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美軍的新型軍備材料

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新型材料一直是各國軍隊研發團隊重點著力的領域,近期,為更好地野戰部隊作戰需要,美軍研發團隊開始啟動兩項新的研究項目。


1、保暖電加熱織物



美國陸軍納蒂克士兵研究開發和工程中心正在為美國士兵研發新型高科技面料,可用於製作手套和其他軍用服裝。該面料含有可通電加熱的銀納米線和可吸汗的水凝膠層,為美軍提供溫暖、乾燥的穿戴體驗。

在北極等極寒條件下,保持士兵著裝的溫暖和乾燥,是作戰的先決條件。斯特福德大學和美國陸軍納蒂克士兵研究開發和工程中心的科學家正致力於研究通電後可以發熱,同時具備吸汗特性的面料,這種面料將用於製作美軍軍用服裝。


根據內蒂克的Paola D"Angelo的說法,美國陸軍經常要面對一個痛苦的問題,因為美軍使用的防寒手套是在30年前設計的,保暖性能較差,士兵經常出現手部冰冷,麻木的現象,鞋類也是如此。防寒裝備一般都面臨這樣的挑戰:如何在寒冷的環境中保持溫暖,又不會過熱讓士兵們出汗。保持乾燥的問題尤其重要,因為在零度以下的環境中穿著汗濕的衣物,對士兵們來說可能是致命的。


為了解決這個問題,美國陸軍資助的基礎研究項目正在研發新型面料。設計思路主要是在面料中加入非常精細的銀納米線,如滌綸和棉/尼龍混紡,通過向1×1英寸(2.5×2.5cm)大小的測試樣品通電,可以在一分鐘內將樣品的溫度升高100°F(56℃)。


該項目最終的目標是製造一種可水洗,並可以通過簡單地撥動電壓來調節溫度的織物。這不僅可以提高織物的保暖性,保持織物乾燥,還可以使服裝更輕。為了進一步減輕織物重量,研究人員同時也在研究替代電源。


這種新型織物還包括一層由聚乙二醇或聚(N-異丙基丙烯醯胺)組成的水凝膠顆粒。這種水凝膠可以吸收水分並防止水分從一層織物遷移到另一層織物,使穿戴體驗更乾燥,更舒適。使用完畢後,士兵們只需將衣物懸掛在乾燥處即可讓汗水自然蒸發。

雖然銀納米線能夠重複水洗,但研發團隊仍需測試水凝膠層的耐久性及其與納米線的兼容性。在電加熱手套項目研發成功後,該織物將被繼續使用於其它軍用衣物。


2、可以用來充電的粉末



美國陸軍研究實驗室已經開發出一種鋁基粉末,可以通過水解機制,為電子設備充電


在今天的美國野戰部隊,一個步兵在野外作業時需要隨身攜帶數千克的電子設備,並同時背負電池為電子設備提供電力,這一現狀為行軍帶來較大困難。美國陸軍曾試圖通過士兵的行走產生的動能為電子設備充電,然而近期的一項新的發現,可能給充電問題帶來新的解決方案。日前,美國陸軍研究實驗室已經發現一種鋁基粉末,當其放入水中時會產生驚人的能量。

已知鋁以水解的方式生產氫,但這個反應通常需要熱,酸,電或其他催化劑。當研究人員將一種納米級鋁基粉末與水混合時,他們有了意外的發現:混合物產生了氣體,這意味著這種新的納米材料可以快速、自發地發生水解反應,不需要催化。


「在實驗中,這種材料的水解並不需要催化劑,」美軍研究團隊的物理學家Anit Giri說。「而且,反應速度非常快。例如,一公斤(2.2磅)鋁粉在短短三分鐘內就能產生220千瓦的功率。這對於任何電子設備來說都是很大的功率。



為了測試材料,該團隊使用反應產生的氫氣為無線電控制坦克模型提供動力

美軍研究人員表示,這種粉末最終可以用於無人3D印表機和機器人,它們可以通過溶解部分結構來為電池充電。完成任務後,他們也就可以有效實現自我消融。這個想法可能需要漫長的時間來落地,但在不遠的將來,美國野戰部隊將很快實現人類士兵通過攜帶這種粉末,在野外作業中為攜帶的電子設備進行充電。


「這些野戰部隊的持續作業時間通常比較短,大約為期三至五天,這其中制約的因素有很多,不僅是食品的儲備量,還有他們的電子設備續航時間以及目前攜帶鋰電池的電量儲備,」美軍研究團隊物理學家Anit Giri說。「如果我們可以減輕電池重量,也就可以延長野戰部隊持續作業的時間。」


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