研究人员打造出能让橄榄球头盔承受住反复撞击的液态纳米泡沫

时间:2020-10-29 作者:admin

橄榄球头盔的泡沫内衬位于较硬的聚碳酸酯外壳内,在吸收撞击能量以保护穿戴者头部方面起着重要作用。但严重的肢体冲突可能会危及这一重要的安全元素,这意味着它需要更换,或如果在激烈的中没有注意到损坏,可能会造成严重的安全威胁。

MSU密歇根州立大学的研究团队一直在探索目前使用的固体泡沫的替代品,并相信他们已经找到了一个成功的配方。该团队开发的液态纳米颗粒由纳米大小的微孔组成,其在少量材料上形成了一个巨大的表层。

“MSU斯巴坦体育场的整个区域可以折叠成一克纳米片状物,”首席研究员Weiyi Lu说道。

为了防止水分进入和填补毛孔,研究人员给泡沫涂上了防水硅树脂,同时还密封了内部的盐水。当泡沫受到冲击时,这种内部溶液就会受到压力,流入可用空间从而使得材料变得柔韧并能吸收冲击。

“当压力达到安全阈值时,离子和水会被强制推入纳米孔,这使得该材料能够变形进而起到有效保护作用,”Lu解释道,“此外,这种液体状的材料柔韧性强可以形成任何形状。虽然头盔基本上只有一种形状,但这种液态纳米材料却可以制作出适合个人头部形状或侧面的头盔。”

测试中,研究人员将8英寸液体泡沫衬垫的性能跟传统的3/4英寸固体泡沫衬垫进行了比较。这两种材料都受到了以3米/秒的速度以模拟另一个人的头部撞击,结果两者都发生了变形。但跟传统泡沫不同的是,液态纳米薄片能变形且随后恢复原状以承受更多的撞击。

“液态纳米泡沫的表现优于固态泡沫,”Lu指出,“纳米泡沫能减轻连续的多重撞击而不造成损害;测试一到测试十的结果都表现一致。”

除了橄榄球头盔,该团队还发现这种新型泡沫材料还可用于军事装备、抗震结构和汽车行业的高级安全气囊和保险杠中。该团队目前正计划展开进一步研究以测试其对抗更强烈冲击如炸弹爆炸的性能。

相关研究报告已发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。