Американские ученые создали инновационную легкую пену на основе углеродных нанотрубок. Данный материал подходит для использования в качестве амортизирующего слоя в военных и спортивных шлемах. Он способен поглощать кинетическую энергию при ударе, что позволяет снижать риск сотрясения мозга примерно в 30 раз эффективнее, чем существующие шлемы, используемые вооруженными силами США. Кроме того, материал можно использовать при создании упаковок для электронных устройств, чтобы защитить их от повреждений и перегрева.
Черепно-мозговые травмы хорошо знакомы военнослужащим и спортсменам, поскольку они являются одной из основных причин инвалидности и летальных исходов в этих группах людей. Зачастую травмы возникают в результате косых ударов, которые приводят к комбинации линейного и вращательного движения, вызывающего смещение тканей мозга. В связи с этим, при разработке подкладок для шлемов необходимо минимизировать оба типа воздействия.
Ученые из Висконсинского университета в Мадисоне (США) создали инновационный материал для этих подкладок, основываясь на результатах своих предыдущих исследований исследования в области пеноматериалов из вертикально расположенных углеродных нанотрубок (VACNT — vertically aligned carbon nanotube). Они представляют собой упорядоченные углеродные цилиндры с толщиной стенок в один атом.
Современные шлемы сконструированы для снижения вращательных перемещений, позволяя им скользить относительно головы во время удара. Однако исследователи полагают, что такое скользящее движение не эффективно рассеивает энергию, получаемую при ударе, и не справляется с последующими сильными сжатиями. В свою очередь, новая пористая разработка не использует силу скольжения. Она обладает уникальным способом деформации: пена эффективно амортизирует слабые удары и становится жесткой при сильных.
По результатам исследований выяснилось, что при 20-процентном сжатии данная пена рассеивает энергию удара примерно в 30 раз эффективнее, чем другие шлемные материалы аналогичной плотности, изготовленные из полиуретана.
«Разработчики отметили, что благодаря этим свойствам пены VACNT идеально подходят для использования в качестве внутреннего слоя современных шлемов, предназначенных для защиты от черепно-мозговых травм. Они способны не только снижать силу прямого удара, но и контролировать кинетическую энергию вращения, возникающую при ударах под углом.
Отметим, что ранее ученые продемонстрировали впечатляющую теплопроводность и способность к диффузии пены VACNT. Это означает, что подкладка для шлема, изготовленная из такой пены, может оставаться прохладной на сильной жаре. Еще разработчики уверяют, что их материал можно применять в изготовлении упаковок электронных устройств — для предотвращения деформации от ударов и перегрева. Исследование ученых опубликовано в журнале Experimental Mechanics.