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中国科学家从鱼鳞获得灵感研制出新型单兵防弹材料

       湖南大学位于中国湖南省省会长沙,属985和211高校。该校土木工程学院实力雄厚,是湖南大学的名牌院系。


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图一:图像显示中国研究人员开发的鳞甲不同层的应力分布。


       不久前该学院教授朱德举教授率领的团队表示他们已研发成功世界上第一种灵巧型防弹服,可保护士兵抵御穿甲弹的杀伤。


       该团队在1月5日号的《复合材料学报》上发表了相关论文,据论文介绍,该团队已完成了多次测试和试验。试验中3发穿甲燃烧弹射向15米处外包防弹服材料的仿生体,子弹速度相当于3倍音速,但均未穿透试验用材料。


       试验中所用的7.62毫米穿甲燃烧弹最初用于反装甲器材,子弹击穿装甲材料后在装备内部爆炸,从而形成更严重伤害。逐渐地这种弹药也用于杀伤穿着防护装备的人员。


       试验中穿甲燃烧弹击中防护材料时,材料中抵挡弹头的一片超硬陶瓷鳞片“蒸发”了,同时子弹失去了绝大多数动能并“消失”。


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图二:测试结果:左:测试后鳞甲背面;右图:三颗穿甲燃烧弹击中后材料的X光片和照片


       据论文介绍,弹头在防护材料后方的橡胶仿生体上留下了约20毫米深的凹坑,这表明防护材料的防护性能非常好。


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图三:建模显示鳞甲如何防弹


       据朱教授介绍这种防护材料的灵感来自草鱼,这是一种原产于东亚在中国很受欢迎的淡水食用鱼。草鱼生存力惊人,部分原因是它的鳞片对刺穿和撕咬具有很强的防护力,草鱼很容易从捕食者的齿缝中逃脱。草鱼鳞片由表面硬骨层和下方弹性强膜组成,鳞片以独特的角度堆叠在一起,每个鳞片都可以自由扭曲从而化解冲击力。朱教授和他的同事分析了许多种动物的鳞片—包括犰狳和鳄鱼,发现在柔韧性和强度方面没有一种能与草鱼的鳞片相媲美。


       2020年朱教授团队曾经开发了一种可承受手枪弹威力的软装甲,但抗穿甲弹难度要大得多,穿甲弹速度更快。


       多次试验失败后他们终于发现了半导体基材碳化硅的特性最合适。团队利用了强大的计算机建模技术仔细推敲鳞片的形状、厚度,和堆叠形式,以前所未有的程度考虑细节,最终得到了可靠和稳定的结果。


       之前美国公司Pinnacle Armor(现已倒闭)曾于2000年在实验室中试制成功Dragon Skin防护材料,可承受3发AK-47步枪子弹命中,但在与美国军方签订合同前不久发现出现了“渗透”现象,经过一系列诉讼后该公司于2010年倒闭。


       因为这种材料柔韧而舒适,美军某些特种部队和雇佣兵公司曾在实战中使用Dragon Skin防护服,但这种防护服不能防穿甲弹,要想防穿甲弹必须使用陶瓷或钢板材料的防护服,但这样一来防护服变得很沉重,因此只能用于防护身体几个重要部位。


       当然中国的研究人员表示他们研制成功的防护材料需要进一步完善,比如如果有更多子弹击中,橡胶仿生体的凹痕深度会增加,团队也没有说明材料疲劳性能的影响和将鳞片粘在防护服上用的胶水性能,更没有透露防护服重量。中国研究人员也说明在沙漠等恶劣环境中,高温、汗水和不断地运动会影响胶水导致鳞片松动。最后这一点也是导致Dragon Skin失败的原因。


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信息发布人: 朱德举教授
发布单位: 湖南大学
信息源: https://mp.weixin.qq.com/s/TrqN57-6m1vwjtngNLD9pA