米金剛石和其他納米碳材料;該技術(shù)有望解決高速撞擊帶來(lái)的物體結(jié)構(gòu)性損害。

極高速條件下發(fā)射納米碳球彈時(shí)所形成的納米金剛石和其他納米碳材料

實(shí)驗(yàn)在不同速度條件下對(duì)納米碳管進(jìn)行彈道粉碎，從而得到納米金剛石;研究發(fā)現(xiàn)這種高能撞擊能夠引起納米碳管中原子鍵的破裂并發(fā)生重組，從而形成新的結(jié)構(gòu)。論文合著者Sehmus Ozden介紹到：了解納米碳管的原子鍵是如何發(fā)生重組可以幫助我們利用這種重組方式來(lái)研制出超輕材料

該技術(shù)可以用在航天器和衛(wèi)星材料方面，有效抗擊高速拋射體的沖撞。研究成果發(fā)表在美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)期刊上。

隕石和軌道碎片這些高速運(yùn)動(dòng)的拋射體對(duì)于航天器和衛(wèi)星來(lái)說(shuō)都具有毀滅性的損害。而采用輕量級(jí)柔性材料則可以大大減緩發(fā)生沖撞時(shí)所帶來(lái)的損害。納米碳管則是研制這種新材料的******選擇。

工作人員將多層納米碳管裝入球形子彈，然后用二級(jí)輕氣炮對(duì)著鋁材目標(biāo)射擊;對(duì)三種不同速度條件下的射擊沖擊進(jìn)行分析。

在3.9千米/秒的低速?zèng)_撞試驗(yàn)中，納米碳管的結(jié)構(gòu)保持不變;提速至5.2千米/秒時(shí)，仍有一部分納米碳管結(jié)構(gòu)保持不變;提速至6.9千米/秒時(shí)，納米碳管結(jié)構(gòu)基本被粉碎，原來(lái)結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生變化;而此時(shí)多數(shù)納米碳管被分裂成條帶狀。

合作者Chandra Sekhar Tiwary發(fā)現(xiàn)，少數(shù)幸存下來(lái)的納米碳管和納米帶則結(jié)合在了一起，如下面的TEM圖所示。

高速靶向射擊的納米碳管中所形成的納米金剛石的TEM圖，內(nèi)嵌圖為納米結(jié)構(gòu)的衍射圖

Tiwary介紹到，之前的研究就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)納米碳管在極高速條件下可以形成石墨烯帶;我們一直希望能夠得到碳納米結(jié)合結(jié)構(gòu)，但與此同時(shí)能發(fā)現(xiàn)納米金剛石的形成的確令人吃驚。根據(jù)Ajayan的分析，納米管相互間的方向、納米管和鋁材靶向的關(guān)系以及納米管的層數(shù)和發(fā)射速度對(duì)于最終材料結(jié)構(gòu)的形成都有著重要影響。

團(tuán)隊(duì)合作者Leonardo Machado評(píng)價(jià)到：這項(xiàng)研究開辟了高速撞擊技術(shù)制造納米材料的新途徑，對(duì)于將來(lái)航天器材料和衛(wèi)星材料的應(yīng)用或?qū)⑵鸬脚e足輕重的作用。