受Tubulane启发的超硬聚合物充满孔洞，但阻止子弹的作用比固体材料好

与右下角的聚合物参考立方体相比，莱斯大学创建的类似管状的聚合物结构能够更好地处理子弹的撞击。子弹大约停在微管结构的第二层，在该层之外没有发现明显的结构损坏。以相同速度发射的子弹在整个参考立方体上发出裂缝。

带有孔的轻质材料几乎与钻石一样坚硬。高速子弹留下的仅有的凹痕证明了这一点。

赖斯大学布朗工程学院的研究人员及其同事正在测试基于微管的聚合物，这种微管是预计具有非凡强度的交联碳纳米管的理论结构。

他们以每秒5.8公里（约21,000公里/小时或约13,000英里/小时）的速度将弹丸发射成带图案的实心立方体，结果令人印象深刻。对于有图案的立方体，子弹卡在结构的第二层中，而在实心块中，裂缝则通过整个结构传播。

赖斯（Rice）材料科学家Pulickel Ajayan实验室发现，微管可以被模拟为放大的3D打印聚合物块，事实证明，与没有孔的相同材料相比，微管在偏转弹丸方面更胜一筹。这些块还高度可压缩而不会破裂。

正如Small所详述的那样，这一发现可能导致具有可调机械性能的任何尺寸的印刷结构。

德克萨斯大学达拉斯分校的化学家雷·鲍曼（Ray Baughman）和巴西坎皮纳斯州立大学的物理学家道格拉斯·加尔文（DouglasGalvão）都是该新论文的共同主要研究者，于1993年预测了小管烷。小管本身尚未制造，但其聚合物表亲可能是下一个最好的选择。

赖斯大学基于理论上的微管结构制成的材料比底部的聚合物参考立方体能够更好地承受子弹的撞击。子弹大约停在微管结构的第二层，在该层之外未观察到明显的结构损坏。以相同速度发射的子弹在整个参考立方体上发出裂缝。

赖斯大学的研究生和主要作者塞耶德·穆罕默德·萨亚迪（Seyed Mohammad Sajadi）及其同事对各种微晶石块进行了计算机模拟，将设计打印为大分子聚合物，并使其经受压碎力和加速子弹的作用。事实证明，最好的方法在阻止子弹上要比相同材料的固体块好10倍。

赖斯小组以每秒5.8公里的速度将弹丸发射成带图案的实心立方体。Sajadi说结果令人印象深刻。他说：“子弹卡在结构的第二层。”“但是，在实体块中，裂纹在整个结构中传播。”

萨亚迪说，在实验室压机上进行的测试表明，多孔聚合物晶格如何使微晶石嵌段自身塌陷而不会破裂。

两年前，当Ajayan小组将schwarzite的理论模型转换为3D打印的块时，他们做出了类似的结构。Sajadi说，但是这项新工作是朝着材料科学家认为的圣杯迈出的一步。

他说：“有很多理论体系人们无法综合。”“他们仍然不切实际且难以捉摸。但是对于3D打印，我们仍然可以利用预测的机械性能，因为它们是拓扑的结果，而不是尺寸的结果。”

赖斯大学的研究生赛义德·穆罕默德·萨哈迪（Seyed Mohammad Sajadi）和他的同事们建立了微管烷烃嵌段的计算机模拟，将设计打印为大分子聚合物，并使它们承受压碎力和加速子弹的作用。

Sajadi说，金属，陶瓷和聚合物的类似管状的结构仅受打印机尺寸的限制。他说，优化晶格设计可以为民用，航空，汽车，体育，包装和生物医学应用提供更好的材料。

赖斯校友，项目共同负责人，现为印度卡拉格普尔印度理工学院助理教授的赖斯校友钱德拉·塞卡尔·蒂瓦里说：“这种结构的独特特性来自于复杂的拓扑结构，而拓扑结构与规模无关。”“拓扑控制的增强或改善的承重能力对于其他结构设计也可能是有用的。”

根据这项研究的赞助者，美国石油公司阿美公司的彼得·布尔和卡尔·塞姆利兹的合著者说，潜在的应用跨越了许多行业，但是石油和天然气将发现管状的管状结构特别有用，因为它是用于建造井眼的坚韧耐用的材料。这样的材料必须承受冲击力，尤其是在水力压裂中，这种冲击力可能会使标准水泥碎石化。

布尔说：“这些3D打印结构的抗冲击性使其成为同类产品。”

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参考：Seyed Mohammad Sajadi，Cristiano F. Woellner，Prathyush Ramesh，Shannon L. Eichmann，Qiushi Sun，Peter J. Boul，Carl J. Thaemlitz，Muhammad M. Rahman，Ray H.撰写的“作为轻型超高速抗冲击结构的3D打印的管状微管”。鲍曼，道格拉斯·S·加尔旺（DouglasS.Galvão），钱德拉·塞卡·蒂瓦里（Chandra Sekhar Tiwary）和普利克尔·M·阿贾扬（Pulickel M.Ajayan），2019年11月11日，小。
10.1002 / smll.201904747

合著者是研究生Prathyush Ramesh和赖斯研究科学家Muhammad Rahman；赖斯校友克里斯蒂亚诺·沃尔纳（Cristiano Woellner），巴西巴拉那联邦大学助理教授；休斯敦Aramco研究中心的水稻校友Shannon Eichmann和QiushiSun。阿贾扬（Ajayan）是赖斯（Rice）材料科学与纳米工程系的主席，本杰明（Benjamin M.）和玛丽·格林伍德（Mary Greenwood Anderson）的工程学教授以及化学教授。

巴西国家科学技术发展委员会和圣保罗研究基金会也支持该研究。