I søgen efter at forhindre invaliderende traumatiske hjerneskader stiger nyt skummateriale til toppen
Fra fald til fodboldtacklinger sker de fleste slag mod hovedet i skæve vinkler. Og disse påvirkninger udløser samtidige lineære og roterende hovedbevægelser. Især den roterende bevægelse forårsager forskydningsbelastning, som især er skadelig for hjernen.
Et nyt letvægtsskummateriale kunne tage det meste eller hele den belastning af hjernen.
Udviklet af University of Wisconsin-Madison ingeniører, kan det nye materiale - et vertikalt justeret carbon nanorørskum - sprede en enorm mængde rotationskinetisk energi fra et stød. Og som et hjelmbeklædningsmateriale kan det mildne eller endda forhindre traumatiske hjerneskader ved at svække rotationskinetisk energi, før det når hjernen.
Faktisk er det nye materiale 30 gange bedre til at absorbere forskydningsbelastning end det skum, der i øjeblikket bruges i amerikanske militære kamphjelme. Holdet beskrev materialet og dets unikke egenskaber i et papir offentliggjort 7. december 2023 i tidsskriftet Experimental Mechanics .
"Dette materiale viser et stort løfte for at muliggøre nye hjelme, der er drastisk bedre til at forhindre hjernerystelse," siger Ramathasan Thevamaran, en UW-Madison assisterende professor i maskinteknik, der ledede forskningen.
Hvorfor virker det
I øjeblikket forsøger nogle hjelme at reducere rotationsbevægelse fra stød ved at anvende et lag, der tillader en glidende bevægelse mellem bærerens hoved og hjelmens ydre skal. Thevamaran siger dog, at disse bevægelige lag ikke spreder energi fra forskydningsbelastning; endnu værre, de har en tendens til at sætte sig fast, når de er alvorligt sammenpressede – med andre ord efter et slag.
Da det ikke er afhængigt af glidende lag, undgår det nye materiale disse mangler.
Endnu bedre, når det er komprimeret, bliver materialet usædvanligt bedre til at imødekomme forskydning og sprede energi fra et stød, siger Thevamaran.
Dette fremskridt bygger på hans tidligere forskning i vertikalt justerede carbon nanorør-skum, hvor hans team demonstrerede materialets ekstraordinære stødabsorberende evner. Materialet består af kulstofnanorør - kulstofcylindre, der kun er et atom tykt i hvert lag - der er omhyggeligt arrangeret i tætpakkede cylinderstrukturer. Materialets nye arkitektur, som har unikke strukturelle egenskaber på tværs af flere længdeskalaer, giver materialet dets exceptionelle egenskaber.
Derudover har forskerne for nylig demonstreret, at deres vertikalt justerede kulstof-nanorørsskum udviste enestående termisk ledningsevne og diffusivitet, hvilket ville gøre det muligt for en hjelmforing lavet af materialet at holde bærerens hoved køligt i varme omgivelser.
Sammen med dets tyndhed sætter denne køleevne det nye materiale på niveau med grafitskum og gør det attraktivt til applikationer, hvor mindre vægt er vigtigt. Ud over hjelmforinger kan materialet også bruges i elektronisk emballage og elektroniske systemer for både at beskytte mod stød og holde elektronikken kølig.
Flere oplysninger: B. Maheswaran et al., Mitigating Oblique Impacts by Unraveling of Buckled Carbon Nanotubes in Helmet Liners, Experimental Mechanics (2023). DOI:10.1007/s11340-023-01013-1
Leveret af University of Wisconsin-Madison
Varme artikler
-
Nanopartikel gennembrud i kampen mod kræftSkematisk billede af protein corona shield-konceptet (PCS) for et effektivt mållægemiddelleveringssystem. Kredit:UNIST En nylig undersøgelse, tilknyttet Sydkoreas Ulsan National Institute of Scien -
Epitaksialt dyrket molybdænoxid udvikler sig som et bulk-lignende 2-D dielektrisk lagKredit:Seoul National University 3 eV har været påkrævet for UV-relaterede optoelektroniske enheder, kraftelektronik, og dielektriske lag. En af de lovende kandidater er overgangsmetaloxider (TMO -
Gummy-lignende robotter, der kunne hjælpe med at forhindre sygdomEPFL-forskere har udviklet mikroskopiske, hydrogel-baserede muskler, der kan manipulere og mekanisk stimulere biologisk væv. Disse bløde, biokompatible robotter kunne bruges til målrettet terapi og ti -
Fælles forskerhold udvikler et nær-infrarødt (NIR) lys-udløst lægemiddelleveringssystemLys i stedet for injektioner:Et nyt koncept for lægemiddelleveringssystem, der automatisk frigiver medicin fra en in vivo medicinsk enhed ved blot at skinne lys, når lægemiddelinjektionen er nødvendig
- Ikke-termisk emission fra kosmiske stråler accelererede i HII-regioner
- Asteroide på størrelse med skolebus for at zoome sikkert forbi Jorden
- Vejløse skove ser flere flammer og større sværhedsgrad, men brandmodstandsdygtighed er resultatet
- Op i røg:Ny undersøgelse tyder på, at det er tid til at droppe langvarige stereotyper om stenere
- Schweiz bruger 87 millioner tons materiale hvert år
- Fakta om sæler til børn