Některé materiály jsou nudné, prakticky odepsané. Některé jsou nové, pozoruhodné, převratné. A pak je grafen, fenomén počátku jednadvacátého století. Je mimo veškeré kategorie. Vždycky si myslíte, že už nemůže překvapit a pak jenom lapáte po dechu. Teď vyšlo najevo, že grafen odolává vystřeleným kulkám lépe nežli ocel nebo kevlar. Fantazie samozřejmě pracuje na plné obrátky a na obzoru se už rýsují postavy vojáků, bojujících ve futuristickém grafenovém brnění.
Odborníkům bylo už nějaký čas jasné, že pláty grafenu jsou hodně pevné, na to jak jsou lehké. Skládají se totiž z hustě uspořádaných atomů uhlíku, které v grafenu vytvářejí charakteristické plástve. Teď už víme, že grafenové "brnění" funguje skvěle.
Vděčíme za to Edwinovi Thomasovi z Riceovy univerzity v texaském Houstonu a jeho spolupracovníkům, kteří si v laboratoři postavili miniaturní střelnici a řádně prověřili odolnost grafenu vůči střelbě. Nebylo to úplně snadné, protože tak tenký materiál jako je plát grafenu, rychle letící kulka při zásahu okamžitě zničí.
V laboratorní střelnici používají laser, kterým odpařují drobná vlákna zlata, sloužící v tomto případě jako střelný prach. Po zásahu laserovým paprskem dojde k explozi, která vystřelí skleněné kulky velikosti pár mikronů do grafenových terčů, tvořených 10 až 100 pláty grafenu na sobě, rychlostí téměř 3 kilometry za sekundu. To je zhruba třikrát rychleji, než jak vyletí kulka z hlavně slavné útočné pušky M16. Odolnost grafenu vůči takové střelbě pak Thomasův tým ověřil elektronovým mikroskopem.
Vědci zjistili, že vrstvy grafenu velmi slušně rozptylují energii letící mikrokulky. Detailní analýza dat ukázala, že grafenové pláty jsou dvakrát méně průstřelné než kevlar, materiál z para‑amidových vláken, z něhož se v současnosti vyrábějí neprůstřelné vesty. A desetkrát méně průstřelné nežli ocel. Grafen dokáže absorbovat 0,92 MJ/kg energie letícího projektilu, zatímco ocel při měřeních v podobných rychlostech letící střely zvládne s bídou 0,08 MJ/kg.
Nebylo to poprvé, kdy někdo grafen zkoumal jako brnění. Ale Thomasův tým jako první publikoval experimenty, v nichž vystavili grafen výstřelům a vyzkoušeli, jak dovede pohltit kinetickou energii. Zvuk se šíří grafenem třikrát rychleji než ocelí, což znamená, že po zásahu kulkou grafen velmi rychle absorbuje energii kulky i ve větší vzdálenosti od místa zásahu. Tím se kulka velmi účinně zbrzdí a sníží se její šance projít skrz.
Thomas a spol. nenabízejí jenom test neprůstřelnosti grafenu, i když je samozřejmě fascinující. Velice zajímavá je i samotná metoda, se kterou vědci grafen prověřili. Technologie střelby skleněnými mikrokulkami kterou vyvinuli, čili vylepšený test LIPIT (Laser-Induced Projectile Impact Test), je velmi slibná pro testování rozmanitých materiálů v extrémních podmínkách. Tak směle do toho.
Video: Microbullet hits confirm graphene"s strength at Rice University. Kredit: Rice University.
Literatura
Rice University News 1. 12. 2014, NewScientist 27. 11. 2014, Science 346: 1092-1096, Wikipedia (Personal armor).
Diskuze:
Ochrana druzic voci mikrometeorom?
Tomáš Kontár,2014-12-02 20:04:36
No nevím jak to s takovou ochranou bude,tělesa ve vesmíru se většinou pohybují o řád vyššími rychlostmi ale každopádně je to slibné ostatně jak jinak u grafenu.
grafen
Filip Ratinger,2014-12-02 18:20:18
Grafen je taky uhlík, takze se to vlastne dalo predpokladat, kdyz kevlar funguje :)
Mikrometeori
Michal Lichvar,2014-12-02 09:59:24
a v nevojenskej sfere to vyuzitie nenajde?
Ochrana druzic voci mikrometeorom?
Může být
Vojtěch Kocián,2014-12-02 22:09:41
Jenže to není tak jednoduché. Rychlost meteoritů je tak velká, že není vhodné jim klást do cesty silnou vrstvu materiálu jakkoliv pevného. Lepší je nechat je narazit do jedné tenké vrstvy, která mikrometeorit odpaří (s tím, že v té vrstvě zůstane díra). Odpařené části mikrometeoritu a první vrstvy se pak rozptýlí ve mezeře mezi první a druhou vrstvou, takže na druhou vrstvu bude působit už jen minimální tlak a může být také tenká.
Vtip je v tom (zjednodušeně), že pokud je rychlost projektilu výrazně vyšší než rychlost zvuku v materiálu překážky, na mechanické pevnosti moc nezáleží, protože se účinek střetu projeví převážně tepelně. Pokud se v grafenu šíří zvuk třikrát rychleji než v oceli, už by mohly být jeho mechanické vlastnosti teoreticky užitečné proti kosmickému smetí, které nemá takovou rychlost. Proti mikrometeoritům to asi bude pořád málo, ale vyzkoušet by se to mohlo.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
