Nowy materiał wykonany z elastomerów ciekłokrystalicznych może skutecznie pochłaniać energię uderzeń a do tego jest bardzo lekki.
Naukowcy z Johns Hopkins University opracowali nowy, amortyzujący materiał, który jest superlekki, a jednocześnie zapewnia ochronę zbliżoną do metalu. Materiały te mogą posłużyć do produkcji hełmów, zbroi i części pojazdów, które będą lżejsze, mocniejsze i, co ważne, wielokrotnego użytku.
Kluczem do stworzenia nowego materiału są tak zwane elastomery ciekłokrystaliczne (LCEs – z ang. liquid crystal elastomers). Są to sieci elastycznych polimerów w fazie ciekłokrystalicznej, które zapewniają im użyteczną kombinację elastyczności i stabilności. LCEs są zwykle wykorzystywane do wytwarzania siłowników i sztucznych mięśni w robotyce, ale w ramach nowych badań naukowcy zbadali zdolność materiału do pochłaniania energii.
Zespół stworzył materiały składające się z pochylonych belek LCE, umieszczonych pomiędzy sztywnymi konstrukcjami wsporczymi. Ta podstawowa jednostka została powtórzona na materiale w wielu warstwach, tak aby wyginały się w różnym tempie przy uderzeniu, skutecznie rozpraszając energię.
W serii eksperymentów zespół przetestował, jak dobrze materiał może wytrzymać uderzenia różnych mas przy różnych prędkościach. Materiały zostały uderzone przez obiekty ważące od 1,8 do 6,8 kg z prędkością do 35,4 km/h (22 mph) i na pewno wytrzymały.
Być może nic dziwnego, że materiał działał lepiej z większą liczbą warstw komórek. Na przykład struktura z czterema warstwami miała prawie dwukrotnie większą gęstość pochłaniania energii niż struktura jednowarstwowa.
Elastomery ciekłokrystaliczne w różnych kształtach
Chociaż materiały były do tej pory testowane tylko przy uderzeniach do 35,4 km/h, zespół twierdzi, że powinny być w stanie pochłaniać również uderzenia przy wyższych prędkościach.
Naukowcy twierdzą, że materiał można wykorzystać do poprawy bezpieczeństwa hełmów, kamizelek kuloodpornych, zderzaków samochodowych oraz innych części pojazdów i samolotów, skutecznie rozpraszając energię uderzeń, pozostając jednocześnie lekkim.
Jesteśmy podekscytowani naszymi odkryciami dotyczącymi ekstremalnej zdolności pochłaniania energii przez nowy materiał – powiedział starszy autor Sung Hoon Kang, adiunkt inżynierii mechanicznej. Materiał zapewnia lepszą ochronę przed różnymi uderzeniami, ale będąc lżejszym może zmniejszyć zużycie paliwa i wpływ pojazdów na środowisko, będąc jednocześnie wygodniejszym dla osób noszących odzież ochronną.
Pierwszym przypadkiem użycia będą kaski, ponieważ zespół pracuje obecnie z firmą nad zaprojektowaniem i przetestowaniem tego rodzaju sprzętu ochronnego dla sportowców i wojska.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Advanced Materials.
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: New Atlas | Uniwersytet Johnsa Hopkinsa