शोधकर्ता लंबे समय से नई सामग्रियों को खोजने के लिए काम कर रहे हैं जो उच्च गति के पंचर का विरोध करने में बेहतर हैं, लेकिन नई सामग्रियों के आशाजनक सूक्ष्म विवरणों को वास्तविक दुनिया में उनके वास्तविक व्यवहार से जोड़ना कठिन है।
इस समस्या का समाधान करने के लिए, राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (एनआईएसटी) के शोधकर्ताओं ने एक नई विधि तैयार की है जो लक्ष्य सामग्री के सूक्ष्म गुणों और व्यवहार की भविष्यवाणी करने में मदद करने के लिए लेजर-उत्सर्जित प्रोजेक्टाइल और डेटा का उपयोग करती है, जैसा कि एसीएस एप्लाइड मैटेरियल्स में दिखाया गया है। और इंटरफ़ेस लेख. यह लक्ष्य सामग्री पर ध्वनि की गति के करीब गति पर सूक्ष्म-प्रोजेक्टाइल को शूट करने के लिए एक उच्च-तीव्रता वाले लेजर का उपयोग करके किया जाता है, जो इस मामले में परीक्षण के लिए पंचर-प्रतिरोधी सामग्री का प्रतिनिधित्व करने वाली एक बहुलक फिल्म है।
कणों और परीक्षण किए गए सामग्री नमूने के बीच ऊर्जा विनिमय का सूक्ष्म स्तर पर विश्लेषण किया जाता है, और फिर बुलेट जैसे बड़े, उच्च-ऊर्जा प्रोजेक्टाइल द्वारा पंचर करने के लिए सामग्री के प्रतिरोध का अनुमान लगाने के लिए स्केलिंग विधियों का उपयोग किया जाता है। ठीक उसी तरह, विश्लेषण और स्केलिंग विधियों के साथ परीक्षण के संयोजन से वैज्ञानिकों को नई पंचर-प्रतिरोधी सामग्री की खोज करने की अनुमति मिलती है। नया कार्यक्रम बड़े प्रोजेक्टाइल और बड़े नमूनों का उपयोग करके प्रयोगशाला प्रयोगों की एक लंबी श्रृंखला की आवश्यकता को कम कर देता है।
एनआईएसटी केमिस्ट कैथरीन इवांस बताती हैं, "जब आप एक सुरक्षात्मक अनुप्रयोग के लिए एक नई सामग्री की जांच कर रहे हैं, तो हमारे नए दृष्टिकोण से हम पहले ही जान सकते हैं कि इसके सुरक्षात्मक गुण जांच के लायक हैं या नहीं।"
प्रयोगशाला प्रयोगों में एक नए पॉलिमर की छोटी मात्रा का संश्लेषण करना काफी नियमित हो सकता है; चुनौती इसके पंचर प्रतिरोध का परीक्षण करने के लिए मात्रा को बढ़ाने की है - नए सिंथेटिक पॉलिमर से बनी सामग्री, पर्याप्त मात्रा तक स्केल करना अक्सर असंभव या अव्यावहारिक होता है।
एनआईएसटी में सामग्री अनुसंधान इंजीनियर क्रिस्टोफर सोल्स कहते हैं, "बैलिस्टिक परीक्षण के साथ समस्या यह है कि नई सामग्री बनाते समय आपको दो कदम उठाने पड़ते हैं।" आपको पहले एक नए बहुलक को संश्लेषित करने की आवश्यकता है जो आपको लगता है कि बेहतर है, और फिर स्केल करें यह किलोग्राम स्तर तक है। इस काम की बड़ी उपलब्धि यह है कि हमने आश्चर्यजनक रूप से पाया कि माइक्रोबैलिस्टिक परीक्षण को बढ़ाया जा सकता है और वास्तविक दुनिया, बड़े पैमाने पर परीक्षण से जोड़ा जा सकता है।"
अध्ययन के दौरान, शोधकर्ताओं ने अपनी पद्धति का उपयोग करके कई सामग्रियों का मूल्यांकन किया, जिसमें व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले बैलिस्टिक ग्लास यौगिकों, नए नैनोकम्पोजिट और ग्राफीन सामग्री के नमूने शामिल थे।
परीक्षण विधि को एलआईपीआईटी कहा जाता है, जिसका अर्थ है "लेजर-प्रेरित प्रोजेक्टाइल प्रभाव परीक्षण। यह सिलिका या ग्लास से बने माइक्रोप्रोजेक्टाइल को रुचि की सामग्री की पतली फिल्मों में फायर करने के लिए लेजर का उपयोग करता है। लेजर एब्लेशन के माध्यम से, लेजर एक उच्च दबाव उत्पन्न करता है तरंग जो प्रक्षेप्य सामग्री को नमूने में धकेलती है।
शोधकर्ताओं ने सबसे पहले एक प्रकार के नैनोकम्पोजिट का विश्लेषण करने के लिए इस विधि का उपयोग किया, जिसे पॉलिमर-ग्राफ्टेड नैनोपार्टिकल पॉलीमेथैक्रिलेट (एनपीपीएमए) कंपोजिट कहा जाता है। इसमें सिलिका नैनोकण होते हैं जिनका उपयोग बुलेटप्रूफ जैकेट सहित कई प्रकार के अनुप्रयोगों में किया जा सकता है। लेज़र सूक्ष्म बमों को 100 से 400 मीटर प्रति सेकंड की गति से लक्ष्य सामग्री की ओर ले जाते हैं, और उनके प्रभाव को मापने के लिए एक वीडियो कैमरा का उपयोग किया जाता है।
शोधकर्ताओं ने माइक्रो-बम परीक्षणों के परिणामों को बड़े प्रभावों से जोड़ने के लिए, अनुसंधान साहित्य से सामग्री पर मौजूदा डेटा के साथ, अतिरिक्त गणितीय विश्लेषणों के साथ एनपीपीएमए पर प्राप्त मापों को जोड़ा। चूंकि एनपीपीएमए एक नई सामग्री है जिसे आसानी से निर्मित नहीं किया जाता है, इसलिए उन्होंने अधिक सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले यौगिक (पॉलीकार्बोनेट) को शामिल करने के लिए अपने विश्लेषण का विस्तार किया, जिसका व्यापक रूप से बुलेटप्रूफ ग्लास के रूप में उपयोग किया जाता है।
साहित्य परिणामों, आयामी विश्लेषण और LIPIT की कार्यप्रणाली के संयोजन का उपयोग करके, शोधकर्ता यह प्रदर्शित करने में सक्षम थे कि किसी सामग्री का पंचर प्रतिरोध अधिकतम तनाव से संबंधित होता है जिसे सामग्री फ्रैक्चर से पहले झेल सकती है (यानी, विफलता तनाव)। यह बैलिस्टिक प्रदर्शन की वर्तमान समझ को चुनौती देता है, जिसे अक्सर इस बात से संबंधित माना जाता है कि दबाव तरंग किसी सामग्री से कैसे गुजरती है।
उनकी नई विधि उन्हें पहले से इन गुणों को सीधे मापने के बिना किसी सामग्री की ताकत सीमा, या यह कितना तनाव और दबाव झेल सकती है, यह निर्धारित करने की अनुमति देती है, जो एक प्रयोग में चुनने के लिए कौन सी सामग्री को अनुकूलित करने में मदद करती है। इससे उन्हें ग्राफीन जैसी सामग्रियों का पता लगाने की अनुमति मिली, जिससे पता चलता है कि सामग्री की कई पतली फिल्म परतों का उपयोग उच्च-प्रदर्शन पॉलिमर के समान प्रभाव-प्रतिरोधी अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है।
अपने अगले चरणों के लिए, शोधकर्ता अन्य नवीन सामग्रियों के बैलिस्टिक गुणों का मूल्यांकन करने और विभिन्न प्रकारों और विन्यासों की जांच करने की योजना बना रहे हैं। वे माइक्रोबुललेट्स के आकार को भी बदल देंगे और उनकी वेग सीमा का विस्तार करेंगे।
