能抗巴雷特!防弹衣新材料,遇子弹硬度超过钻石,凯夫拉比不了

2020年4月11日 分类:石墨烯新闻 作者:谷火平

撰文:利刃龙猫

近日《解放军报》公开报道了我国石墨烯材料取得的新进展,并称这种新型石墨烯可以作为防弹衣抵御大口径反器材步枪的直接射击。实际上,早在三年前我国就成功进行了石墨烯材料防弹护板的测试,甚至连14.5mm高射机枪子弹都无法在正面成功击穿!

众所周知的是,如今各国单兵装备主要的防弹衣以凯夫拉纤维材料为主,辅之在防御薄弱处及人体要害部位加挂防弹陶瓷护板。凯夫拉纤维出现在上世纪80年代初期,其特点是重量较轻并具备一定的柔韧性。不过凯夫拉最为致命的缺点就是保存期过短,即使放置于仓库中也仅仅能保存两年;一旦凯夫拉受到太阳光紫外线的照射后,纤维层就会发生断裂或剥落,使得防弹效果大打折扣。实际上,无论是国内还是国外都已经出现过多起警察执法过程中因穿着超过保质期的防弹衣而被击伤甚至牺牲的事件。雪上加霜的是,即使是保质期内的凯夫拉材料在遭受子弹冲击后就不能二次使用。经济性等因素也限制了凯夫拉防弹衣的大规模列装。

与之相比,陶瓷护板的防御效果和使用条件就要好得多。国外测试显示一块价格仅100美元、按照北约防护等级3级标准生产的陶瓷护板在100米的距离内就可以抵挡7.62mm口径子弹的直接射击,甚至出现了5发子弹同时命中一个区域才成功击穿护板的现象,陶瓷护板的防御效果的确令人称奇。不过显然陶瓷没有任何柔韧性,往往会妨碍到士兵进行战术动作,穿着不当时甚至可能导致受伤。以上是两种常见防弹材料的局限性。

而石墨烯材料不仅具备凯夫拉那般高度的柔韧性与轻便的重量,而且防御效果还要超过陶瓷护板。更加神奇的是,一旦石墨烯受到高动量冲击后,四周的分子结构会紧密排列起来,使得局部密度急剧地增加,硬度甚至超过了金刚石,这就是石墨烯材料的防弹原理。取消了沉重且妨碍动作的陶瓷护板后,作战人员可根据任务要求穿戴合适厚度的石墨烯防弹衣,在满足防御效果的同时最大限度地减轻重量,从而使得任务载荷得到更加合理的分配。

相关研究表明,石墨烯材料遭受的动量冲击越大、作用位置越集中,局部硬度也就越高。根据石墨烯分子间最大作用力计算,石墨烯理论最大硬度可以达到中碳钢的200倍,是现今人类已知硬度最高的材料。同时,石墨烯还具备高度的弹性形变恢复能力,即使被纵向压缩到原来的80%后仍会恢复到原来状态。这表明穿着石墨烯防弹衣的人员一旦中弹后依然不会受到冲击伤。与之相对比的是,陶瓷护板虽然能有效防御来袭子弹,但会将子弹的动量几乎毫无保留地传递给人员。这使得即便子弹没有击中人体,但受到严重冲击的人员很可能引起骨骼等组织的伤害。通俗一点解释就是从\”外伤\”变成了\”内伤\”,有时反而更难救治。在伊拉克、阿富汗战场上类似状况已经出现过多次。

限制石墨烯材料大规模应用的当然是其高昂的价格了。传统方法制造的石墨烯不仅生产周期冗长、设备复杂,而且良品率较低,导致即使抬高价格依然会出现供不应求的尴尬局面。不过石墨烯一旦实现工业化量产,不仅是防弹衣,其他如坦克装甲内衬、武装直升机防弹板等完全可以让石墨烯取代传统材料,进而提升装备的战斗力。

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