शोधकर्ता लंबे समय से नई सामग्रियों को खोजने के लिए काम कर रहे हैं जो उच्च गति के पंचर के खिलाफ बेहतर संरक्षित हैं, लेकिन नई सामग्रियों के आशाजनक सूक्ष्म विवरणों को वास्तविक दुनिया में उनके वास्तविक व्यवहार से जोड़ना कठिन है।
एसीएस एप्लाइड मैटेरियल्स के एक लेख के अनुसार, इस समस्या का समाधान करने के लिए, राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (एनआईएसटी) के शोधकर्ताओं ने एक नई विधि तैयार की है जो लक्ष्य सामग्रियों के सूक्ष्म गुणों और व्यवहार की भविष्यवाणी करने में सहायता के लिए लेजर-उत्सर्जित प्रोजेक्टाइल और डेटा का उपयोग करती है। और इंटरफ़ेस, LaserMade.com समझता है। यह लक्ष्य सामग्री पर ध्वनि की गति के करीब एक माइक्रोप्रोजेक्टाइल को बाहर निकालने के लिए उच्च तीव्रता वाले लेजर का उपयोग करके किया जाता है, जो इस मामले में परीक्षण की जाने वाली 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 की भविष्यवाणी करने के लिए स्केलिंग विधि का उपयोग किया जाता है। इस तरह, विश्लेषण और स्केलिंग विधियों के साथ परीक्षण को जोड़कर, वैज्ञानिक नई पंचर-प्रतिरोधी सामग्री की खोज कर सकते हैं। 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 सुरक्षात्मक अनुप्रयोग के लिए एक नई सामग्री का अध्ययन करते हैं, तो हमारे नए दृष्टिकोण के साथ, हम पहले से ही अंदाजा लगा सकते हैं कि इसके सुरक्षात्मक गुण अध्ययन के लायक हैं या नहीं।"
प्रयोगशाला प्रयोगों में 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 जहां पर्याप्त मात्रा तक स्केल करना अक्सर असंभव या अव्यावहारिक होता है।
एनआईएसटी के सामग्री अनुसंधान इंजीनियर क्रिस्टोफर सोल्स ने कहा, "बैलिस्टिक परीक्षण के साथ समस्या यह है कि नई सामग्री बनाने में आपको दो कदम उठाने पड़ते हैं। आपको एक नया बहुलक संश्लेषित करने की आवश्यकता है जो आपको लगता है कि बेहतर है, और फिर इसे स्केल करना होगा।" किलोग्राम स्तर तक। 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 कई सामग्रियों का मूल्यांकन करने के लिए अपनी पद्धति का उपयोग किया, जिसमें व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले बैलिस्टिक ग्लास यौगिक, नए नैनोकम्पोजिट और ग्राफीन सामग्री के नमूने शामिल थे।
परीक्षण विधि को LIPIT कहा जाता है, जिसका अर्थ है "लेजर प्रेरित प्रक्षेप्य प्रभाव परीक्षण। यह सिलिका या ग्लास से बने माइक्रोप्रोजेक्टाइल को रुचि की सामग्री की एक पतली फिल्म में फायर करने के लिए लेजर का उपयोग करता है। लेजर एब्लेशन के माध्यम से, लेजर एक उच्च-उत्पादन करता है। दबाव तरंग जो माइक्रोप्रोजेक्टाइल सामग्री को नमूने में धकेलती है।
शोधकर्ताओं ने सबसे पहले पॉलीमर-ग्राफ्टेड नैनोपार्टिकल पॉलीमेथैक्रिलेट (एनपीपीएमए) कंपोजिट नामक नैनोकम्पोजिट का विश्लेषण करने के लिए विधि का उपयोग किया। इसमें सिलिका नैनोकण होते हैं और इसका उपयोग बुलेटप्रूफ जैकेट सहित कई प्रकार के अनुप्रयोगों में किया जा सकता है। एक लेज़र सूक्ष्म-गोलियों को 100 से 400 मीटर प्रति सेकंड की गति से लक्ष्य सामग्री की ओर ले जाता है, और उनके प्रभाव को मापने के लिए एक कैमरे का उपयोग किया जाता है।
शोधकर्ताओं ने माइक्रो-बैलास्ट परीक्षणों के परिणामों को बड़े प्रभाव से जोड़ने के लिए, अनुसंधान साहित्य से सामग्री पर उपलब्ध डेटा के साथ, अतिरिक्त गणितीय विश्लेषण के साथ एनपीपीएमए पर प्राप्त मापों को जोड़ा। चूंकि एनपीपीएमए एक नई सामग्री है जो आसानी से निर्मित नहीं होती है, इसलिए उन्होंने अपने विश्लेषण का विस्तार करते हुए अधिक सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले यौगिक (पॉलीकार्बोनेट) को शामिल 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 सामग्री का पंचर प्रतिरोध उस अधिकतम तनाव से संबंधित है जिसे सामग्री फ्रैक्चर से पहले झेल सकती है (यानी, विफलता तनाव)। यह बैलिस्टिक प्रदर्शन की वर्तमान समझ को चुनौती देता है, जिसे आम तौर पर इस बात से संबंधित माना जाता है कि दबाव तरंगें किसी सामग्री से कैसे गुजरती हैं।
उनकी नई विधि किसी सामग्री की ताकत सीमा निर्धारित कर सकती है, या यह कितना तनाव और दबाव झेल सकती है, इन गुणों को पहले से सीधे मापे बिना, 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।
अगले चरण के लिए, शोधकर्ता अन्य नई सामग्रियों के बैलिस्टिक गुणों का मूल्यांकन करने और विभिन्न प्रकारों और विन्यासों का अध्ययन करने की योजना बना रहे हैं। वे माइक्रोबम के आकार को भी बदल देंगे और उनकी वेग सीमा का विस्तार करेंगे।
