Графен защищает от гисперскоростных пуль лучше стали

Листы графена защищают от небольших высокоскоростных частиц в 8-10 раз лучше чем сталь. Уникальная прочность графена может пригодиться для защиты космических аппаратов от микрометеоритов, а также в бронежилетах.

Команда исследователей во главе с Томасом Эдвином (Edwin Thomas) из Университета Райса обнаружила, что графен обладает исключительной устойчивостью к микроскопическим высокоскоростным "пулям". Слой углерода толщиной в один атом в 8-10 раз лучше рассеивает энергию удара по сравнению со сталью аналогичной толщины. Таким образом, графен идеально подходит для изготовления бронежилетов и защиты  космических кораблей от микрометеоритов и частиц мусора.

Руководитель исследования Томас Эдвин и его коллега Джо Хванг Ли (Jae-Hwang Lee) с образцом прозрачной брони

В ходе экспериментов ученые обстреливали крошечными сферами диоксида кремния многослойные графеновые мембраны толщиной от 10 до 100 нм (это от 30 до 300 слоев графена). Мембраны были изготовлены классическим механическим способом: снятием хлопьев графена с кусков  пиролитического графита.

Чтобы проверить устойчивость графена на столь малых образцах, использовалось не обычное огнестрельное оружие, а специальная техника. Лазерный луч испарял тонкую золотую пленку толщиной  50 нм, в итоге взрывообразное расширение газа ускоряло крохотную кремниевую "пулю"  до огромной скорости в 3 км/с.

Микроскопическая пуля пробивает несколько слоев графена

Анализ результатов обстрела показал, что листы графена в месте попадания "пули" вытягиваются в конус и распространяют энергию удара вдоль линий кристаллической решетки, то есть по самым устойчивым к разрыву направлениям. В случае пробития, вдоль этих линий появляются трещины, которые распространяются по кругу на некоторое расстояние от места попадания. Также графен направляет часть кинетической энергии обратно в "пулю", таким образом листы углерода  рассеивают энергию удара намного эффективнее стали.

Уникальные защитные свойства графена похожи на те, что наблюдаются у керамической брони. Она также активно поглощает энергию удара за счет разрушения высокопрочной молекулярной решетки. Возможно, комбинация керамики и графена поможет в будущем создать сверхпрочную легкую броню, например для бронежилетов, которые при весе 1-2 кг будут защищать от бронебойных винтовочных пуль.

По мнению Томаса Эдвина, броневые свойства графена могут пригодиться в космосе: для защиты спутников, Международной космической станции, перспективных межпланетных кораблей, а также зондов для полетов в опасные "замусоренные" уголки Солнечной системы, такие как Пояс Койпера.