Para peneliti telah lama bekerja untuk menemukan bahan baru yang lebih terlindungi dari tusukan berkecepatan tinggi, tetapi sulit untuk menghubungkan detail mikroskopis dari bahan baru yang menjanjikan dengan perilaku aktualnya di dunia nyata.
Untuk mengatasi masalah ini, para peneliti di National Institute of Standards and Technology (NIST) telah menemukan metode baru yang menggunakan proyektil dan data yang dipancarkan laser untuk membantu memprediksi sifat mikroskopis dan perilaku bahan target, menurut sebuah artikel di ACS Applied Materials. & Antarmuka, LaserMade.com mengerti. Hal ini dilakukan dengan menggunakan laser berintensitas tinggi untuk mengeluarkan proyektil mikro dengan kecepatan mendekati kecepatan suara pada bahan target, yang dalam hal ini adalah film polimer yang mewakili bahan tahan tusukan yang akan diuji.
Pertukaran energi antara partikel dan sampel bahan yang diuji dianalisis pada tingkat mikroskopis, dan kemudian metode penskalaan digunakan untuk memprediksi ketahanan bahan terhadap tusukan oleh proyektil berenergi tinggi yang lebih besar, seperti peluru. Dengan cara ini, menggabungkan pengujian dengan metode analisis dan penskalaan, para ilmuwan dapat menemukan bahan baru yang tahan tusukan. Program baru ini mengurangi kebutuhan akan serangkaian eksperimen laboratorium yang panjang menggunakan proyektil dan sampel yang lebih besar.
Kimiawan NIST Katherine Evans menjelaskan, "Ketika Anda mempelajari bahan baru untuk aplikasi perlindungan, dengan pendekatan baru kami, kami dapat memperoleh gagasan lebih awal apakah sifat pelindungnya layak dipelajari."
Mensintesis sejumlah kecil polimer baru mungkin cukup rutin dalam eksperimen laboratorium; tantangannya adalah meningkatkan kuantitas untuk menguji ketahanan tusukannya - bahan yang dibuat dari polimer sintetik baru di mana peningkatan hingga jumlah yang cukup seringkali tidak mungkin atau tidak praktis.
Masalah dengan pengujian balistik adalah bahwa ada dua langkah yang harus Anda ambil dalam membuat bahan baru, "kata Christopher Soles, seorang insinyur penelitian bahan di NIST. Anda perlu mensintesis polimer baru yang menurut Anda lebih baik, dan kemudian meningkatkannya. ke tingkat kilogram. Pencapaian besar dari pekerjaan ini adalah kami secara mengejutkan menemukan bahwa pengujian mikrobalistik dapat ditingkatkan dan dikaitkan dengan pengujian skala besar di dunia nyata."
Selama penelitian, para peneliti menggunakan metode mereka untuk mengevaluasi beberapa bahan, termasuk senyawa kaca balistik yang banyak digunakan, nanokomposit baru, dan sampel bahan graphene.
Metode pengujiannya disebut LIPIT, yang merupakan singkatan dari "Laser Induced Projectile Impact Test". Metode ini menggunakan laser untuk menembakkan mikroproyektil yang terbuat dari silika atau kaca ke dalam film tipis dari bahan yang diinginkan. Melalui ablasi laser, laser menghasilkan daya tahan tinggi. gelombang tekanan yang mendorong bahan mikroproyektil ke dalam sampel.
Para peneliti pertama kali menggunakan metode untuk menganalisis nanokomposit yang disebut komposit polimer-graft nanopartikel polimetakrilat (npPMA). Ini terdiri dari nanopartikel silika dan dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk rompi antipeluru. Laser mendorong peluru mikro ke arah bahan target dengan kecepatan 100 hingga 400 meter per detik, dan kamera digunakan untuk mengukur dampaknya.
Para peneliti menggabungkan pengukuran yang diperoleh pada npPMA dengan analisis matematis tambahan, bersama dengan data yang tersedia pada materi dari literatur penelitian, untuk menghubungkan hasil uji mikro-ballast dengan dampak dalam dampak yang lebih besar. Karena npPMA adalah material baru yang tidak mudah dibuat, mereka memperluas analisisnya dengan menyertakan senyawa yang lebih umum digunakan (polikarbonat), yang banyak digunakan sebagai kaca antipeluru.
Dengan menggunakan kombinasi hasil literatur, analisis dimensi dan metodologi LIPIT, para peneliti dapat menunjukkan bahwa ketahanan tusukan material terkait dengan tegangan maksimum yang dapat ditahan material sebelum fraktur (yaitu, tegangan kegagalan). Ini menantang pemahaman saat ini tentang kinerja balistik, yang biasanya dianggap terkait dengan bagaimana gelombang tekanan melewati suatu material.
Metode baru mereka dapat menentukan batas kekuatan suatu material, atau berapa banyak tekanan dan tekanan yang dapat ditahannya, tanpa mengukur sifat-sifat ini secara langsung sebelumnya, yang membantu mengoptimalkan material mana yang akan dipilih dalam percobaan. Ini memungkinkan mereka untuk mengeksplorasi bahan seperti graphene, yang menunjukkan bahwa beberapa lapisan film tipis dari bahan tersebut dapat digunakan untuk aplikasi tahan benturan, mirip dengan polimer berkinerja tinggi.
Untuk langkah selanjutnya, para peneliti berencana mengevaluasi sifat balistik bahan baru lainnya dan mempelajari berbagai jenis dan konfigurasi. Mereka juga akan memvariasikan ukuran microbomb dan memperluas jangkauan kecepatannya.
