Inżynierowie z Massachusetts Institute of Technology (MIT) we współpracy z Caltech i ETH Zürich w serii badań udowodnili wysoką odporność nowo opracowanego ultralekkiego materiału. Jego cechą jest precyzyjnie ukształtowana nanoarchitektura węglowa.
Według przeprowadzonych badań nowy materiał charakteryzuje się wyższą efektywnością masową od stali, kevlaru, aluminium i innych materiałów stosowanych w pancerzach. Może zatem znaleźć zastosowanie w budowie lekkich pancerzy, powłok ochronnych, osłon przeciwwybuchowych i innych elementów.
Materiał na bazie żywicy powstał z użyciem litografii dwufotonowej wykorzystującej szybki laser o dużej mocy. Przyjęto wzór materiału w postaci czworościanu w konfiguracji sieciowej. Następnie wypłukano resztki pozostałej żywicy i umieszczono powstałą strukturę w wysokotemperaturowym piecu próżniowym. Wówczas materiał został przekształcony w węgiel o ultralekkiej nanoarchitekturze.
W ramach testów naukowcy strzelali do opracowanej struktury mikrocząsteczkami o prędkości ponaddźwiękowej. Technika prób polegała na przepuszczaniu wiązki ultraszybkiego lasera przez szkiełko pokryte cienką warstwą złota, na której znajdowała się dodatkowa warstwa cząstek tlenku krzemu o grubości 14 µm. Laser przechodząc przez szkiełko ze złotem generował plazmę lub gwałtowne rozprężenie gazu ze złota. Ten zaś wypychał cząsteczki tlenku krzemu w kierunku lasera. W ten sposób możliwe było kontrolowane rozpędzanie cząsteczek do prędkości od 40 m/s do 1100 m/s.
Choć testowany materiał był cieńszy od ludzkiego włosa dzięki wysokiej sprężystości skutecznie zapobiegał przedarciu się mikropocisków. Ostrzał został udokumentowany za pomocą szybkiej kamery. Do oceny uszkodzeń materiału wykorzystano model do charakteryzowania uderzeń meteorów. Przetestowano dwie odmiany materiału o różnej gęstości rozpórek. Materiał o gęstszych rozpórkach był bardziej sprężysty, a mikrocząsteczki w większym stopniu osadzały się w materiale, zamiast się przez niego przedzierać. Po dokładniejszej analizie wysunięto wniosek, że materiał ulegał zgnieceniu i zagęszczeniu, lecz jego struktura pozostawała nienaruszona.
Wyniki badań omawianego materiału na bazie węgla opublikowano w czasopiśmie Nature Materials. Jak podkreślają naukowcy ten i inne materiały zbudowane z wykorzystaniem nanostruktur mogą pozwolić zastąpić znane obecnie materiały stosowane w przemyśle zbrojeniowym i kosmicznym. Wymaga to jednak dalszych badań i testów.