Проведенные недавно исследователями испытания показали, что 

материал, состоящий из множества слоев графена, может поглотить и рассеять такие ударные воздействия, которые без труда пробьют листы броневой стали гораздо большей толщины. Использованные исследователями многослойные графеновые листы продемонстрировали, что этот материал в два раза прочней, нежели кевлар, материал, используемый в большинстве современных средств защиты, а малый вес графенового материала делает его идеальным кандидатом на материал для легких бронежилетов, предназначенных для использования служащими полиции и военными.

Напомним нашим читателям, что графен - это форма углерода, сотовидная кристаллическая решетка которого имеет толщину в один атом. Этот материал обладает высокой тепло- и электропроводностью, ему пророчат большое будущее в области электроники и вычислительной техники. Но, кроме этого, графен обладает невероятной механической прочностью относительно своего малого веса, что делает его кандидатом на материал для изготовления средств защиты.

Однако, испытание прочностных характеристик графена, на который должны оказываться ударные воздействия, является достаточно сложным занятием. Из-за малой толщины материала его очень тяжело надежно зафиксировать, а при достаточно сильном ударном воздействии материал полностьюразрушается. Все использованные ранее методы, пусть и показали высокую прочность графена, но они не смогли дать исследователям в руки точные значения искомых показателей этого материала.



Джэ-Хуань Ли (Jae-Hwang Lee), ученый из Массачусетского университета в Амхерсте (University of Massachusetts-Amherst), совместно с его коллегами придумал способ провести достоверные испытания механических свойств графена. Они разработали новый тип баллистического теста, реализованный на микро-уровне. При помощи лазерного импульса осуществляется быстрый разогрев золотых нитей, которые испаряются и действуют как порох, толкая стеклянную "пулю". Эта миниатюрная пуля, летящая со скоростью около 300 метров в секунду, что в два-три раза ниже скорости вылета пули из ствола винтовки M16, попадает в материал, состоящий из 10-100 слоев графена.

Графен рассеивает кинетическую энергию, растягиваясь в виде конуса в точке воздействия пули. При достижении деформации сверх определенного уровня, материал трескается, при этом трещины направлены радиально, расходясь в стороны от точки воздействия. Но эти трещины образуются лишь при малых количествах слоев графена, при их увеличении материал выдерживает воздействие без разрушения, успешно противодействуя кинетической энергии удара в 10 раз большей, чем может выдержать высококачественная сталь такой же толщины. Кроме этого, при использовании специальной структуры расположения графеновых слоев, прочность материала можно повысить на существенную величину.

В заключение следует отметить, что различные ученые уже неоднократно пытались использовать графен в качестве материала для средств защиты. Но до последнего времени лишь группе Джэ-Хуаня Ли удалось выяснить как именно графен поглощает кинетическую энергию и какие явления при этом происходят. Массачусетские исследователи отмечают то, что звуковые ударные волны проходят через графен в три раза быстрее, чем они распространяются через сталь, и, благодаря этому, графен сможет останавливать пули гораздо эффективней, нежели другие подобные материалы.

Поддержание прохлады в больших зданиях в жаркое время года является достаточно сложной инженерной задачей. Традиционные технологии кондиционирования воздуха дороги сами по себе и потребляют весьма большое количество энергии, к примеру, в США в жаркое время на долю потребления кондиционеров приходится до 15 процентов от потребляемой энергии во всей стране. Однако, группа ученых и инженеров их Стэндфордского университета нашла путь сокращения затрат на кондиционирование помещений. Они разработали специализированное зеркальное покрытие, многослойны нанофотонный материал, которые не только отражает потоки тепла от стен и крыш зданий, он также направляет поток тепла извне здания наружу, охлаждая таким образом внутренности здания.

Физически тепло переносится тремя различными способами. Первый способ - это прямой перенос тепла, это то, что чувствуют ваши пальцы, коснувшись горячего предмета. Вторым способом переноса тепла является конвекционный способ, примером этому является горячее "дыхание" потока воздуха из открытой на время разогретой духовки. И третьим способом является радиационный способ, перенос тепла при помощи лучей инфракрасного света, который позволяет вам чувствовать приближение к открытому огню или той же разогретой духовке.

Покрытие, разработанное группой, возглавляемой профессором Шэнхуи Фэном (Shanhui Fan), работает с инфракрасным тепловым излучением, прибывающим из космоса вместе с лучами Солнца. Это покрытие выступает в роли своеобразного теплового диода, отражая внешние тепловые потоки и практически беспрепятственно пропуская тепло извне наружу здания.

Технология охлаждения, использующая возможности подобных покрытий, называется фотонно-излучающим охлаждением. В качестве покрытия используется комбинация слоев из диоксида кремния (SiO2) и окиси гафния (HfO2), нанесенных на тонкий слой серебра. Вся структура покрытия состоит из семи слоев, суммарная толщина которых равна 1.8 микрона, что гораздо тоньше самой тонкой алюминиевой фольги, используемой в бытовых целях. Многослойный материал представляет собой сложный материал, метаматериал, который с одной стороны эффективно отражает солнечные и инфракрасные лучи, пропуская беспрепятственно инфракрасные лучи с обратной стороны.

Тесты, проведенные стэнфордскими учеными, показали, что покрытие из метаматериала эффективно отражает до 97 процентов падающего на него солнечного света. Это зеркало, работающее совместно с технологией фотонно-излучающего охлаждения, позволяет снизит температуру с обратной его стороны на 5 градусов по сравнению с температурой окружающего воздуха. 

Несмотря на то, что технология такого охлаждения является весьма и весьма многообещающей, до ее практического использования потребуется решить ряд других задач. Во-первых, должен быть разработан механизм, который обеспечивает перенос тепла из внутренностей здания к его внешнему "зеркальному" покрытию. Во-вторых, ученым удалось изготовить опытные образцы многослойного покрытия, размер которых не превышает размера средней пиццы, однако, для возможности практического применения, такое покрытие потребуется производить рулонными нормами, соблюдая небольшую себестоимость конечной продукции.

Но если ученым удастся найти заинтересованных потенциальных инвесторов и продолжить свои исследования, то в результате у людей может появиться новая строительная технология, которая позволит существенно сократить затраты энергии на кондиционирование зданий, а значит, и сделать наш мир еще немного более чистым, уменьшив количество сжигаемого ископаемого топлива.