@ 2014.04.02 , 08:00

美军模拟贝壳结构研制透明护身装甲

最近美军在研发透明护身装甲,其灵感来自贝壳的结构。

科学家们希望人体装甲可以使用坚韧轻便的材料。越来越多的研究人员试图用自然界中发现的生物结构制造新的材料,这种方法被称为仿生学。麻省理工学院的材料学家Christine Ortiz说,我们一直将自然界的外骨骼作为工程防护系统发展的灵感。

为了开发新的盔甲,Ortiz 和她的同事 Ling Li调查了海月(一种贝壳)。他们对这种软体动物很感兴趣,因为它的壳可以透过80%的可见光。在菲律宾、印度和其他亚洲国家,有时海月壳被用来替代窗玻璃使用。

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“大约五年前,我们开始在自然界中寻找光学透明装甲系统。”Ortiz说道。这种透明的装甲可用于保护士兵的眼睛和脸部,安装在窗户和挡风玻璃、盾牌以及战斗车辆上。

这种贝壳几乎完全由方解石构成,主要的部分是相对脆弱的岩石,例如石灰石和白垩石。但是,科学家们发现这种贝壳耗散冲击能量的能力大约是普通方解石的10倍。

科学家们一直在软体动物和贝壳中寻找新盔甲的灵感,这是研究首次发现同时具有抗穿透性和透光性的自然护甲。Ortiz说,他们想找出可以抵抗穿透,同时也具有透光性的材料。

为了了解这种贝壳优于普通方解石的原因,研究人员对其进行了纳米结构的检测。结果发现,该贝壳是由菱形方解石晶体一层层有机连接在一起的。

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当贝壳受到钻石探针的接触时会产生显微压痕,科学家发现贝壳会通过“结对”来发生形变。这里的“结对”是指方解石晶体在穿透区附近彼此形成镜像。这种现象可以耗散能量减轻伤害,例如可以通过变向高分子裂缝让能量传播的更远。

最后,“结对”伴随着贝壳的纳米级结构将损伤控制在小范围中,确保其余结构的机械完整性。盔甲基于“结对”方式和纳米级结构可以承受住多次的冲击。

“这个发现可以为轻质结构材料和高效能耗合成工程提供设计原则,”Ortiz说。“我们正在研究其它具有半透明属性的甲壳类物种,并且打算建立一个生物设计原则库。”

本文译自 LiveScience,由译者 千里之外 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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