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新材云创消息 ， 由威斯康星大学麦迪逊分校的工程师开发的一种轻质、超减震泡沫可以极大地改善旨在保护人们免受强烈打击的头盔 。
这种新材料的比能量吸收比目前用于美国军事战斗头盔衬里的泡沫高18倍 ， 并且具有更大的强度和刚度 ， 这可以使其提供更好的冲击保护 。
撞击产生的物理力量会在大脑中造成创伤 ， 导致脑震荡 。 但是 ， 在这种动能到达大脑之前更好地吸收和消散这种动能的头盔材料可以帮助减轻甚至预防脑震荡和其他创伤性脑损伤 。
研究人员的行业合作伙伴 ， 头盔制造商Team Wendy正在头盔衬里原型中试验这种新材料 ， 以研究其在现实世界中的性能 。
“这种新材料具有巨大的能量吸收潜力 ， 从而减轻影响 ， 这反过来又会显着降低脑损伤的可能性 ， ”领导这项研究的威斯康星大学麦迪逊分校工程物理学教授Ramathasan Thevamaran说 。
该团队在最近发表在《极限力学快报》杂志上的一项研究中详细介绍了其进展 。
威斯康星大学麦迪逊分校博士后研究助理Komal Chawla在实验室中研究建筑垂直排列的碳纳米管泡沫 。 学分：威斯康星大学麦迪逊分校/乔尔·哈尔伯格新材料是一种建筑 ， 垂直排列的碳纳米管泡沫 。 为了创造它 ， 研究人员从碳纳米管开始 - 每层只有一个原子厚的碳圆柱体 - 作为基本构建块 。
碳纳米管已经具有卓越的机械性能 ， 为了进一步提高其性能 ， 研究人员设计了一种在多个长度尺度上具有独特结构特征的材料 。 该材料的新颖结构由许多微米级的圆柱结构组成 ， 每个圆柱体结构由许多碳纳米管制成 。
发现新泡沫的最终最佳设计参数（例如圆柱体的厚度、内径和相邻圆柱体之间的间隙）并非易事 。 研究人员系统地进行了实验 ， 他们改变了每个参数并研究了所有可能的组合 。
“所以我们采用了几种不同的厚度 ， 然后用每个直径尺寸和每个可能的间隙进行测试 ， 等等 ， ”Thevamaran说 。 “我们总共研究了60种不同的组合 ， 并对每个样本进行了三次测试 ， 因此进行了180次实验 。
他们发现了一个明显的赢家 。 厚度为10微米或更小的圆柱体彼此靠近排列 ， 产生具有最佳减震性能的泡沫 。
Thevamaran说：“由于我们的交互式架构 ， 我预计整体性能会得到改善 ， 但是当圆柱体厚度为10微米时 ， 我惊讶于性能的显着增强 。 “这是由于在过程-结构-属性关系中出现的不寻常的大小效应 。 效果非常明显 ， 事实证明 ， 这对我们瞄准的房产非常有利 。
此外 ， 由于其碳纳米管构建块 ， 新材料可以在非常高和非常低的温度下保持强大的减震性 ， 使其可用于各种极端环境中的应用 。
研究人员 ， 包括威斯康星大学麦迪逊分校博士后研究助理Komal Chawla以及研究生Abhishek Gupta和Abhijeet S. Bhardwaj ， 正在通过威斯康星州校友研究基金会申请创新专利 。 大学与产业界的合作是威斯康星大学麦迪逊分校领导的PANTHER计划的一部分 ， 这是一项跨学科研究计划 ， 正在开发解决方案 ， 以便更好地检测和预防创伤性脑损伤 。
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