NUS研究團隊發現砂具有優異的能量吸收性能，其抵抗沖擊的能力比鋼鐵更優異，且隨著彈射速度的增加而增加。相比鋼鐵，砂更便宜、更輕、更環保，有望取代鋼鐵來增強對關鍵基礎設施以及裝甲系統的保護。

    雖然沙子長久以來被用于軍事防御，但很少有人知道其獨特的能量吸收能力。在最近的一項研究中，新加坡國立大學（NUS）工程學院的研究人員發現，沙子可以吸收對其施加的85％以上的能量，并且其抵抗沖擊的能力隨著彈射速度的增加而增加，即使在高速下也是如此。相比之下，鋼板對高速拋射的能量吸收能力較差。這個新的發現表明，沙子有望用作更便宜、更輕和更環保的替代品，從而增強對關鍵基礎設施以及裝甲系統的保護。

    NUS研究團隊由土木與環境工程系助理教授Darren Chian Siau Chen領導，他們在對硅砂塊噴射各種形狀和質量的射彈測試后，得到了這一新發現。硅砂是世界上最常見的砂種之一。

    “雖然在軍事環境中長期使用壓實砂作防御保護，但壓實砂是如何起到抵抗沖擊的效果，這種阻力又是如何隨著射彈速度和射彈形狀的變化而變化，這仍然缺乏詳細的理解。我們的研究集中在砂的能量吸收機制——也就是說，它如何抵擋彈體侵徹。我們的研究結果表明，砂是一種具有強大潛力的復合材料，可保護物體免受沖擊的，” 助理教授Chian說。

    沙吸收彈道沖擊的效果比鋼更好

    該團隊包括來自機械工程部的副教授Vincent Tan和土木與環境工程系的助理教授Anand Sarma，他們發現，當一個彈丸高速噴射到砂塊上時，砂可吸收其85%以上的能量。該團隊還發現，砂塊具有的阻力隨著彈丸速度的增加而增加。他們研究了不同形狀和質量的彈丸在寬范圍速度下發射的效果。

    沖擊還會產生極大的摩擦力，可將拋射體作用成碎片。這是由于砂粒具有壓力和摩擦，砂粒會膨脹并且阻止彈丸的繼續穿透。相反，當彈丸速度增加時，等效鋼板的能量吸收能力急劇減小，導致彈丸在沒有進一步明顯阻力的情況下通過鋼板，這也稱為流體動力效應。當彈丸速度超過彈道極限（彈丸穿透目標所需的最小速度）后，鋼的材料強度幾乎為零，表現類似于流體。

    砂的擴展應用

    目前砂廣泛應用于玻璃制造、建筑施工和土地開墾等領域，該團隊相信他們的研究結果將進一步擴大砂的應用范圍。

    “這些沙子的獨特特征可能在影響我們日常生活方面以及防御領域中開辟出令人興奮的新應用。例如，鋼是構造裝甲系統的關鍵材料之一，而砂具有優異的能量吸收性能，因而可以取代部分鋼，不僅成本低廉的、環境友好，而且擴作為輕質的犧牲層。考慮到敵對威脅的可能性，沙子也可以用作鋼的補充建筑材料，以加強對關鍵基礎設施和家庭庇護所的保護，因為其射彈抵抗功能優異，” 助理教授Chian補充說。

    展望未來，NUS團隊打算進行更大規模的試驗來全面開發抗沖擊砂的潛在性能。為了進一步挖掘砂的穿透抑制性能，研究人員還將探索將砂層與其他柔性材料整合，從而保護關鍵基礎設施。此外，研究團隊還將研究類似地質材料（如巖石碎石）的能量吸收能力。