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盖世汽车 2020-11-26

美国研发液态纳米泡沫材料 可用于汽车安全气囊等以抵御严重撞击

在碰撞事故中,如果安全气囊或保险杠材料能够更好地抵御冲击力,乘员也会更安全。

盖世汽车讯 据外媒报道,美国密歇根州立大学(Michigan State University)土木与环境工程学助理教授 Weiyi Lu 表示,当头盔受到足够严重的冲击而导致佩戴者脑震荡时,该头盔的安全性能就会受损,使其在以后的使用中变得不安全。因此,该大学研发了一种液态纳米泡沫衬垫,以寻求延长美式足球头盔的安全使用时间。

该纳米材料的电子显微图像(图片来源:密歇根州立大学)

此种材料充满了微小的纳米孔,孔径在 2 至 200 纳米之间,创造了巨大的表面积,而且密歇根州立大学的整个 Spartan 体育馆就可以折叠成一克的纳米泡沫。

通常情况下,此种材料很坚固,加入液体就可填充这些洞。为了解决该问题,Lu 与团队在纳米孔上涂上了一层疏水或防水的硅树脂层,该层树脂由有机硅链制成,可以防止液体被该材料吸收。因此,在撞击过程中,该纳米泡沫材料内部的盐水液体会受到压力。

Lu 表示:" 当压力达到安全阈值时,离子和水会被迫进入纳米孔中,使材料变形,从而实现有效的保护。此外,该种液体状的材料柔韧性十足,可以变成任何形状。头盔基本只有一种形状,但是此种液态纳米材料可以适应人特定的头部形状或轮廓。"

撞击中,水被迫进入纳米孔中(图片来源:密歇根州立大学)

在早期实验室测试中,Lu 与团队比较了 8 英寸的液态纳米泡沫衬垫以及传统用于头盔的 3/4 英寸的固体泡沫衬垫。此两种材料都被 5 公斤(大约一个人头的重量)的重量以每秒 3 米的速度撞击。尽管两种材料都在撞击中发生了变形,但在持续的撞击中,液态纳米泡沫材料恢复了原状,但是固体泡沫则没有恢复原状。

Lu 表示:" 该液态纳米泡沫的表现优于固体泡沫,液态纳米泡沫能够减轻多次连续撞击带来的冲击力而不发生损坏,而且从第一次测试到第十次测试的结果都完全一样。"

安装到头盔内时,液态纳米泡沫衬垫会变得更薄,也不会那么笨重。由于该衬垫能够承受多重高冲击力,在被以高冲击力碰撞后也不需要更换,除非该头盔的外壳被损坏了。

Lu 还认为,此种液态纳米泡沫材料不仅可用于足球和军用头盔,未来还可用于多种领域,如汽车安全气囊和保险杠等被动安全装置。此外,此种液态纳米泡沫甚至可以用于保护人和建筑物免受地震震动的伤害。

该项研究的下一步是集中于更加动态的研究上,测试速度更快、更密集的冲击,如炸弹爆炸的冲击。研究人员表示:" 我们希望该材料不仅能够帮助延长人们的寿命,还能改善他们的生活质量。"

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