استفاده از نانولوله‌های کربنی برای ساخت کلاه‌‌های ایمنی مقاوم‌

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، این فناوری توسط محققان و با ترکیب نانولوله‌ها و ایجاد ریسمان‌های میکرومتری به‌دست آمده است. مهندسان دانشگاه ویسکانسین-مادیسون یک فوم سبک با قابلیت جذب بالای شوک ساختند که می‌تواند کلاه ایمنی را که برای محافظت در برابر ضربات قوی طراحی شده، بهبود بخشد.

این فوم جدید ۱۸ برابر جذب انرژی بیشتر نسبت به فوم فعلی مورد استفاده در آستر‌های کلاه ایمنی نظامی آمریکا داشته، و همچنین دارای قدرت و سفتی بسیار بیشتری است که می‌تواند به آن امکان محافظت از ضربه‌های شدید را بدهد. نیرو‌های فیزیکی بسیار شدید باعث ایجاد تروما در مغز می‌شوند.

 اما کلاه ایمنی که در جذب و از بین بردن این انرژی جنبشی نقش دارند، قبل از رسیدن انرژی به مغز می‌توانند به کاهش یا حتی جلوگیری از ضربه مغزی و سایر آسیب‌های خطرناک کمک کنند. وندی (Wendy) شریک صنعت محققان این پروژه، که سازنده کلاه ایمنی است، در حال آزمایش این مواد جدید در نمونه اولیه کلاه ایمنی است.

راماتسان تواماران استاد ویسکانسین-مادیسون که رهبری این تحقیق را بر عهده دارد، می‌گوید: «این ماده جدید پتانسیل فوق‌العاده‌ای برای جذب انرژی و در نتیجه کاهش تأثیر روی مغز را دارد که به نوبه خود باید احتمال آسیب مغزی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.»

این ماده جدید دارای معماری جدیدی است که از ساختار‌های بسیار زیاد سیلندر در مقیاس میکرومتر تشکیل شده است که هر یک از این رشته‌ها از نانولوله‌های کربنی ساخته شده است. این ساختار‌ها به مواد خاصیت جذب شوک فوق‌العاده خود می‌دهند. این ماده، یک فوم حاوی نانولوله‌کربنی است.

برای ایجاد آن، محققان با نانولوله‌های کربنی کار را شروع کردند. نانولوله‌ها دارای خواص مکانیکی استثنایی هستند و برای تقویت بیشتر عملکرد آن‌ها، محققان ماده‌ای را با ویژگی‌های ساختاری منحصر به فرد در مقیاس‌های مختلف طراحی کردند. معماری جدید این ماده شامل ساختار‌های بیشمار سیلندر در مقیاس میکرومتر است که هر یک از بسیاری از نانولوله‌های کربن ساخته شده است.

کشف پارامتر‌های نهایی بهینه فوم جدید، مانند ضخامت سیلندرها، قطر داخلی آن‌ها و شکاف بین سیلندر‌های مجاور، کار کوچکی نبود. محققان به‌طور سیستماتیک آزمایشاتی را انجام دادند که در آن هر پارامتر متفاوت بودند و همه ترکیبات ممکن را مورد مطالعه قرار دادند.

راماتسان تواماران می‌گوید: «ما چند ضخامت مختلف گرفتیم و سپس آن را با هر اندازه قطر ممکن آزمایش کردیم. در کل، ما به ۶۰ ترکیب مختلف نگاه کردیم و سه آزمایش را در هر نمونه انجام دادیم، بنابراین ۱۸۰ آزمایش انجام شد.»

سیلندر‌های با ضخامت ۱۰ میکرومتر یا کمتر، که نزدیک به یکدیگر چیده شده بودند، فومی با بهترین خصوصیات جذب‌کننده شوک تولید کرد. راماتسان تواماران می‌گوید: «من انتظار داشتم که به‌دلیل معماری تعاملی، خواص کلی بهبود یابد، اما از اینکه چقدر این خصوصیات هنگام ضخامت ۱۰ میکرومتر ضخامت افزایش می‌یابند، تعجب کردم.»