2025-05-14
I. Đánh nhẹ thiết bị bảo vệ quân sự: Yêu cầu chiến thuật cần đột phá khẩn cấp
Trong lĩnh vực bảo vệ quân sự, để đạt được hiệu ứng chống đạn lý tưởng, thiết bị chống đạn thường có đặc điểm dày và nặng.độ dày và trọng lượng quá cao của thiết bị chống đạn sẽ có nhiều tác động tiêu cực đến việc thực hiện chiến thuậtVí dụ, khi binh lính đeo thiết bị chống đạn nặng, khả năng di chuyển của họ sẽ giảm đáng kể,và sẽ khó cho họ để nhanh chóng hoàn thành các hành động chiến thuật như bò về phía trước và chuyển nhanh chóngĐồng thời, trọng lượng quá mức của thiết bị sẽ làm tăng mức tiêu thụ vật lý của binh sĩ và rút ngắn thời gian chiến đấu liên tục trên chiến trường. 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. Khám phá đột phá của Đại học New York: Hiệu ứng làm cứng tác động của hai lớp graphene
(1) Cấu trúc vi mô và đặc tính cơ học tuyệt vời của graphene
Trước tiên, chúng ta hãy xem xét chi tiết về vật liệu tuyệt vời này, graphene. Phân tích từ cấu trúc vi mô, graphene được tạo thành từ các nguyên tử carbon.Những nguyên tử carbon này trước tiên được kết nối với nhau để tạo thành một cấu trúc lá đơn lớp giống như một tổ ong. Cấu trúc độc đáo này mang lại cho graphene sức mạnh cực kỳ cao. Sau đó, nhiều lớp các tấm như vậy được xếp chồng lên nhau để tạo thành hình thức vĩ mô của graphene.
(2) Nghiên cứu, phát triển và tối ưu hóa hiệu suất của vật liệu diamene
Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Elisa Riedo dẫn đầu, với khái niệm thiết kế độc đáo,một cách khéo léo gắn hai tấm graphene một lớp vào cấu trúc silicon carbide và phát triển thành công một vật liệu mới - diameneVật liệu này có tính chất cực kỳ độc đáo: trong trạng thái bình thường, nó nhẹ và mềm như tấm nhôm, làm cho nó dễ dàng mang và vận hành;nhưng khi nó gặp phải một lực bên ngoài đột ngột áp dụng, nó sẽ ngay lập tức thay đổi trạng thái của nó, và độ cứng của nó sẽ tăng mạnh, thậm chí cứng hơn kim cương.
Vật liệu mới này ban đầu bắt nguồn từ ý tưởng thông minh của phó giáo sư Angelo Bongiorno.Ông cẩn thận thiết kế và xây dựng một mô hình máy tính và lý thuyết chứng minh rằng sự liên kết chính xác của hai lớp mỏng có thể đạt được hiệu ứng cực caoNhóm nghiên cứu của Riedo đã thử nghiệm các mẫu thực tế bằng cách mô phỏng các kịch bản tác động của lực lượng bên ngoài, cuối cùng xác minh tính khả thi của kết luận này.
Tiến bộ nghiên cứu mới nhất: Vào tháng 12 năm 2024,nghiên cứu được công bố bởi nhóm Riedo trong Proceedings of the National Academy of Sciences của Hoa Kỳ đã tiết lộ hiệu ứng điện tử căng của graphene epitaxial ba lớpCác vùng xếp chồng ABA / ABC tự lắp ráp trên chất nền silicon carbide có thể đạt được kiểm soát chính xác các tính chất điện tử bằng cách điều chỉnh sự sắp xếp giữa các lớp.Mặc dù nghiên cứu này tập trung vào các thiết bị điện tử, sự đột phá trong công nghệ sắp xếp giữa các lớp cung cấp một con đường mới để tối ưu hóa hiệu suất chống đạn của vật liệu diamene,chẳng hạn như tăng tính ổn định kháng va chạm bằng cách cải thiện sự nhất quán giữa các lớp.
III. Bước đột phá kỹ thuật của Đại học Rice: Cơ chế hấp thụ năng lượng của cấu trúc chồng chất của nhiều lớp graphene
Các nhà khoa học tại Đại học Rice đã tìm thấy một cách khác trong lĩnh vực có liên quan và đã sử dụng thành công 300 lớp graphene chồng lên nhau để hấp thụ năng lượng va chạm của các "microspheres".Nghiên cứu theo hướng này bổ sung hiệu ứng làm cứng hai lớp của Đại học New York và cùng nhau thúc đẩy sự phát triển các vật liệu chống đạn nhẹ.
Bước đột phá kỹ thuật: Vào tháng 9 năm 2024, công nghệ sưởi ấm Flash Joule (FJH) được phát triển bởi nhóm của James M. Tour tại Đại học Rice đã nhận ra việc sản xuất quy mô lớn graphene với chi phí thấp.Công nghệ này có thể biến chất thải carbon thành graphene chất lượng cao trong vòng 1 giây, với chi phí năng lượng điện chỉ 7,2 kilojoule mỗi gram và tỷ lệ lỗi cực kỳ thấp,đặt nền tảng cho ứng dụng công nghiệp của cấu trúc xếp chồng 300 lớp grapheneVí dụ, hiệu quả hấp thụ năng lượng có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách tối ưu hóa sự sắp xếp giữa các lớp.
IV. Từ phòng thí nghiệm đến chiến trường: Quá trình thương mại hóa các vật liệu chống đạn Graphene
(1) Trường hợp thương mại hóa: Từ nghiên cứu và phát triển vật liệu đến triển khai sản phẩm
Vào tháng 9 năm 2024, Premier Graphene đã ký một thỏa thuận hợp tác trị giá hơn 50 triệu đô la với Defense Atomics, lên kế hoạch sản xuất 140.000 chiếc áo giáp chống đạn và áo giáp trực thăng bằng graphene.Các sản phẩm của họ sử dụng các vật liệu graphene dựa trên gai dầu, đáp ứng các tiêu chuẩn bảo vệ hàng không vũ trụ của Mỹ, đánh dấu một bước quan trọng cho các vật liệu chống đạn graphene từ phòng thí nghiệm đến sản xuất quy mô lớn.
(2) Động lực triển lãm công nghiệp: Việc thực hiện công nghệ bước vào giai đoạn thử nghiệm
Triển lãm vật liệu chống đạn quốc tế Thượng Hải 2025 chỉ ra rằng khả năng bảo vệ của áo khoác chống đạn graphene đã đạt gấp đôi so với vật liệu Kevlar truyền thống,và trọng lượng đã giảm hơn 30%Hiện nay, nó đã bước vào giai đoạn thử nghiệm nhỏ. 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, phản ánh tiềm năng ứng dụng thực tế của graphene trong giáp tổng hợp.
(3) Xu hướng hội nhập công nghệ: Đổi mới hợp tác giữa các vật liệu
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 yearsSự đổi mới hợp tác giữa các vật liệu này kết hợp độ bền cao của graphene với tính linh hoạt của các vật liệu polymer truyền thống.mở ra một hướng mới để cải thiện hiệu suất toàn diện của thiết bị chống đạn.
V. Tương lai: Một thế hệ mới của vật liệu bảo vệ thông minh và bền vững
Nghiên cứu về vật liệu chống đạn graphene đang tăng sâu theo hai hướng chính:
Thiết kế thông minh: Nhóm nghiên cứu của Đại học New York đang khám phá sự kết hợp các đặc điểm cứng tác động của diamene với các thuật toán học máy,điều chỉnh năng động cấu trúc vật liệu bằng cách theo dõi thời gian thực các thông số lực bên ngoài để đạt được sự cải thiện hiệu quả bảo vệ thông minh;
Sản xuất bền vững: Công nghệ FJH của Đại học Rice sử dụng các nguồn carbon thải để sản xuất graphene, thúc đẩy sự chuyển đổi các vật liệu chống đạn hướng tới sản xuất xanh,xem xét cả việc cải thiện hiệu suất và bảo vệ môi trường.
Kết luận, nghiên cứu, phát triển và ứng dụng các vật liệu dựa trên graphene cung cấp một con đường hoàn toàn mới cho việc giảm cân và hiệu suất cao của thiết bị bảo vệ quân sự.Với sự đột phá dần dần của các nút thắt kỹ thuật và tăng tốc quá trình thương mại hóa, một thế hệ mới của thiết bị chống đạn nhẹ được dự kiến sẽ đạt được một sự thay đổi cách mạng trên chiến trường tương lai,mang lại một sự cải thiện nhảy vọt trong việc bảo vệ binh sĩ và khả năng thực hiện chiến thuật của họ.
