새로운 탄소 나노튜브 기반 폼은 뇌진탕에 대한 탁월한 보호 기능을 약속합니다.

[아름이]

새로운 탄소 나노튜브 기반 폼은 뇌진탕에 대한 탁월한 보호 기능을 약속합니다.
날짜:
2022년 11월 30일
원천:
위스콘신대학교 매디슨 캠퍼스
요약:
탄소 나노튜브로 만든 경량의 초충격 흡수 폼은 충격 에너지를 흡수하고 분산시키는 데 매우 뛰어나 헬멧을 크게 개선하고 뇌진탕 및 기타 외상성 뇌 손상을 예방할 수 있습니다.

University of Wisconsin-Madison 엔지니어들이 개발한 경량의 초충격 흡수 폼은 사람들을 강한 타격으로부터 보호하도록 설계된 헬멧을 크게 개선할 수 있습니다.

이 새로운 소재는 현재 미군 전투 ​​헬멧 라이너에 사용되는 폼보다 비에너지 흡수율이 18배 더 높을 뿐만 아니라 훨씬 더 큰 강도와 강성을 가지고 있어 향상된 충격 보호 기능을 제공할 수 있습니다.

충격으로 인한 물리적 힘은 뇌에 외상을 입혀 뇌진탕을 일으킬 수 있습니다. 그러나 이 운동 에너지가 뇌에 도달하기 전에 더 잘 흡수하고 분산시키는 헬멧 재료는 뇌진탕 및 기타 외상성 뇌 손상을 완화하거나 예방하는 데 도움이 될 수 있습니다.

연구원의 산업 파트너인 헬멧 제조업체인 Team Wendy는 실제 시나리오에서 성능을 조사하기 위해 헬멧 라이너 프로토타입에서 새로운 재료를 실험하고 있습니다.

"이 새로운 물질은 엄청난 에너지 흡수 잠재력을 가지고 있어 충격 완화로 인해 뇌 손상의 가능성이 크게 낮아질 것입니다.

팀은 최근 Extreme Mechanics Letters 저널에 발표된 연구에서 그 발전에 대해 자세히 설명했습니다 .

새로운 소재는 구조적으로 수직 정렬된 탄소 나노튜브 폼입니다. 이를 만들기 위해 연구원들은 탄소 나노튜브(각 층에 단 하나의 원자 두께의 탄소 실린더)를 기본 빌딩 블록으로 사용하기 시작했습니다.

탄소 나노튜브는 이미 뛰어난 기계적 특성을 가지고 있으며 성능을 더욱 향상시키기 위해 연구원들은 여러 길이 스케일에 걸쳐 고유한 구조적 특징을 가진 재료를 설계했습니다. 이 물질의 새로운 구조는 각각 많은 탄소 나노튜브로 만들어진 수많은 마이크로미터 규모의 실린더 구조로 구성됩니다.

실린더의 두께, 내경 및 인접한 실린더 사이의 간격과 같은 새로운 폼의 궁극적인 최적 설계 매개변수를 발견하는 것은 쉬운 일이 아니었습니다. 연구원들은 각 매개변수를 변경하고 가능한 모든 조합을 연구하는 실험을 체계적으로 수행했습니다.

"그래서 우리는 몇 가지 다른 두께를 취한 다음 모든 직경 크기와 가능한 모든 간격 등으로 테스트했습니다."라고 Thevamaran은 말합니다. "총 60개의 서로 다른 조합을 살펴보고 각 샘플에 대해 세 가지 테스트를 수행했으므로 180개의 실험이 이 연구에 사용되었습니다."

그들은 확실한 승자를 발견했습니다. 두께가 10마이크로미터 이하인 실린더를 서로 가깝게 배열하면 최고의 충격 흡수 특성을 가진 폼이 생성됩니다.

Thevamaran은 "대화식 아키텍처로 인해 전반적인 특성이 개선될 것으로 예상했지만 실린더의 두께가 10마이크로미터일 때 특성이 얼마나 극적으로 향상되었는지에 놀랐습니다."라고 말합니다. "프로세스-구조-속성 관계에서 나타난 비정상적인 크기 효과 때문이었습니다. 그 효과는 매우 두드러졌고 우리가 대상으로 하는 속성에 상당히 유리한 것으로 판명되었습니다."

또한 이 신소재는 탄소 나노튜브 빌딩 블록으로 인해 초고온 및 초저온 모두에서 견고하게 충격을 흡수할 수 있어 광범위한 극한 환경에서의 응용 분야에 유용합니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/