Mae ymchwilwyr wedi bod yn gweithio ers tro i ddod o hyd i ddeunyddiau newydd sy'n cael eu hamddiffyn yn well rhag tyllau cyflym, ond mae'n anodd cysylltu manylion microsgopig deunyddiau newydd addawol â'u hymddygiad gwirioneddol yn y byd go iawn.
Er mwyn mynd i'r afael â'r broblem hon, mae ymchwilwyr yn y Sefydliad Cenedlaethol Safonau a Thechnoleg (NIST) wedi dyfeisio dull newydd sy'n defnyddio taflegrau a data a allyrrir â laser i helpu i ragweld priodweddau microsgopig ac ymddygiad deunyddiau targed, yn ôl erthygl yn ACS Applied Materials & Rhyngwynebau, mae LaserMade.com yn deall. Gwneir hyn trwy ddefnyddio laser dwysedd uchel i daflu microbrojectile yn agos at gyflymder sain wrth ddeunydd targed, sef ffilm bolymer yn yr achos hwn sy'n cynrychioli'r deunydd sy'n gwrthsefyll tyllau i'w brofi.
Mae'r cyfnewid ynni rhwng y gronynnau a'r sampl deunydd a brofwyd yn cael ei ddadansoddi ar y lefel ficrosgopig, ac yna defnyddir dull graddio i ragfynegi ymwrthedd y deunydd i dyllu gan daflunydd ynni uchel mwy, fel bwled. Yn y modd hwn, gan gyfuno profion â dulliau dadansoddi a graddio, gall gwyddonwyr ddarganfod deunyddiau newydd sy'n gwrthsefyll tyllu. Mae'r rhaglen newydd yn lleihau'r angen am gyfres hir o arbrofion labordy gan ddefnyddio taflegrau mwy a samplau mwy.
Mae cemegydd NIST, Katherine Evans, yn esbonio, "Pan fyddwch chi'n astudio deunydd newydd ar gyfer cymhwysiad amddiffynnol, gyda'n dull newydd ni, gallwn gael syniad cynharach a yw'n werth astudio ei briodweddau amddiffynnol."
Gall syntheseiddio symiau bach o bolymer newydd fod yn weddol arferol mewn arbrofion labordy; yr her yw cynyddu'r swm i brofi ei ymwrthedd i dyllu - deunyddiau wedi'u gwneud o bolymerau synthetig newydd lle mae graddio hyd at feintiau digonol yn aml yn amhosibl neu'n anymarferol.
Y broblem gyda phrofion balistig yw bod dau gam y mae'n rhaid i chi eu cymryd wrth wneud deunyddiau newydd," meddai Christopher Soles, peiriannydd ymchwil deunyddiau yn NIST. Mae angen i chi syntheseiddio polymer newydd sy'n well yn eich barn chi, ac yna ei ehangu Cyflawniad mawr y gwaith hwn yw ein bod wedi canfod yn rhyfeddol y gellir cynyddu profion microbalistig a'u cysylltu â phrofion byd go iawn ar raddfa fawr."
Yn ystod yr astudiaeth, defnyddiodd yr ymchwilwyr eu dull i werthuso nifer o ddeunyddiau, gan gynnwys cyfansoddion gwydr balistig a ddefnyddir yn eang, nanocomposites newydd a samplau o ddeunyddiau graphene.
Gelwir y dull prawf yn LIPIT, sy'n sefyll am "Prawf Effaith Projectile a Anwythir â Laser. Mae'n defnyddio laser i danio microprojectile wedi'i wneud o silica neu wydr i mewn i ffilm denau o'r deunydd o ddiddordeb. Trwy abladiad laser, mae'r laser yn cynhyrchu uchel- ton bwysau sy'n gwthio'r deunydd microprojectile i'r sampl.
Defnyddiodd yr ymchwilwyr y dull yn gyntaf i ddadansoddi nanocomposite o'r enw cyfansawdd polymethacrylate nanoronynnau wedi'i impio â pholymer (npPMA). Mae'n cynnwys nanoronynnau silica a gellid ei ddefnyddio mewn ystod eang o gymwysiadau, gan gynnwys festiau atal bwled. Mae laser yn gwthio'r micro-fwledi tuag at y deunydd targed ar gyflymder o 100 i 400 metr yr eiliad, a defnyddir camera i fesur eu heffaith.
Cyfunodd yr ymchwilwyr y mesuriadau a gafwyd ar npPMA â dadansoddiad mathemategol ychwanegol, ynghyd â data sydd ar gael ar y deunydd o'r llenyddiaeth ymchwil, i gysylltu canlyniadau'r profion micro-balast â'r effaith mewn effaith fwy. Gan fod npPMA yn ddeunydd newydd nad yw'n hawdd ei wneud, fe wnaethant ehangu eu dadansoddiad i gynnwys cyfansawdd a ddefnyddir yn fwy cyffredin (polycarbonad), a ddefnyddir yn helaeth fel gwydr gwrth-bwled.
Gan ddefnyddio cyfuniad o ganlyniadau llenyddiaeth, dadansoddiad dimensiwn a methodoleg LIPIT, roedd yr ymchwilwyr yn gallu dangos bod ymwrthedd tyllu'r deunydd yn gysylltiedig â'r straen mwyaf y gall y deunydd ei wrthsefyll cyn torri asgwrn (hy, straen methiant). Mae hyn yn herio'r ddealltwriaeth bresennol o berfformiad balistig, y credir yn nodweddiadol ei fod yn gysylltiedig â sut mae tonnau pwysau yn mynd trwy ddeunydd.
Gall eu dull newydd bennu terfyn cryfder deunydd, neu faint o straen a phwysau y gall ei wrthsefyll, heb fesur yr eiddo hyn yn uniongyrchol ymlaen llaw, sy'n helpu i wneud y gorau o ba ddeunyddiau i'w dewis mewn arbrawf. Roedd hyn yn caniatáu iddynt archwilio deunyddiau fel graphene, sy'n awgrymu y gellid defnyddio haenau ffilm tenau lluosog o'r deunydd ar gyfer cymwysiadau sy'n gwrthsefyll trawiad, yn debyg i bolymerau perfformiad uchel.
Ar gyfer y cam nesaf, mae'r ymchwilwyr yn bwriadu gwerthuso priodweddau balistig deunyddiau newydd eraill ac astudio gwahanol fathau a chyfluniadau. Byddant hefyd yn amrywio maint y microbombiau ac yn ehangu eu hystod cyflymder.
