Исследователи из Университета Джона Хопкинса разработали новый сверхлегкий ударопоглощающий материал, который обеспечивает защиту металла. Этот материал может сделать шлемы, доспехи и детали транспортных средств более легкими, прочными и, что важно, многоразовыми.
Ключом к новому материалу являются так называемые жидкокристаллические эластомеры (liquid crystal elastomers, (LCEs)). Это матрицы эластичных полимеров в жидкокристаллической фазе, которые придают им полезную комбинацию эластичности и стабильности. LCE обычно используются для изготовления приводов и искусственных мышц для робототехники, но для нового исследования исследователи изучили способность материала поглощать энергию.
Команда создала материалы, состоящие из наклонных балок LCE, зажатых между жесткими опорными конструкциями. Эта базовая единица повторялась на материале в несколько слоев, чтобы они изгибались с разной скоростью при ударе, эффективно рассеивая энергию.
В серии экспериментов команда проверила, насколько хорошо материал может выдерживать удары различной массы на разных скоростях. Материалы ударялись о предметы весом от 1,8 до 6,8 кг на скорости до 35,4 км/ч и, конечно же, выдерживали удары.
Возможно, неудивительно, что материал работал лучше с большим количеством слоев базовых единиц. Структура с четырьмя слоями, например, имела почти вдвое большую плотность поглощения энергии, чем однослойная структура.
Жидкокристаллические эластомерные материалы различной формы. Фото: Will Kirk/Johns Hopkins University.
Пока материалы тестировались только при ударах со скоростью до 35,4 км в час, но команда говорит, что они должны быть в состоянии поглощать удары и на более высоких скоростях, с таким же успехом.
Исследователи говорят, что этот материал можно использовать для повышения безопасности шлемов, бронежилетов, автомобильных бамперов и других частей транспортных средств и самолетов, которые эффективно рассеивают энергию ударов, оставаясь при этом легкими.
«Мы воодушевлены нашими выводами о чрезвычайной способности нового материала поглощать энергию», — сказал старший автор Сунг Хун Канг, доцент кафедры машиностроения. «Материал обеспечивает большую защиту от широкого спектра ударов, но, будучи легче, может снизить расход топлива и воздействие транспортных средств на окружающую среду, в то же время будучи более удобным для тех, кто носит защитное снаряжение».
Первым вариантом использования будут шлемы, так как команда в настоящее время работает с компанией над разработкой и тестированием такого защитного снаряжения для спортсменов и военных.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.
Источник: Johns Hopkins University
