Ingeniører udvikler nanoskum til bedre rustning, beskyttelseslag for bygninger

(Phys.org) — Ingeniører ved University of California, San Diego er ved at udvikle nanoskum, der kan bruges til at lave bedre rustning; forebygge traumatisk hjerneskade og blast-relaterede lungeskader hos soldater; og beskytte bygninger mod stød og sprængninger. Det er første gang, forskere undersøger brugen af ​​nanoskum til strukturel beskyttelse.

"Vi udvikler nanoskum, der hjælper med at sprede kraften fra et slag over et større område, " sagde Yu Qiao, en professor i konstruktionsteknik ved Jacobs School of Engineering ved UC San Diego. "De vil se ud til at være mindre stive, men vil faktisk være mere modstandsdygtige end almindelige skum."

Forskere er i det første år af et treårigt program finansieret af Hærens Forskningskontor. "Vi får nogle lovende resultater, " sagde Qiao. Cang Zhao, en ph.d. studerende i Qiaos forskningsgruppe, vil præsentere resultaterne på Research Expo 18. april på UC San Diego campus.

Nanoskummet består af en honeycomb, eller porøs, struktur og er meget lette — porer udgør alt fra 50 til 80 procent af strukturen. Forskere har forsøgt at bestemme den optimale porestørrelse til at absorbere energi fra stød. De har fremstillet prøver med porestørrelser fra 10 nanometer til 10 mikron. Foreløbige resultater viser, at når porestørrelsen når titusvis af nanometer, materialet ser ud til at fungere bedst. Disse prøver absorberer energi fra et stød eller eksplosion over et større område, hvilket gør materialet mere modstandsdygtigt over for stød og sprængninger. Derimod i almindeligt skum, energi absorberes i et lokaliseret område, fører til hurtig fiasko. Dette problem kaldes "skadelokalisering" og betyder, at almindeligt skum ikke fungerer godt for at beskytte mod stød eller eksplosioner.

Materialerne er testet i Qiaos laboratorium på Jacobs School. Prøver placeres i en testrigg drevet af en gaspistol og udsættes for stadig stærkere stød. Forskere satte derefter prøverne under et scanningselektronmikroskop for at undersøge skaden. De bruger omfattende dataanalyse til at bestemme, hvor meget energi nanoskummet absorberede under slagtestene.

Prøverne fremstilles også i Qiaos laboratorium. Forskere blander først to materialer sammen på molekylært niveau, så bruger de syreætsning eller forbrænding til at fjerne et af de to materialer, skabe tomme kanaler i nanoskala i processen. I øjeblikket, materialet er tørhærdet. I løbet af de næste to år, forskere planlægger at anvende lignende principper til fremstilling og test af metalliske og polymere nanomaterialer.

"Folk har kigget på at forhindre skader fra påvirkninger i mere end hundrede år, " sagde Qiao. "Jeg håber, at dette koncept kan give en ny løsning."