研究人員開發出一種由碳奈米管製成的新型輕質泡沫，這種泡沫用作頭盔襯墊時，吸收撞擊動能的效果比目前美國軍用頭盔使用的襯墊好近30 倍。這種泡沫可以預防或大幅降低軍人和運動員發生腦震蕩的可能性。

在運動員和退伍軍人中，創傷性腦損傷（TBI）是造成永久性殘疾和死亡的主要原因之一。傷害統計數據顯示，大多數創傷性腦損傷（腦震盪是其中的一種亞型）都與斜撞擊有關，這種撞擊使大腦受到線性動能和旋轉動能的雙重作用，並對脆弱的腦組織造成剪切。

為了提高頭盔的效果，軍人和運動員所穿戴的頭盔必須採用一種能同時限制這兩種衝擊力的襯墊材質。威斯康辛大學麥迪遜分校的研究人員正是為此而努力。為了防止或減輕身體和頭部撞擊造成的創傷性腦損傷，他們開發了一種新型輕質泡棉材料，可用作頭盔襯墊。

這項研究的通訊作者Ramathasan Thevamaran 說：”這種材料顯示出了巨大的潛力，可以使新型頭盔在預防腦震盪方面發揮更大的作用。”

在目前的研究中，Thevamaran 以他先前對垂直排列碳奈米管（VACNT）泡沫–精心排列的原子厚的碳圓柱層–及其卓越的減震能力的研究為基礎。目前的頭盔試圖透過在撞擊時允許佩戴者的頭部和頭盔之間的滑動運動來減少旋轉運動。然而，研究人員表示，這種運動並不能在剪切中消散能量，在受到撞擊後嚴重壓縮時還會卡住。相反，他們的新型泡棉不依賴滑動層。

斜向撞擊與大多數創傷性腦損傷有關，它使大腦受到線性剪切力和旋轉剪切力的雙重作用。

VACNT 泡棉透過其獨特的變形機制避免了這一缺陷。在壓縮作用下，VACNT 會發生連續漸進的集體屈曲，從低剪切應變水平下的順應性增加到高應變水平下的變硬響應。形成的壓縮屈曲完全展開，使VACNT 泡棉能夠承受較大的剪切應變，然後在卸載時恢復到接近初始狀態。

研究人員發現，在預壓縮25% 的情況下，這種泡棉的剪切能量耗散比密度相似的聚氨酯彈性泡棉高出近30 倍，剪切應變高達50%。

研究人員說：”這些特性使得VACNT 泡棉非常適合作為現代防護頭盔的襯墊材料，這種頭盔不僅能減弱正常衝擊力，還能控制斜撞擊產生的旋轉動能，從而預防創傷性腦損傷。”

他們之前已經證明了VACNT 泡棉出色的導熱性和擴散性，這使得用這種泡棉製成的頭盔襯墊能在炎熱的環境中保持涼爽。除了在頭盔中的應用，VACNT 泡棉還可用於電子包裝和系統中，以防止衝擊並保持電子設備冷卻。

這項研究發表在《實驗力學》雜誌。

編譯來源：ScitechDaily