內容簡介
液體防彈衣是採用凱夫拉和納米科技技術研製的新型液體盔甲,它能夠不足1秒的時間內在磁場或者電流作用下將更多液體轉變成為固體,同時它還能監控士兵的心率、水合作用等級和體核溫度。
主要材料
液體防彈衣的主要成分是一種特製“剪下增稠液體”(STF),該
物質含有大量懸浮在無毒聚乙烯醇流體中的硬質納米級矽膠微粒。據負責該型研發項目的埃利項目的埃利克·魏特茲爾博士介紹,正常情況下STF就像其他液體一樣,很柔軟,可以變形。一旦彈片或彈頭觸到它,這種液體就能瞬間轉變成一種硬質材料,阻止彈體穿過。
液體防彈材料(TBS)是一種無毒無污染,不易燃易爆的新型納米智慧型材料,全球只有美國和英國研製完成該項技術並開始投入套用。正常情況下,該材料像其他液體一樣,具有柔軟性可變形等特點,一旦遇到彈片或彈頭等外力衝擊時,瞬間轉變成為一種硬質材料,阻止其穿過,從而實現防彈、防刺、減震等功能。
該材料可廣泛用於國防軍工,滿足尖端武器的研製需要,還可在更廣泛的領域投入套用,包括防護裝備、塑形緩衝、減震器、高速列車、生產工具機、土木工程、體育器材等。
製作過程
第一種液體是剪下增稠液體(STF),當它遇到機械應力或者剪下時,就會變得如同固體一般堅硬。換句話說,在沒有外力作用前,它像液體一樣流動,但被其他物體強烈地撞擊或者搖動後,它會在幾毫秒內變硬。
用STF製作防彈衣時,研究人員首先用酒精稀釋液體,然後將凱夫拉縴維泡在稀釋後的液體中,再放進烤箱中蒸發掉酒精。這樣STF就滲入凱夫拉縴維中,而纖維也適時地固定住這種充滿粒子的液體。當一個物體敲擊凱夫拉縴維時,液體會立刻變硬,讓凱夫拉縴維更牢固。變硬只是幾毫秒內的事,很快,這件防彈衣又變得柔韌了。
第二種可以加固凱夫拉防彈衣的材料是磁流變液體(MRF)——一種充滿鐵粒子的油狀物。通常,液體中的表面活性劑環繞著粒子,並保持它們懸浮在液體中。一般來說,鐵粒子占總液體容量的20%-40%。
鐵粒子非常小,只有3-10微米。不過,它們對液體的黏滯度有很大的影響。在磁場環境下,粒子排成一列,液體迅速變得濃稠。名詞“磁流變液”就是來自於這種效果。磁力可以同時改變磁流變液體的形狀和黏度。
當沒有電流流過電線時,防彈衣會很柔韌,但是打開開關後,電流開始在電線中流動,製造出一個磁場,這個磁場會立刻使防彈衣變得更硬、更堅固。將開關撥到相反的位置後,電流停止流動,防彈衣變回柔韌。
工作原理
當剪下增稠液體受到衝擊時,組成這種材料的分子的結合方式,和奶蛋糊類似。用湯匙攪動奶蛋糊為例,是這項技術的最好解釋。湯匙攪奶蛋糊時,會感覺湯匙受到阻力。當液體防護衣里的液
體成分結合在一起時,會感到明顯的阻力。攪拌的越快,奶蛋糊變得就越硬,因此當子彈高速撞上該材料時,它會迅速變硬,吸收因撞擊產生的衝擊力。”
英國科學家利用被戲稱為“防彈奶蛋糊”的物質,已經製成一種液體防護衣,這種防護衣在受壓後會自動變硬,吸收撞擊在它表面的彈片產生的衝擊力。研究人員把他們推導出來的一個秘密化學公式與傳統的凱芙拉縴維結合,製成這種“超級護甲”。當這種衣物的粘性物質與傳統的凱芙拉縴維貼上在一起,可以吸收子彈產生的衝擊力,並通過變稠,對撞擊做出反應。他們希望利用這種物質,為前線的士兵製作更輕、韌性更好和更有效的防護背心。專家之所以會將這種液體稱作“防彈奶蛋糊”,是因為它的分子的結合方式和“變稠”方式,跟攪拌中的甜點奶蛋糊一樣。
主要優點
1、該技術利用STF抗剪稠密液體(當受到外壓時,分子會緊緊結合在一起)和凱芙拉縴維等增強材料。現在的軍用防彈衣非常厚重,限制了士兵的靈敏性,這會給作戰帶來很大不便。
2、這種新型液體防彈衣需要的材料更少,這意味著防彈衣會更薄、更輕,因此可以用它包裹更大範圍的身體,而且士兵的靈活性不會受到太大幹擾。
3、該技術與傳統的凱芙拉縴維防彈衣結合,會增強士兵作戰的靈活性,並使防彈衣的厚度減少多達45%。測試過程中,科學家以每秒300多米的速度向兩種材料發射滾珠——一種是31層厚的未經處理的凱芙拉縴維,另一種是10層凱芙拉縴維與抗剪稠密液體的結合物。與這種液體結合的凱芙拉縴維的反應更快,而且撞擊點的深度更淺一些。傳統防彈衣是用很多層常規的凱芙拉縴維製成,非常厚重,會對士兵的行動產生干擾,使他們更易疲勞。液體防彈衣的首要特點就是更為靈活輕巧,不會影響機動中單兵的任何戰術動作。
4、液體防護衣里的液體與凱芙拉縴維結合後,它會對滾珠的運動產生干擾,分散了物體表面受到的衝擊力。
5、含有STF的防彈衣與傳統“凱芙拉”防彈衣一樣可以用水浸泡、摺疊或縫製。
防彈性能
研究者還進行了對比性防彈試驗,他們用一把9毫米口徑的手槍首先射擊一塊由31
層凱夫拉縴維組成的材料,再用同一把手槍射擊一塊由10層卡夫拉爾纖維和上述液體構成的材料。結果顯示,當子彈撞擊到“液體防彈衣”時它的衝擊力馬上被分散,破壞力大大降低。很多士兵之所以殞命戰場或身受重傷就是因為他們穿的防彈衣沒有這種功能,當子彈的衝擊力集中在一個點或者一個很小的區域時,其穿透力是很強的。
未來套用
這種最新防彈材料目前尚在實驗室研究後期階段,最新問世的一批產品首先用於製作士兵的防彈袖套和褲子。除此之外,輕質液體防彈衣還可成為運送彈藥的箱具、防爆器材的理想製作材料。而且,它也可以用於一些特殊用途,如傘兵的跳傘靴,如果靴底用STF浸泡過,就能增強跳傘觸地時的減震性能。
專家希望這項研究成果也可以套用到其他的防護用品上,除了增強防護衣的保護效果外,這種新型材料或許還能為警方和救護人員提供保護。
研究進展
2010年
2010年,英國布里斯托國防航空業巨頭BAE系統公司的一個科學家小組開發出一項創新技術,利用被戲稱為“防彈奶蛋糊”的物質,已經製成一種液體防護衣,這種防護衣在受壓後會自動變硬,吸收撞擊在它表面的彈片產生的衝擊力。
2011年
2011年1月13日,英國科學家成功開發出一種名為“防彈奶油凍”的新型液體防彈衣,有望在兩年內投入使用。這種防彈衣不僅能夠吸收子彈或者彈片的攻擊力,大大提高防護力,而且更加靈活輕便。
這種高科技液體防彈衣是在倫敦舉行的國防大會上亮相的。超級液體防彈衣的主材料是製作防彈衣常用的凱夫拉爾纖維(其強度是鋼筋的五倍),裡面加入一種名為“剪下粘稠液體”,這種特殊液體的粘度會隨著剪下率的增加而提高。在受熱情況下,兩種材料會緊緊結合在一起,並且增加厚度。
2013年
2013年10月14日,美國科學家正在研製新一代士兵軍用盔甲,可以保護士兵免遭榴霰彈和子彈攻擊,是採用凱夫拉和納米科技技術研製的。
研究人員認為液態盔甲能夠回響觀測數據,這些數據通過機載計算機與感測器連線在一起進行提供,能夠使士兵在戰鬥中保持最佳戰鬥狀態。這款液態盔甲的設計受益於科幻電影《鋼鐵俠》中的納米盔甲,預計未來兩至三年內上市銷售。
中國研製
2013年11月,中國自主研發的液體防彈材料研製成功並且在高交會上亮相。由此,中國成為繼美國和英國之後第三個掌握該項技術的國家。