Triển vọng sản xuất các loại áo chống đạn siêu nhẹ

Một nhóm nghiên cứu thuộc Trường đại học South California, do tiến sĩ Xiaodong Li đứng đầu, vừa tạo ra vật liệu boron carbide siêu cứng nhưng có trọng lượng rất nhẹ. Thành tựu này mở ra triển vọng sản xuất những loại áo chống đạn nhẹ hơn, linh hoạt hơn, phù hợp cho cảnh sát và binh lính trong nhiều tình huống làm nhiệm vụ. Nếu được phát triển thành sản phẩm thực tế, vật liệu mới có thể giúp người mặc bảo vệ cơ thể mà vẫn di chuyển thuận tiện hơn so với áo giáp truyền thống. Boron carbide hình thành từ sự kết hợp giữa carbon, ký hiệu C, và boron, ký hiệu Bo, hai nguyên tố tạo nên một cấu trúc có độ cứng đặc biệt cao. Các loại vật liệu dùng chế tạo áo giáp hiện nay thường khá nặng, khiến người sử dụng nhanh mệt mỏi, khó xoay trở và hạn chế khả năng hành động. Vì vậy, mục tiêu của nhóm Xiaodong Li không chỉ là duy trì khả năng chống đạn, mà còn giảm trọng lượng, tăng độ dai và cải thiện tính linh hoạt. Trên thực tế, boron carbide không phải vật liệu hoàn toàn xa lạ trong lĩnh vực bảo vệ quân sự, bởi nó đã được sử dụng để chế tạo vỏ xe tăng. Tuy nhiên, việc đưa vật liệu cứng này vào những sản phẩm cần mềm dẻo, nhẹ và dễ mặc vẫn là một bài toán khó đối với các nhà nghiên cứu. Nhóm của tiến sĩ Xiaodong Li tìm cách giải quyết vấn đề bằng phương pháp kết hợp hoàn toàn mới giữa boron carbide và những sợi bông thông thường. Boron là nguyên tố có độ cứng lớn thứ ba trên Trái Đất, chỉ đứng sau kim cương và một dạng vật liệu khác cũng được chế tạo từ boron. Trái ngược với boron, sợi bông mềm, thoáng khí, dễ kiếm và có giá thành thấp, nên phù hợp làm nền cho quá trình tạo vật liệu mới. Sự kết hợp giữa một thành phần cứng cùng một thành phần mềm giúp nhóm nghiên cứu hướng tới cấu trúc vừa bền chắc, vừa có khả năng uốn linh hoạt. Quy trình chế tạo bắt đầu bằng việc các nhà nghiên cứu chuẩn bị những dải vải bông nhỏ, sau đó ngâm chúng trong dung dịch boron khoảng một giờ. Khi thời gian ngâm kết thúc, các dải vải được lấy ra khỏi dung dịch và chuyển sang một môi trường nhiệt độ cao để tiếp tục xử lý. Bước gia nhiệt này kéo dài thêm một giờ, với nhiệt độ vượt mức 1.000 độ C, tạo điều kiện cho những thành phần cần thiết phản ứng ngay trong cấu trúc vải. Trong môi trường nhiệt độ cực cao, carbon trong sợi bông kết hợp với boron, từ đó tạo thành boron carbide ngay bên trong những dải vải ban đầu. Cách hình thành tại chỗ này giúp vật liệu mới giữ được nền sợi, thay vì chỉ tạo ra một khối cứng riêng biệt, khó sử dụng trong trang phục. Kết quả thu được là chất liệu nhẹ hơn, dai hơn, cứng hơn và linh hoạt hơn so với chất liệu ban đầu, theo kết quả được nêu trong nghiên cứu. Những đặc tính đó khiến vật liệu mới có triển vọng ứng dụng trước hết trong các loại áo chống đạn dành cho lực lượng cảnh sát và binh lính. Ngoài khả năng chống đạn, vật liệu còn có thể ngăn chặn tia tử ngoại từ Mặt Trời và chất phóng xạ, mở rộng phạm vi bảo vệ cho người sử dụng. Tuy vậy, thông tin nguồn chỉ cho biết triển vọng ứng dụng, chưa khẳng định sản phẩm thương mại đã được chế tạo hoặc đưa vào sử dụng rộng rãi. Khả năng ứng dụng của boron carbide kết hợp sợi bông không dừng ở áo giáp, bởi vật liệu này còn được đề xuất dùng làm vỏ máy bay, vỏ ôtô và các loại động cơ phương tiện vận chuyển. Trọng lượng phương tiện càng giảm, mức tiêu thụ nhiên liệu càng thấp, đồng thời khả năng di chuyển cũng được cải thiện đáng kể. Từ những dải vải bông được xử lý trong dung dịch boron, nghiên cứu của Xiaodong Li vì thế gợi mở hướng phát triển vật liệu nhẹ, bền và đa năng cho tương lai.