碳纤维复合材料（CFRP）的应用（VIII）——头盔防弹衣篇
F-35飞行头盔主体全部使用高性能碳纤维复合材料，先进的头盔显示系统为飞行员提供了前所未有的态势感知能力。所有飞行员需要的信息如空速、航向、高度、目标信息和雷达警告均投射在头盔的面罩上。远比传统抬头显示器先进的头盔使飞行员能够更好的发挥战力。 
科学家们经多年努力，研制出了碳纤维复合材料防弹头盔，其性能明显优于同等重量的芳纶头盔。在采用T300级碳纤维材质，头盔仅重1.2公斤的情况下，可有效防止54式手枪连续发射5发子弹的侵彻。在采用T800至T1000级碳纤维材质，头盔重1.8公斤的情况下，可有效防住79微型冲锋枪、AK47、56半动步枪等不同枪型发射的制式子弹的侵彻。同时还开发出了碳纤维复合材料防弹胸插板，在重量减轻20%的情况下，可有效防止AK47步枪连续发射5发56式步枪子弹的侵彻，以及85式狙击步枪发射53式制式子弹的侵彻。同时，其寿命延长到10年以上，至少为芳纶防弹头盔的一倍。 UWM由澳大利亚Chiron Global公司开发，该公司召集了一群经验丰富的工程、技术和产品设计人员，最终设计和打造了这款智能盔甲。 UWM智能盔甲的主体部分是一件由高强度碳纤维复合材料打造的胸甲，这件盔甲被设计成可以抵抗真实武器的高冲击力攻击。除了能最大程度地保护穿戴盔甲的选手之外，这件胸甲还配备了定制感应器系统，能够感应到接受到攻击的具体部位和强度。
Team Wendy美国俄亥俄州克利夫兰的护具制造商,它生产头盔被部分现役美军特种部队采用。Team Wendy 的"EXFIL" 战术头盔的盔体采用高强度碳纤维复合材料材质，重量轻、强度高、耐磨性强且内衬部分采用了全新设计。内衬由TPU（热塑性聚氨酯弹性体橡胶）材料制成，采用了一系列获得专利的热塑性聚氨酯（TPU）结构，对冲击防护进行了优化，能够充分分散外部冲击力。TPU 内衬可抵抗磨损和极端环境，透气性好。 在现代化单兵作战过程中，防弹衣是一种很好的保护措施。当前新型防弹衣由软质防弹背心与硬质防弹插板两部分组成，其中软质防弹背心由高强度纤维织物制成，而硬质防弹插板由防弹陶瓷片和纤维增强树脂基复合材料背板构成。这种防弹衣的防弹能力强，二次伤害小，舒适轻便，可根据任务强度灵活选择配置，综合性能明显优于钢制防弹衣。 凯夫拉是一种具有超高强度、超高模量、耐高温的合成纤维。这种高性能纤维的出现使柔软的纺织物防弹衣性能大为提高，同时也在很大程度上改善了防弹衣的舒适性。相比尼龙和玻璃纤维防弹衣，重量减轻50%；在单位面积质量相同的情况下，其防护力至少可增加1倍，并且具有很好的柔韧性。 超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）是由相对分子质量在100万到500万的聚乙烯纺成的纤维，是目前世界上强度最高与比重最轻的纤维，其强度比钢丝高15倍，但是很轻，最多可比芳纶等材料轻40%。 在国防军需装备方面，由于该纤维的耐冲击性能好，比能量吸收大，在军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹材料，如直升飞机、坦克和舰船的装甲防护板、雷达的防护外壳罩、导弹罩、防弹衣、防刺衣、盾牌、降落伞等，其中以防弹衣的应用最为引人注目。 碳纤维复合材料（CFRP）的应用（VIIII）——电池篇查尔默斯理工大学的研究人员已经生产出一种结构电池，其性能比以前的所有版本都要好十倍。它将碳纤维用于电极、导体和承重材料。他们的最新研究突破为在车辆和其他技术中实现 “无质量”的能量存储铺平了道路。
在新能源汽车中，电池部分占据了车辆重量的很大一部分，但却没有实现任何承重功能。另一方面，结构电池既可以作为电源，也可以作为结构的一部分——例如，在车身中。这被称为“无质量”能量存储，因为本质上，当电池成为承载结构的一部分时，电池的重量就会消失。计算表明，这种多功能电池可以大大减轻电动汽车的重量。图1 结构电池的用途
查尔默斯理工大学的研究人员已经从事结构电池方面开发多年，包括以前发现的涉及某些类型的碳纤维。除了坚硬和坚固，它们还具有良好的化学储存电能的能力。这项工作被《物理世界》评为2018年十大科学突破之一。早在2007年就首次尝试制造结构电池，但迄今为止，很难制造出兼具良好电气和机械性能的电池。查尔默斯理工大学的研究人员与斯德哥尔摩的KTH皇家技术研究所合作，推出了一种结构电池，其性能在电能存储、刚度和强度方面远远超过了目前所见的任何性能。它的多功能性能比以前的结构电池原型高十倍。KTH开发了电池电解液。该项目涉及五个不同学科的研究人员：材料力学、材料工程、轻量化结构、应用电化学以及纤维和聚合物技术。结构电池使用碳纤维作为负极，磷酸铁锂涂层铝箔作为正极。碳纤维充当锂的宿主，从而储存能量。由于碳纤维也传导电子，因此也避免了对铜和银导体的需求，从而进一步减轻了重量。碳纤维和铝箔都有助于结构电池的机械性能。两种电极材料通过结构电解质基质中的玻璃纤维织物保持分离。电解质的任务是在电池的两个电极之间传输锂离子，但也在碳纤维和其他部件之间传递机械负载。该电池的能量密度为24Wh/kg，与目前可用的锂离子电池相比，其容量约为20%。但是，由于车辆的重量可以大大减轻，例如，驾驶电动汽车所需的能量将减少，而较低的能量密度也会提高安全性。结构电池具有25GPa的刚度，可以与许多其他常用的建筑材料相媲美。“先前制造结构电池的尝试已经制作了具有良好机械性能或良好电性能的电池。但在这里，使用碳纤维，我们成功地设计出了一种具有竞争力的储能能力和刚性的结构电池。” 查尔默斯理工大学教授、该项目负责人Leif Asp说。超轻电动自行车和消费电子产品可能很快成为现实。新电池的负极由碳纤维制成，正极由磷酸铁锂涂层铝箔制成，它们由电解质基质中的玻璃纤维织物隔开。尽管他们成功地制造出了比以往所有电池好十倍的结构电池，但研究人员希望进一步调查和了解材料结构和隔板厚度的影响。图2 新型结构电池
现在，由瑞典国家航天局资助的一个新项目正在进行中，结构电池的性能将进一步提高。铝箔将被碳纤维取代，作为正极的承重材料，从而提高了刚度和能量密度。玻璃纤维隔板将替换为超薄型隔板，这将产生更大的效果——以及更快的充电周期。新项目预计在两年内完成。这种电池的能量密度可达75Wh/kg，硬度可达75GPa。这将使电池与铝一样坚固，但重量相对较轻。项目负责人莱夫·阿斯普说：“下一代结构电池具有巨大的潜力。如果你看看消费技术，在几年内制造重量只有现在一半、体积更紧凑的智能手机、笔记本电脑或电动自行车是很有可能的。”从长远来看，电动汽车、电动飞机和卫星将采用结构电池进行设计和供电，这是完全可以想象的。莱夫·阿斯普说：“我们真的只受想象力的限制。我们在该领域发表科学文章时受到了许多不同类型公司的关注。人们对这些轻质、多功能材料的极大兴趣是可以理解的。”图3 新型结构电池的制作过程
