从摔倒到足球铲球，大多数对头部的打击都发生在奇怪的角度。这些撞击会同时引发直线和旋转的头部运动。旋转运动尤其会导致剪切应变，这对大脑的伤害尤其大。
一种新的轻质泡沫材料可以减轻大脑的大部分或全部压力。
这种新材料是由威斯康星大学麦迪逊分校的工程师开发的，它是一种垂直排列的碳纳米管泡沫，可以消散撞击产生的大量旋转动能。作为头盔衬里材料，它可以减轻，甚至防止，创伤性脑损伤，在它到达大脑之前减弱旋转动能。
事实上，这种新材料在吸收剪切应变方面比目前美军战斗头盔衬垫中使用的泡沫要好30倍。该团队在2023年12月7日发表在《实验力学》杂志上的一篇论文中描述了这种材料及其独特的性能。
领导这项研究的威斯康星大学麦迪逊分校机械工程助理教授拉马萨森·塞瓦马兰说:“这种材料显示出巨大的希望，可以制造出防止脑震荡的新头盔。”
为什么它有效?
目前，一些头盔试图通过在佩戴者的头部和头盔外壳之间使用一层允许滑动运动的层来减少撞击带来的旋转运动。然而，Thevamaran说，这些移动的层不会从剪切应变中消散能量;更糟糕的是，当它们被严重压缩时——换句话说，在受到打击后——它们往往会卡住。
由于它不依赖于滑动层，这种新材料避免了这些缺点。
更好的是，当它被压缩时，这种材料在适应剪切和消散撞击能量方面表现得异乎寻常地好，Thevamaran说。
这一进展建立在他之前对垂直排列的碳纳米管泡沫的研究之上，他的团队在研究中展示了这种材料非凡的减震能力。这种材料由碳纳米管(每层只有一个原子厚的碳圆柱体)组成，它们被精心排列成紧密排列的圆柱体结构。该材料的新颖结构，在多个长度尺度上具有独特的结构特征，赋予了材料独特的性能。
此外，研究人员最近证明，他们垂直排列的碳纳米管泡沫具有出色的导热性和扩散性，这将使由这种材料制成的头盔衬里在炎热的环境中保持佩戴者的头部凉爽。
再加上它的薄，冷却能力使这种新材料与石墨泡沫相当，并使其在重量轻的应用中具有吸引力。除了头盔衬垫，这种材料还可以用于电子封装和电子系统，既可以防止冲击，又可以保持电子产品的凉爽。
