研究人員打造出能讓橄欖球頭盔承受住反復撞擊的液態納米泡沫

據外媒報道,密歇根州立大學(MSU)的工程師們製作出了一種新型的液體泡沫內襯,他們稱這種內襯可以幫助橄欖球頭盔更好地承受反復撞擊以此提高其使用壽命和使用者的安全性。這種材料還將比目前使用的泡沫襯墊更薄、更輕,另外還可以在汽車製造等其他領域用作安全裝置。

研究人員打造出能讓橄欖球頭盔承受住反復撞擊的液態納米泡沫

橄欖球頭盔的泡沫內襯位於較硬的聚碳酸酯外殼內,在吸收撞擊能量以保護穿戴者頭部方面起着重要作用。但嚴重的肢體沖突可能會危及這一重要的安全元素,這意味着它需要更換,或如果在激烈的中沒有注意到損壞,可能會造成嚴重的安全威脅。

MSU密歇根州立大學的研究團隊一直在探索目前使用的固體泡沫的替代品,並相信他們已經找到了一個成功的配方。該團隊開發的液態納米顆粒由納米大小的微孔組成,其在少量材料上形成了一個巨大的表層。

「MSU斯巴坦體育場的整個區域可以折疊成一克納米片狀物,」首席研究員Weiyi Lu說道。

為了防止水分進入和填補毛孔,研究人員給泡沫塗上了防水硅樹脂,同時還密封了內部的鹽水。當泡沫受到沖擊時,這種內部溶液就會受到壓力,流入可用空間從而使得材料變得柔韌並能吸收沖擊。

研究人員打造出能讓橄欖球頭盔承受住反復撞擊的液態納米泡沫

「當壓力達到安全閾值時,離子和水會被強制推入納米孔,這使得該材料能夠變形進而起到有效保護作用,」Lu解釋道,「此外,這種液體狀的材料柔韌性強可以形成任何形狀。雖然頭盔基本上只有一種形狀,但這種液態納米材料卻可以製作出適合個人頭部形狀或側面的頭盔。」

測試中,研究人員將8英寸液體泡沫襯墊的性能跟傳統的3/4英寸固體泡沫襯墊進行了比較。這兩種材料都受到了以3米/秒的速度以模擬另一個人的頭部撞擊,結果兩者都發生了變形。但跟傳統泡沫不同的是,液態納米薄片能變形且隨後恢復原狀以承受更多的撞擊。

研究人員打造出能讓橄欖球頭盔承受住反復撞擊的液態納米泡沫

「液態納米泡沫的表現優於固態泡沫,」Lu指出,「納米泡沫能減輕連續的多重撞擊而不造成損害;測試一到測試十的結果都表現一致。」

除了橄欖球頭盔,該團隊還發現這種新型泡沫材料還可用於軍事裝備、抗震結構和汽車行業的高級安全氣囊和保險槓中。該團隊目前正計劃展開進一步研究以測試其對抗更強烈沖擊如炸彈爆炸的性能。

相關研究報告已發表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。

來源:cnBeta