新式“盾牌”：刀槍不入

沐陽

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

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，護住胸腹等要害部位。這完全得益于50多年前的一項重大發明。

當時，美國杜邦公司的化學家克沃勒克，發明了具有劃時代意義的新材料。它的質地輕而柔韌，但它異常堅固。在同等的重量下，它比鋼鐵還要堅固5倍。這種特性使它非常結實，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，實際上就是一種塑料。當然，它還有一個大名鼎鼎、更通俗的名字：凱夫拉爾纖維。凱夫拉爾纖維發明后，被廣泛應用于防彈背心、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，成就它的正是其獨特的分子結構。一般的聚合物分子鏈是隨機排列的，就好比一團繩子很容易被拉開。而凱夫拉爾纖維的分子鏈則是有序排列的，好比一團理順了的繩子，一根根排列在一起，既能產生很高的強度，又不會輕易斷裂。

強力攔阻

這種特性，使凱夫拉爾纖維堅固而輕盈，成為制作防彈衣的最佳材料。其制作工序精密復雜：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行樹脂熱壓，從而制成能擋子彈的復合材料。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。

子彈在擊中復合材料時，會帶來強大的沖擊力，它必須破除一重又一重阻隔，才能最終射入目標。被子彈擊中后，首先復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，無論是在戰場上，還是在打擊犯罪時，都立下了卓越功勛。當槍械和子彈隨技術發展而日益改進時，防彈衣也在不斷改良，科學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的科學家所研發的技術，可以降低成本。傳統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。伯明翰大學研發了一種特殊溶液，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，再進行加熱就會產生所需要的粉末。

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

源自帽貝的針鐵礦

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

帽貝是一種海產貝類，多附著在海邊巖石上。它用其細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生刺耳的響聲。正是由于含有針鐵礦，它們的牙齒才異常堅固。針鐵礦的纖維結構，剛好也適合制作既柔韌又堅固的防彈衣。

源自螳螂蝦的羥基磷灰石晶體

雀螳螂蝦那強有力的錘狀爪引起了科學家的興趣。狩獵時，它會將爪子以極快的速度砸向獵物，相當于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。

這主要是因為它的爪子是由一種極其堅硬的材料生成的，堅硬程度類似于碳化硅（金剛砂）。它的爪子前面有一片沖擊區域，由精確排列的羥基磷灰石晶體生成。沖擊區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，這種螺旋結構可以防止裂痕的擴展。

它最大的優點，就是可以在常溫下生成，不需要像傳統工業生產那樣煅燒至高溫才能發生反應。這項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，還有許多關于防彈衣新型材料的研究，很多都是基于大自然的產物。比如蜘蛛絲、石墨烯、納米纖維素，甚至還有盲鰻產生的軟膠黏液。

其中，超高分子聚乙烯最受關注，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，因為它的纖維從凝膠中紡成，再拉伸對齊。用這種方式制造的纖維材料，在同等的質量下，強度是鋼強度的8倍～15倍。但是，它有一個需要克服的缺點，即在130℃以上溫度時很容易破裂。英國帝國理工學院有一間專門研究防彈衣的實驗室，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，正如火如荼地進行著，其顯著的特點是，它們所建立的各種彈道材料的計算機模型，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。