Ирина Медведева
Учёные из Техасского университета A&M совместно со специалистами Исследовательской лаборатории армии США DEVCOM создали гибридный материал — «суперпену». Этот композит поглощает энергию удара в десять раз эффективнее стандартных амортизаторов и прокладочных элементов.
Источник: журнал "Новая наука"
Все дело - во внутренних распорках!
Суть инновации — во внедрении напечатанных на 3D-принтере пластиковых опорных колонн внутрь обычной пены, формирующих гибкий каркас, сообщает журнал "Новая наука". Данные структурные элементы, именуемые распорками, усиливают пеноматериал, радикально повышая его стойкость к сжатию и ударным воздействиям. Подход позволяет трансформировать доступный и дешёвый материал в программируемый композит, который сохраняет малый вес даже под экстремальными нагрузками. Как отмечают создатели, область применения системы включает средства индивидуальной защиты, автомобильные системы безопасности и бытовые изделия, например, подушки. Руководили проектом доктор Мохаммад Нараги, возглавляющий лабораторию наноструктурированных материалов в инженерном колледже Техасского университета A&M, и доктор Эрик Ветцель из армейской исследовательской лаборатории. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Composite Structures.
Обычная пена популярна в амортизаторах благодаря своему строению: мелкие воздушные полости сжимаются под нагрузкой, рассеивая энергию. Но неупорядоченная внутренняя архитектура стандартной пены ограничивает результативность данного механизма. Специально спроектированные ячеистые материалы дают более точный контроль над свойствами, однако их сложно и дорого производить в больших объёмах. Для решения этой проблемы коллектив предложил метод, названный аддитивным производством внутри пены. Технология подразумевает компьютерное построение сети упругих пластиковых распорок непосредственно в объёме пены с открытыми порами. Регулируя толщину, шаг и угол наклона этих элементов, инженеры могут тонко калибровать механические характеристики итогового продукта.
Источник: sciencedirect.com
«Это магия синергии, симбиотический композит пены и каркаса»
Ключевая особенность разработки — взаимодополняющее взаимодействие компонентов. На первых этапах сжатия пена фиксирует распорки, не давая им разрушиться раньше времени. При возрастании давления распорки, в свою очередь, перераспределяют нагрузку на окружающую пеноматрицу, что значительно увеличивает общую энергоёмкость материала. «Это магия синергии, симбиотический композит пены и каркаса», — прокомментировал доктор Нараги. Проект финансируется армией США, заинтересованной в усовершенствованных материалах для защиты личного состава. Подобный гибридный материал может серьёзно улучшить характеристики армейских касок, призванных не только противостоять пулям, но и гасить энергию при ударах о землю.
«Мы не просто добавляем слои в каску, мы создаём композитный щит, который прочнее современных амортизирующих вкладышей, но остаётся настолько лёгким, что его можно носить целый день без утомления», — добавил учёный. Низкая плотность материала позволяет усилить защиту, не ограничивая мобильность солдата.
Кроме военной сферы, технологию планируют использовать в гражданских защитных шлемах для велосипедистов и спортсменов. Ведутся работы по внедрению материала в автомобилестроение: его можно интегрировать в детали салона или бамперы для поглощения энергии при аварии. В перспективе суперпена может найти место и в потребительских товарах — матрасах, сиденьях, где вариация конфигурации каркаса позволит формировать зоны с разной жёсткостью. Также исследователи изучают потенциал новой структуры в поглощении звуковых волн и вибраций, что может быть применено для улучшения акустического комфорта в транспорте и строительстве.
Источник: sciencedirect.com
Тем временем учёные из Японии, как сообщал журнал "Химагрегаты", создали новое поколение твёрдотельных аккумуляторов на основе магния и кислорода воздуха. Данная разработка отличается улучшенными показателями безопасности, стойкостью к износу и механической гибкостью. Эта технология потенциально может стать более доступной и долговечной заменой распространённым сегодня литиевым батареям, применяемым в электротранспорте и накопителях энергии.