新式“盾牌”：刀枪不入

沐阳

自从人类进入火枪时代之后，武器就越来越先进，枪械、子弹日益“锋利”，冷兵器时代的盾牌早已无法胜任保护之职。那么，新式“盾牌”又会怎样重振保护职责？

得益于新材料

新式盾牌主要指防弹衣，人们像穿马甲一样将其穿在身上，护住胸腹等要害部位。这完全得益于50多年前的一项重大发明。

当时，美国杜邦公司的化学家克沃勒克，发明了具有划时代意义的新材料。它的质地轻而柔韧，但它异常坚固。在同等的重量下，它比钢铁还要坚固5倍。这种特性使它非常结实，能挡刀剑劈刺，还能挡子弹，足以堪称新式盾牌之冠。

它就是聚对苯二甲酰对苯二胺，实际上就是一种塑料。当然，它还有一个大名鼎鼎、更通俗的名字：凯夫拉尔纤维。凯夫拉尔纤维发明后，被广泛应用于防弹背心、士兵头盔等各种军事装备，还用在了国际空间站的防护层上。

凯夫拉尔纤维是一种高分子聚合物，成就它的正是其独特的分子结构。一般的聚合物分子链是随机排列的，就好比一团绳子很容易被拉开。而凯夫拉尔纤维的分子链则是有序排列的，好比一团理顺了的绳子，一根根排列在一起，既能产生很高的强度，又不会轻易断裂。

强力拦阻

这种特性，使凯夫拉尔纤维坚固而轻盈，成为制作防弹衣的最佳材料。其制作工序精密复杂：首先，要用纤维来纺制，像织布那样把纤维纺成纱线或者织成织品;接着，需要对多层纺织品进行树脂热压，从而制成能挡子弹的复合材料。如果想提高挡子弹的威力，就要用更好的纱线，并将其织成更紧凑、更致密的纺织品。

子弹在击中复合材料时，会带来强大的冲击力，它必须破除一重又一重阻隔，才能最终射入目标。被子弹击中后，首先复合材料各层开始分离，接着纺织品最表面一层的纤维断裂，然后下一层的纤维断裂……这些都会大量消耗子弹的冲击力，使其不断减速，直到完全停止。

另外，考虑到高速穿甲弹，还要把碳化硅或氧化铝制成的硬质陶瓷板嵌入防弹背心里，遮挡重要器官。在凯夫拉尔纤维减缓冲击力的同时，陶瓷板可以阻挡弹头的穿刺力。当然，由于陶瓷材料过于沉重僵硬，人们不可能用它遮挡整个身体。

第三硬的黑钻石

50多年来，由凯夫拉尔纤维制成的防弹衣，无论是在战场上，还是在打击犯罪时，都立下了卓越功勋。当枪械和子弹随技术发展而日益改进时，防弹衣也在不断改良，科学家也一直在寻找凯夫拉尔纤维的升级品。

首先映入眼帘的就是黑钻石，又称黑金刚石、碳化硼，其硬度在地球上可排第三，仅次于金刚石和氮化硼。因此，它很可能是未来阻挡穿甲弹的陶瓷材料。

然而目前的困难在于，黑钻石的价格居高不下，其开采制造成本太高。但是英国伯明翰大学的科学家所研发的技术，可以降低成本。传统方法是先把黑钻石原材料加热到2500℃，再花几个星期来打磨，制成铸块（2.5m×1.5m），最后磨成粉末。伯明翰大学研发了一种特殊溶液，加热温度不超过1500℃，就能把原材料溶解在溶液里得到一种新材料，再进行加热就会產生所需要的粉末。

这种工艺对温度的要求低，大大降低了生产成本。目前已分别得到美国和英国军方的资助，用于研发其在弹道材料上的应用。

源自帽贝的针铁矿

人类的很多科技发明都师从大自然，防弹衣也不例外。英国朴次茅斯大学的研究人员在帽贝身上发现了一种极其坚固的材料——针铁矿。

帽贝是一种海产贝类，多附着在海边岩石上。它用其细小的牙齿来刮擦岩石表面，以采食上面的海藻。有时，它们的牙齿在刮擦岩石时还会产生刺耳的响声。正是由于含有针铁矿，它们的牙齿才异常坚固。针铁矿的纤维结构，刚好也适合制作既柔韧又坚固的防弹衣。

源自螳螂虾的羟基磷灰石晶体

雀螳螂虾那强有力的锤状爪引起了科学家的兴趣。狩猎时，它会将爪子以极快的速度砸向猎物，相当于5.6毫米口径的子弹射出的速度。高速带来了巨大的撞击力，会使猎物遭到毁灭性的打击。根据力的作用原理，它的爪子会承受同等的撞击力，却安然无恙。

这主要是因为它的爪子是由一种极其坚硬的材料生成的，坚硬程度类似于碳化硅（金刚砂）。它的爪子前面有一片冲击区域，由精确排列的羟基磷灰石晶体生成。冲击区后面是一层层的螺旋，起到了很好的减震作用。每一层螺旋都与相邻的下一层形成稍微不同的夹角，这种螺旋结构可以防止裂痕的扩展。

它最大的优点，就是可以在常温下生成，不需要像传统工业生产那样煅烧至高温才能发生反应。这项研究已得到美国国防部的大力资助。

如火如荼的研究

除此之外，还有许多关于防弹衣新型材料的研究，很多都是基于大自然的产物。比如蜘蛛丝、石墨烯、纳米纤维素，甚至还有盲鳗产生的软胶黏液。

其中，超高分子聚乙烯最受关注，它类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杂乱的方式排列的，但超高分子聚乙烯的排列则是整齐的，因为它的纤维从凝胶中纺成，再拉伸对齐。用这种方式制造的纤维材料，在同等的质量下，强度是钢强度的8倍～15倍。但是，它有一个需要克服的缺点，即在130℃以上温度时很容易破裂。英国帝国理工学院有一间专门研究防弹衣的实验室，对超高分子聚乙烯的研究已取得一定成果。

这些研究在美国和英国军方的资助下，正如火如荼地进行着，其显著的特点是，它们所建立的各种弹道材料的计算机模型，都是在原子水平上建立的，包括各种聚合物、金属、陶瓷等。

未来的防弹衣必会大放异彩。从生命的意义上讲，盾对矛的反击会始终处于上风。