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经受超音速撞击的蛋白质材料问世
加入时间:2022-12-20    来源:科技日报

  英国肯特大学团队创造了一种新的减震材料并获得了专利,这种材料可彻底改变国防和行星科学领域。这种新型的基于蛋白质的材料家族被命名为踝蛋白冲击吸收材料(TSAM),代表了已知的第一个能够吸收超音速射弹冲击力的合成生物学材料,为开发下一代防弹装甲和弹丸捕获材料打开了大门,从而能够研究太空和高层大气中的超高速撞击。该研究发表在最近的bioRxiv预印本网站上。
  
  研究人员解释说,对细胞天然减震器踝蛋白(Talin)的研究表明,该分子包含一系列二元开关结构域,这些结构域在张力下打开,并在张力下降后再次折叠。这种对力的反应使踝蛋白具有分子减震特性,保护人体细胞免受较大力量的影响。将踝蛋白聚合成TSAM时,踝蛋白单体的减震特性赋予了材料令人难以置信的性能。
  
  研究团队展示了TSAM的实际应用,这种水凝胶材料经受住了1.5公里/秒的超音速撞击,这要比太空粒子撞击自然和人造物体的速度(通常大于1公里/秒)以及枪口速度(通常在0.4—1.0公里/秒间)都要快。该团队还发现TSAM不仅可吸收玄武岩颗粒(直径约60微米)和较大的铝弹片的冲击,还可在冲击后保存这些颗粒和碎片。
  
  目前的防弹衣通常由陶瓷面和纤维增强复合材料组成,这种材料既笨重又不方便。虽然这种装甲可有效阻挡子弹和弹片,但无法阻挡可能导致装甲后方钝伤的动能。此外,这种形式的装甲在撞击后通常会受到不可逆转的损坏,因为结构完整性受损会阻止进一步使用。
  
  如果将TSAM结合到新的装甲设计中,或可成为这些传统技术的替代品,提供更轻、更耐用的装甲,保护穿戴者免受更广泛的伤害,包括由冲击引起的损害。
  
  TSAM在撞击后捕获和保存射弹的能力也使其适用于航空航天领域,该领域需要能量耗散材料来有效收集空间碎片、空间尘埃和微流星体以供进一步研究。捕获的射弹有助于设计航空航天设备,提高宇航员的安全性和昂贵的航空航天设备的使用寿命。
  
  先进材料的研发本身属于高科技,与此同时,它们对诸多高科技领域发展有着极其重要的支撑作用。比如,可拉伸、自修复、可生物降解的半导体材料能够用于研制柔性电子器件,大大弥补硬质电子器件之不足;再比如,有“人造太阳”之称的核聚变实验装置,其偏滤器不断承受最为严酷的高温和粒子流的冲击,钨铜复合材料成为制造这种器件的理想选择。数不胜数的例子告诉我们,实现高水平科技自立自强,必须重视材料技术的发展,实现“材料强国”是迈向科技强国的必经之路。
(责任编辑:李婷)
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