研究人员开发出一种由碳纳米管制成的新型轻质泡沫，这种泡沫用作头盔衬垫时，吸收撞击动能的效果比目前美国军用头盔使用的衬垫好近 30 倍。这种泡沫可以预防或大大降低军人和运动员发生脑震荡的可能性。

在运动员和退伍军人中，创伤性脑损伤（TBI）是造成永久性残疾和死亡的主要原因之一。伤害统计数据显示，大多数创伤性脑损伤（脑震荡是其中的一种亚型）都与斜撞击有关，这种撞击使大脑受到线性动能和旋转动能的双重作用，并对脆弱的脑组织造成剪切。

为了提高头盔的效果，军人和运动员佩戴的头盔必须采用一种能同时限制这两种冲击力的衬垫材料。威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员正是为此而努力。为了防止或减轻身体和头部撞击造成的创伤性脑损伤，他们开发了一种新型轻质泡沫材料，可用作头盔衬垫。

这项研究的通讯作者 Ramathasan Thevamaran 说："这种材料显示出了巨大的潜力，可以使新型头盔在预防脑震荡方面发挥更大的作用。"

在目前的研究中，Thevamaran 以他之前对垂直排列碳纳米管（VACNT）泡沫--精心排列的一原子厚的碳圆柱层--及其卓越的减震能力的研究为基础。目前的头盔试图通过在撞击时允许佩戴者的头部和头盔之间的滑动运动来减少旋转运动。然而，研究人员表示，这种运动并不能在剪切中消散能量，而且在受到撞击后严重压缩时还会卡住。相反，他们的新型泡沫不依赖于滑动层。

斜向撞击与大多数创伤性脑损伤有关，它使大脑受到线性剪切力和旋转剪切力的双重作用。

VACNT 泡沫通过其独特的变形机制避免了这一缺陷。在压缩作用下，VACNT 会发生连续渐进的集体屈曲，从低剪切应变水平下的顺应性增加到高应变水平下的变硬响应。形成的压缩屈曲完全展开，使 VACNT 泡沫能够承受较大的剪切应变，然后在卸载时恢复到接近初始状态。

研究人员发现，在预压缩 25% 的情况下，这种泡沫的剪切能量耗散比密度相似的聚氨酯弹性泡沫高出近 30 倍，剪切应变高达 50%。

研究人员说："这些特性使得 VACNT 泡沫非常适合作为现代防护头盔的衬垫材料，这种头盔不仅能减弱正常冲击力，还能控制斜撞击产生的旋转动能，从而预防创伤性脑损伤。"

他们之前已经证明了 VACNT 泡沫出色的导热性和扩散性，这使得用这种泡沫制成的头盔衬垫能在炎热的环境中保持凉爽。除了在头盔中的应用，VACNT 泡沫还可用于电子包装和系统中，以防止冲击并保持电子设备冷却。

这项研究发表在《实验力学》杂志上。

编译来源：ScitechDaily