Ein Team von Forschern der Johns Hopkins University hat ein stoßdämpfendes Material entwickelt, das wie Metall schützt, aber leichter, stärker und wiederverwendbar ist. Das neue schaumartige Material könnte ein Wendepunkt für Helme, Körperschutz sowie Automobil- und Luft- und Raumfahrtteile sein.
„Wir sind begeistert von unseren Erkenntnissen über die extreme Energieabsorptionsfähigkeit des neuen Materials“, sagte Seniorautor Sung Hoon Kang, Assistenzprofessor für Maschinenbau. „Das Material bietet mehr Schutz vor einer Vielzahl von Stößen, aber ein geringeres Gewicht könnte den Kraftstoffverbrauch und die Umweltauswirkungen von Fahrzeugen reduzieren und gleichzeitig für Träger von Schutzausrüstung bequemer sein.“
Kang, der auch Fellow am Hopkins Extreme Materials Institute ist, wollte ein Material schaffen, das noch energieabsorbierender ist als aktuelle Autostoßstangen und Helmpolster. Er bemerkte, dass die typischen Materialien, die für diese kritischen Schutzvorrichtungen verwendet werden, bei höheren Geschwindigkeiten nicht gut funktionieren und oft nicht wiederverwendbar sind.
Das Forschungsteam war in der Lage, mit stark energieabsorbierenden Flüssigkristallelastomeren (LCEs), die hauptsächlich in Aktuatoren und Robotik verwendet werden, die Festigkeit zu erhöhen und gleichzeitig das Gewicht zu reduzieren.
Während Experimenten, um die Widerstandsfähigkeit des Materials zu testen, hielt es Stößen von Objekten mit einem Gewicht von etwa 4 bis 15 Pfund stand, die mit Geschwindigkeiten von bis zu 22 Meilen pro Stunde kamen. Die Tests waren aufgrund der Grenzen der Testmaschinen auf 22 Meilen pro Stunde begrenzt, aber das Team ist zuversichtlich, dass die Polsterung sogar noch größere Stöße sicher absorbieren könnte.
Flüssigkristall-Elastomerstruktur, getestet in einer Falltestmaschine. Bildnachweis: Johns-Hopkins-Universität
Kang und sein Team erwägen eine Zusammenarbeit mit einem Helmhersteller, um Helme der nächsten Generation für Sportler und das Militär zu entwerfen, herzustellen und zu testen.
Die Ergebnisse erschienen im Journal Fortgeschrittene Werkstoffe.
Seung‐Yeol Jeon et al, Synergistische Energieabsorptionsmechanismen von Flüssigkristallelastomeren mit Architektur, Fortgeschrittene Werkstoffe (2022). DOI: 10.1002/adma.202200272