Ученые из США разработали новую легкую пену из углеродных нанотрубок. Ее можно использовать в качестве подкладки для шлемов — военных и спортивных. Благодаря поглощению кинетической энергии, вызванной ударом, она позволяет предотвращать сотрясения мозга почти в 30 раз эффективнее, чем современные шлемы американских военных. Еще материал можно применять в изготовлении упаковок электронных устройств — для предотвращения повреждений и перегрева.
Военные и спортсмены — те категории людей, которые не понаслышке знакомы с тем, что такое черепно-мозговая травма. Она же считается одной из главных причин инвалидности и смертности среди представителей этих профессий. Большинство травм связаны с косыми ударами, которые воздействуют на мозг человека комбинацией линейного и вращательного движения и вызывают сдвиг тканей мозга. Поэтому в подкладках для шлемов необходимо ограничивать и то, и другое воздействие.
Специалисты из Висконсинского университета в Мадисоне (США) разработали новый материал для таких подкладок, опираясь на свои предыдущие 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 устроены таким образом, чтобы уменьшить вращательное движение, обеспечивая скольжение между головой и шлемом во время удара. Но ученые считают, что это скользящее движение не рассеивает энергию удара и плохо справляется с сильными сжатиями после него. А вот их новый пенистый материал не опирается на силу скольжения. Он имеет уникальный механизм деформации: пена хорошо прогибается при слабых ударах и становится, наоборот, жесткой, при сильных.
Ученые обнаружили, что при 20-процентном сжатии их пена рассеивает энергию удара почти в 30 раз эффективнее, чем другие виды материалов для шлемов аналогичной плотности на основе полиуретана.
«Эти характеристики делают пены VACNT очень подходящими в качестве подкладочных материалов для современных шлемов, защищающих от черепно-мозговых травм путем не только ослабления обычного удара, но и управления кинетической энергией вращения, возникающей в результате косых ударов», — рассказали разработчики.
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.