文/陳根

納米材料由圖案化的納米級結構組成，根據(jù)不同的排列方式，這些結構可以賦予材料獨特的性質，例如異常輕盈或者富有彈性。因此，在研究和制造領域，納米材料都被視為潛力十足的材料。

近日，來自麻省理工學院、加州理工和蘇黎世聯(lián)邦理工學院的科學家們，聯(lián)合研發(fā)了一款可抵抗超音速微粒的神奇材料。該材料由納米級碳纖維制造而成，直徑堪比人類頭發(fā)絲。

這款材料采用了復雜的十四面體結構，能夠形成約 15 億種變化的可能，理論上它可以有效用自身的復制品填充空間，這種結構通常出現(xiàn)在減震泡沫中。之后，研究人員使用雙光子光刻技術（two-photon lithography）進行打印。

雙光子光刻，簡單來說，是一種領先的激光 3D 打印技術。普通的 3D 激光打印技術的分辨率受打印機激光點大小的限制，而雙光子光刻技術可用高功率激光固化光敏樹脂的微觀結構，從而顯著提升打印分辨率的精度。

打印完成后，材料需要放入高溫真空爐中烘烤，將聚合物轉化為碳，從而生產(chǎn)出超輕的納米結構碳材料。雖然碳材料易碎，但是十四面體的晶格結構賦予了這種材料特有的靈活性和抗沖擊性，使其在受到撞擊時可以像橡膠一樣彎曲。

為了測試新型材料在極端變形條件下的彈性，研究人員進行了激光誘導微粒撞擊實驗。他們用超快激光對準了涂有鉑金層的玻片，在金薄膜外還覆蓋著一層14微米厚的二氧化硅微粒。當激光穿過玻片時，其產(chǎn)生的等離子體可以將二氧化硅微粒沿著激光的方向急速推進。

實驗中，微粒子速度的范圍從40米/秒到超音速的1100米/秒不等。一般來說，超音速是指每秒大約340米以上的任何速度，而這次實驗中微粒的最大速度已經(jīng)達到了音速的兩倍以上。另外，密度越大，碳結構的彈性越強，它們會很好的吸收沖擊力，阻止微粒穿透。

以往人類使用的抗沖防爆材料主要由鋼、鐵和鋁等金屬構成，但這些金屬一個明顯的缺陷就是重量大。而該材料在滿足防護力的同時，還十分輕便。未來，如果其在工業(yè)上能夠實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，將有望提升輕質裝甲、防護涂層、防爆盾牌和其他相關抗沖擊裝備的總體性能。