Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Johns Hopkins đã phát triển thành công một loại vật liệu hấp thụ va chạm mới (vật liệu chống sốc) trọng lượng siêu nhẹ nhưng vẫn cung cấp khả năng bảo vệ giống như kim loại. Vật liệu này có thể giúp cho mũ bảo hiểm, áo giáp và các bộ phận của xe nhẹ hơn, cứng hơn và quan trọng là có thể tái sử dụng.

Cốt lõi của vật liệu mới là một chất liệu có tên gọi là chất đàn hồi tinh thể lỏng (LCEs). Đây là mạng lưới các polyme đàn hồi trong pha tinh thể lỏng tạo ra sự kết hợp hữu ích giữa độ đàn hồi và độ ổn định cho chúng. LCEs thường được dùng để chế tạo thiết bị truyền động và các múi cơ nhân tạo cho robot, nhưng đối với nghiên cứu mới này, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một vật liệu có các dầm nghiêng của LCE, được kẹp giữa các cấu trúc hỗ trợ rắn và lặp đi lặp lại trên vật liệu đa lớp do đó chúng sẽ uốn cong ở các tốc độ khác nhau khi va chạm và có thể tiêu tán năng lượng một cách hiệu quả.

Trong một loạt các thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã kiểm tra khả năng chịu tác động của vật liệu với các vật thể có trọng lượng khác nhau ở các tốc độ khác nhau như thế nào. Các vật liệu này được va chạm với các vật thể nặng từ 4 đến 15 lb (1,8 và 6,8 kg) ở tốc độ lên tới 22 dặm/giờ (35,4 km/h). Không có gì ngạc nhiên khi vật liệu nhiều lớp tế bào hơn này lại hoạt động tốt hơn. Cấu trúc bốn lớp có mật độ hấp thụ năng lượng gần như gấp đôi so với cấu trúc một lớp.

Mặc dù các vật liệu cho đến nay chỉ được thử nghiệm với tác động lên đến 22 dặm/giờ (mph) nhưng nhóm nghiên cứu cho biết chúng cũng có thể hấp thụ các tác động ở tốc độ cao hơn.

Vật liệu này có thể dùng để cải thiện độ an toàn của mũ bảo hiểm, áo giáp, hãm xung ô tô và các bộ phận khác của xe cộ và máy bay, giúp tiêu tán năng lượng hiệu quả khỏi các va chạm trong khi đó lại có trọng lượng rất nhẹ.

Sung Hoon Kang, Phó giáo sư kỹ thuật cơ khí, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Chúng tôi rất vui mừng với những phát hiện của mình về khả năng hấp thụ năng lượng cực lớn của vật liệu mới. Vật liệu này mang lại khả năng bảo vệ tốt hơn, trọng lượng nhẹ hơn nên có thể giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và tác động môi trường của xe cộ và thoải mái hơn cho những người mặc đồ bảo hộ”.

Ứng dụng đầu tiên của vật liều sẽ là mũ bảo hiểm bởi vì hiện tại nhóm nghiên cứu đang phối hợp với một công ty để thiết kế và thử nghiệm loại đồ bảo hộ này cho các vận động viên và quân đội.

Công trình nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Advanced Materials mới đây.

P.T.T (NASATI), theo https://newatlas.com/materials/liquid-crystal-elastomer-impact-energy-absorb/, 10/3/2022