Materiaal op basis van grafeen: een revolutionaire doorbraak in het verlichten van militaire beschermingsmiddelen

I. Verlichting van militaire beschermingsmiddelen: tactische eisen die dringend een doorbraak nodig hebben

Op het gebied van militaire bescherming heeft kogelvrije uitrusting, om een ideaal kogelvrije werking te bereiken, meestal de kenmerken van dik en zwaar.de overmatige dikte en het gewicht van kogelvrije apparatuur zal veel negatieve effecten hebben op de uitvoering van tactiekenAls soldaten bijvoorbeeld zware kogelvrije uitrusting dragen, zal hun mobiliteit sterk verminderen.En het zal moeilijk zijn voor hen om snel tactische acties te voltooien zoals naar voren kruipen en snelle overdrachtTegelijkertijd zal het overmatige gewicht van de uitrusting de fysieke consumptie van soldaten verhogen en hun voortdurende gevechtstijd op het slagveld verkorten. how to minimize the thickness and weight of bulletproof equipment to the greatest extent while ensuring that the bulletproof performance is not reduced has become a key issue that the military field focuses on and urgently needs to solve.

II. Doorbraakontdekking van de Universiteit van New York: het effect van twee lagen grafeen op het hard maken van de slagkracht

(1) Microstructuur en uitstekende mechanische eigenschappen van grafeen

Laten we eerst een diepere blik werpen op dit verbazingwekkende materiaal, grafeen.Deze koolstofatomen worden eerst met elkaar verbonden om een eenlaagse plaatstructuur te vormen die lijkt op een honingraatDeze unieke structuur geeft grafeen een extreem hoge sterkte. Vervolgens worden meerdere lagen van dergelijke vellen op elkaar gestapeld om de macroscopische vorm van grafeen te vormen.

(2) Onderzoek, ontwikkeling en prestatie-optimalisatie van diamantmateriaal

Het onderzoeksteam onder leiding van professor Elisa Riedo, met zijn unieke ontwerpconcept,Ingenieus bevestigd twee eenlaagse platen grafeen aan de siliciumcarbide structuur en met succes ontwikkeld een nieuw materiaal - diameneDit materiaal heeft uiterst unieke eigenschappen: in een normale toestand is het even licht en zacht als aluminiumfolie, waardoor het gemakkelijk te dragen en te bedienen is.maar als het een plotseling aangebrachte externe kracht tegenkomt, zal het onmiddellijk zijn toestand veranderen, en zijn hardheid zal sterk toenemen, zelfs harder dan diamant.
Dit nieuwe materiaal kwam oorspronkelijk voort uit het geniale idee van universitair docent Angelo Bongiorno.Hij ontwierp en bouwde een computermodel en toonde theoretisch aan dat een precieze uitlijning van twee dunne lagen een ultra-hoge sterkte kan opleverenHet Riedo-team testte werkelijke monsters door scenario's van invallen met externe krachten te simuleren, om uiteindelijk de haalbaarheid van deze conclusie te verifiëren.

Laatste vooruitgang van het onderzoek: in december 2024,het onderzoek dat door het Riedo-team werd gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences van de Verenigde Staten onthulde het spanningselektronica-effect van drielagig epitaxiaal grafeenDe op het siliciumcarbide substraat zelfgeassembleerde ABA/ABC-stapelde gebieden kunnen de elektronische eigenschappen nauwkeurig beheersen door de interlaagregeling te regelen.Hoewel dit onderzoek zich richt op elektronische apparaten, de doorbraak in de interlayer alignment technologie biedt een nieuwe weg voor het optimaliseren van de kogelvrije prestaties van diamene materialen,zoals het verbeteren van de stabiliteit van de slagweerstand door het verbeteren van de consistentie tussen de lagen.

III. Technische doorbraak van Rice University: het energie-absorptie-mechanisme van de gestapelde structuur van meerdere lagen grafeen

Wetenschappers van de Rice Universiteit hebben een andere manier gevonden op het desbetreffende gebied en met succes 300 lagen gestapeld grafeen gebruikt om de inslagenergie van "microsferen" op te nemen.Het onderzoek in deze richting vormt een aanvulling op het tweelaagse verhardingseffect van de Universiteit van New York en bevordert gezamenlijk de ontwikkeling van lichtgewicht kogelvrije materialen..
Technische doorbraak: In september 2024 realiseerde de door het team van James M. Tour aan de Rice University ontwikkelde Flash Joule Heating (FJH) -technologie de goedkope grootschalige productie van grafeen.Deze technologie kan koolstof afval omzetten in grafeen van hoge kwaliteit binnen 1 seconde, met een energiekosten van slechts 7,2 kilojoule per gram en een extreem laag defectpercentage,tot vaststelling van de basis voor de industriële toepassing van de gestapelde structuur van 300 lagen grafeenZo kan bijvoorbeeld de energie-absorptie-efficiëntie verder worden verbeterd door de interlaagregeling te optimaliseren.

IV. Van het laboratorium naar het slagveld: het commercialisatieproces van kogelwerende materialen van grafeen

(1) Commercialisatie: van materiaalonderzoek en -ontwikkeling tot productimplementatie
In september 2024 tekende Premier Graphene een samenwerkingsovereenkomst ter waarde van meer dan $ 50 miljoen met Defense Atomics, met de bedoeling 140.000 stukken grafeen kogelvrije vesten en helikopterpantseren te produceren.Hun producten gebruiken grafeen op basis van hennepHet is een belangrijke stap voor kogelvrij grafeenmateriaal van het laboratorium naar grootschalige productie.

(2) Dynamiek van de industriële tentoonstellingen: Technologie-implementatie in de testfase
De Shanghai 2025 International Bulletproof Materials Exhibition wees erop dat het beschermende vermogen van grafeen kogelvrij vestjes twee keer zo hoog is als dat van traditionele Kevlar-materialen.en het gewicht is met meer dan 30% verminderdMomenteel is het in de fase van kleine batch testen. The graphene-reinforced silicon carbide ceramic armor displayed at the Chongqing Civil-Military Dual-Use New Materials Exhibition held at the same time has increased the impact resistance performance by 20% through the addition of graphene powder, die de praktische toepassingsmogelijkheden van grafeen in composietpantsering weerspiegelt.

(3) Technologie-integratietrend: cross-materiële samenwerkingsinovatie
The development roadmap formulated by the European Union Defense Agency shows that the composite material of graphene and ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) has entered the live-fire testing stage and is expected to be officially deployed within 3-5 yearsDeze innovatie combineert de hoge sterkte van grafeen met de flexibiliteit van traditionele polymeermaterialen.tot opening van een nieuwe richting voor het verbeteren van de alomvattende prestaties van kogelvrije apparatuur.

V. Toekomstperspectieven: een nieuwe generatie beschermingsmaterialen met intelligentie en duurzaamheid

Het onderzoek naar kogelvrije materialen van grafeen gaat in twee belangrijke richtingen verder:
Intelligent Design: Het team van de Universiteit van New York onderzoekt de combinatie van de slaghardende eigenschappen van diamene met machine learning algoritmen.dynamische aanpassing van de materiaalstructuur door real-time monitoring van externe krachtoppervlakken om een intelligente verbetering van de beschermingsdoeltreffendheid te bereiken;

Duurzame productie: De FJH-technologie van Rice University gebruikt afval koolstofbronnen om grafeen te produceren, waardoor de transformatie van kogelvrije materialen naar groene productie wordt bevorderd.rekening houdend met zowel prestatieverbetering als milieubescherming.

Ten slotte biedt het onderzoek, de ontwikkeling en de toepassing van op grafeen gebaseerde materialen een gloednieuwe weg voor het lichtgewicht en de hoge prestaties van militaire beschermingsmiddelen.Met de geleidelijke doorbraak van de technische knelpunten en de versnelling van het, een nieuwe generatie lichtgewicht kogelvrije uitrusting zal een revolutionaire verandering op het toekomstige slagveld teweegbrengen,Het verbetert de bescherming van soldaten en hun tactische uitvoeringsmogelijkheden..