Làm thế nào siêu mạnh 'bọt kim loại' có thể thay đổi du hành không gian và phòng thủ

Có gì mạnh như thép, nhẹ như nhôm, và có khả năng chịu được tác động đạn đạo, lửa và bức xạ? Bọt kim loại.

Hơn một thập kỷ trước, kỹ sư Afsaneh Rabiei của Đại học bang North Carolina đã phát minh ra vật liệu bọt kim loại composite (CMF) làm từ bong bóng kim loại rỗng, được nhúng trong thép, titan, nhôm hoặc các hợp kim khác. Từ du hành hàng không và không gian đến phòng thủ, vật liệu đặc biệt mạnh và nhẹ có thể có nhiều ứng dụng. Sau nhiều năm thử nghiệm chống đạn đạo, vụ nổ, rung động, bức xạ và hỏa hoạn, công ty của Rabiei, sản xuất vật liệu tiên tiến, đã chính thức sẵn sàng để sản xuất.

Mặc dù đó không phải là bọt kim loại đầu tiên được phát minh, Rabiei tuyên bố CMF của cô là mạnh nhất. Ví dụ, trong một nghiên cứu năm 2019 được công bố trên tạp chí Cấu trúc tổng hợpcác nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng áo giáp xe được làm bằng CMF bằng thép thép (trong đó cả bong bóng và vật liệu chúng được làm từ thép) đã dừng bóng và sắt xuyên cỡ .50 tầm cỡ. ở mức ít hơn một nửa trọng lượng của nó.

Bộ giáp CMF ít hơn một nửa trọng lượng của áo giáp thép đồng nhất được cuộn cần thiết để đạt được mức độ bảo vệ tương tự, ông Rab Rabiei, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết trong một tuyên bố của Đại học bang Bắc Carolina. Nói cách khác, chúng tôi có thể đạt được mức tiết kiệm trọng lượng đáng kể, điều này mang lại lợi ích cho hiệu suất của xe và hiệu quả nhiên liệu, không có sự bảo vệ hy sinh.

Hai năm trước, Rabiei và các đồng nghiệp của cô đã phát hiện ra rằng CMF cách ly chống lại nhiệt tốt hơn nhiều so với một tấm kim loại tương tự. Như nhóm đã giải thích trong một nghiên cứu năm 2016 được công bố trong Tạp chí khoa học nhiệt quốc tếhọ đã lộ một bên của 2,5 inch x 2,5 inch bằng 0,75 inch (6,35 cm x 6,35 cm x 1,91 cm) mảnh thép không gỉ khối lượng lớn, cũng như một bên của một mẫu CMF có cùng kích thước, đến ngọn lửa Fahrenheit 1.472 độ (800 độ). Trong khi thép mất bốn phút để đạt đến cùng nhiệt độ, CMF mất tám.

Sự hiện diện của các túi khí bên trong CMF làm cho nó rất hiệu quả trong việc ngăn chặn nhiệt, chủ yếu là do nhiệt di chuyển chậm hơn trong không khí so với thông qua kim loại, theo Rab Rabiei giải thích trong một tuyên bố khác của trường đại học. Điều đó có nghĩa là CMF có thể bảo vệ các vật liệu nhạy cảm với nhiệt cho dù hóa chất hoặc phương tiện nguy hiểm mang phi hành gia trong không gian.

Về chủ đề không gian, Rabiei đã tiết lộ mười năm trước rằng CMF có khả năng che chắn các hình thức bức xạ khác nhau. Trong một nghiên cứu năm 2015 được công bố trên tạp chí Vật lý và hóa học bức xạnhóm của cô cho thấy CMF có hiệu quả trong việc chặn tia X và tia gamma (bức xạ không gian nguy hiểm) cũng như bức xạ neutron (diễn ra trong các lò phản ứng hạt nhân và trong vụ nổ hạt nhân).

Nói tóm lại, các CMF hứa hẹn cho nhiều ứng dụng: từ thăm dò không gian đến vận chuyển chất thải hạt nhân, chất nổ và vật liệu nguy hiểm, đến các ứng dụng quân sự và an ninh và thậm chí cả xe hơi, xe buýt và xe lửa, ông Rab Rabiei nói trong tuyên bố về các thử nghiệm đạn đạo.

Đây là một câu đố khác cho bạn: Bọt kim loại và người La Mã cổ đại có điểm gì chung? Cả hai phát minh và ứng dụng trước đây nâng cao. Trong khi người La Mã lấy những phát minh từ các nền văn minh khác và làm cho chúng tốt hơn, CMF lấy các ứng dụng của các vật liệu khác và dường như đạt được chúng với trọng lượng ít hơn. Tuy nhiên, vẫn còn phải nhìn thấy, nếu các nhà sản xuất cũng bị thuyết phục về điều này.