沐陽

自從人類進(jìn)入火槍時代之后，武器就越來越先進(jìn)，槍械、子彈日益“鋒利”，冷兵器時代的盾牌早已無法勝任保護(hù)之職。那么，新式“盾牌”又會怎樣重振保護(hù)職責(zé)？

得益于新材料

新式盾牌主要指防彈衣，人們像穿馬甲一樣將其穿在身上，護(hù)住胸腹等要害部位。這完全得益于50多年前的一項(xiàng)重大發(fā)明。

當(dāng)時，美國杜邦公司的化學(xué)家克沃勒克，發(fā)明了具有劃時代意義的新材料。它的質(zhì)地輕而柔韌，但它異常堅(jiān)固。在同等的重量下，它比鋼鐵還要堅(jiān)固5倍。這種特性使它非常結(jié)實(shí)，能擋刀劍劈刺，還能擋子彈，足以堪稱新式盾牌之冠。

它就是聚對苯二甲酰對苯二胺，實(shí)際上就是一種塑料。當(dāng)然，它還有一個大名鼎鼎、更通俗的名字：凱夫拉爾纖維。凱夫拉爾纖維發(fā)明后，被廣泛應(yīng)用于防彈背心、士兵頭盔等各種軍事裝備，還用在了國際空間站的防護(hù)層上。

凱夫拉爾纖維是一種高分子聚合物，成就它的正是其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)。一般的聚合物分子鏈?zhǔn)请S機(jī)排列的，就好比一團(tuán)繩子很容易被拉開。而凱夫拉爾纖維的分子鏈則是有序排列的，好比一團(tuán)理順了的繩子，一根根排列在一起，既能產(chǎn)生很高的強(qiáng)度，又不會輕易斷裂。

強(qiáng)力攔阻

這種特性，使凱夫拉爾纖維堅(jiān)固而輕盈，成為制作防彈衣的最佳材料。其制作工序精密復(fù)雜：首先，要用纖維來紡制，像織布那樣把纖維紡成紗線或者織成織品;接著，需要對多層紡織品進(jìn)行樹脂熱壓，從而制成能擋子彈的復(fù)合材料。如果想提高擋子彈的威力，就要用更好的紗線，并將其織成更緊湊、更致密的紡織品。

子彈在擊中復(fù)合材料時，會帶來強(qiáng)大的沖擊力，它必須破除一重又一重阻隔，才能最終射入目標(biāo)。被子彈擊中后，首先復(fù)合材料各層開始分離，接著紡織品最表面一層的纖維斷裂，然后下一層的纖維斷裂……這些都會大量消耗子彈的沖擊力，使其不斷減速，直到完全停止。

另外，考慮到高速穿甲彈，還要把碳化硅或氧化鋁制成的硬質(zhì)陶瓷板嵌入防彈背心里，遮擋重要器官。在凱夫拉爾纖維減緩沖擊力的同時，陶瓷板可以阻擋彈頭的穿刺力。當(dāng)然，由于陶瓷材料過于沉重僵硬，人們不可能用它遮擋整個身體。

第三硬的黑鉆石

50多年來，由凱夫拉爾纖維制成的防彈衣，無論是在戰(zhàn)場上，還是在打擊犯罪時，都立下了卓越功勛。當(dāng)槍械和子彈隨技術(shù)發(fā)展而日益改進(jìn)時，防彈衣也在不斷改良，科學(xué)家也一直在尋找凱夫拉爾纖維的升級品。

首先映入眼簾的就是黑鉆石，又稱黑金剛石、碳化硼，其硬度在地球上可排第三，僅次于金剛石和氮化硼。因此，它很可能是未來阻擋穿甲彈的陶瓷材料。

然而目前的困難在于，黑鉆石的價格居高不下，其開采制造成本太高。但是英國伯明翰大學(xué)的科學(xué)家所研發(fā)的技術(shù)，可以降低成本。傳統(tǒng)方法是先把黑鉆石原材料加熱到2500℃，再花幾個星期來打磨，制成鑄塊（2.5m×1.5m），最后磨成粉末。伯明翰大學(xué)研發(fā)了一種特殊溶液，加熱溫度不超過1500℃，就能把原材料溶解在溶液里得到一種新材料，再進(jìn)行加熱就會產(chǎn)生所需要的粉末。

這種工藝對溫度的要求低，大大降低了生產(chǎn)成本。目前已分別得到美國和英國軍方的資助，用于研發(fā)其在彈道材料上的應(yīng)用。

源自帽貝的針鐵礦

人類的很多科技發(fā)明都師從大自然，防彈衣也不例外。英國樸次茅斯大學(xué)的研究人員在帽貝身上發(fā)現(xiàn)了一種極其堅(jiān)固的材料——針鐵礦。

帽貝是一種海產(chǎn)貝類，多附著在海邊巖石上。它用其細(xì)小的牙齒來刮擦巖石表面，以采食上面的海藻。有時，它們的牙齒在刮擦巖石時還會產(chǎn)生刺耳的響聲。正是由于含有針鐵礦，它們的牙齒才異常堅(jiān)固。針鐵礦的纖維結(jié)構(gòu)，剛好也適合制作既柔韌又堅(jiān)固的防彈衣。

源自螳螂蝦的羥基磷灰石晶體

雀螳螂蝦那強(qiáng)有力的錘狀爪引起了科學(xué)家的興趣。狩獵時，它會將爪子以極快的速度砸向獵物，相當(dāng)于5.6毫米口徑的子彈射出的速度。高速帶來了巨大的撞擊力，會使獵物遭到毀滅性的打擊。根據(jù)力的作用原理，它的爪子會承受同等的撞擊力，卻安然無恙。

這主要是因?yàn)樗淖ψ邮怯梢环N極其堅(jiān)硬的材料生成的，堅(jiān)硬程度類似于碳化硅（金剛砂）。它的爪子前面有一片沖擊區(qū)域，由精確排列的羥基磷灰石晶體生成。沖擊區(qū)后面是一層層的螺旋，起到了很好的減震作用。每一層螺旋都與相鄰的下一層形成稍微不同的夾角，這種螺旋結(jié)構(gòu)可以防止裂痕的擴(kuò)展。

它最大的優(yōu)點(diǎn)，就是可以在常溫下生成，不需要像傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)那樣煅燒至高溫才能發(fā)生反應(yīng)。這項(xiàng)研究已得到美國國防部的大力資助。

如火如荼的研究

除此之外，還有許多關(guān)于防彈衣新型材料的研究，很多都是基于大自然的產(chǎn)物。比如蜘蛛絲、石墨烯、納米纖維素，甚至還有盲鰻產(chǎn)生的軟膠黏液。

其中，超高分子聚乙烯最受關(guān)注，它類似于塑料袋中的聚合物，但又有所不同。塑料袋中的聚合物是以雜亂的方式排列的，但超高分子聚乙烯的排列則是整齊的，因?yàn)樗睦w維從凝膠中紡成，再拉伸對齊。用這種方式制造的纖維材料，在同等的質(zhì)量下，強(qiáng)度是鋼強(qiáng)度的8倍～15倍。但是，它有一個需要克服的缺點(diǎn)，即在130℃以上溫度時很容易破裂。英國帝國理工學(xué)院有一間專門研究防彈衣的實(shí)驗(yàn)室，對超高分子聚乙烯的研究已取得一定成果。

這些研究在美國和英國軍方的資助下，正如火如荼地進(jìn)行著，其顯著的特點(diǎn)是，它們所建立的各種彈道材料的計(jì)算機(jī)模型，都是在原子水平上建立的，包括各種聚合物、金屬、陶瓷等。

未來的防彈衣必會大放異彩。從生命的意義上講，盾對矛的反擊會始終處于上風(fēng)。