Một loại vật liệu mới làm từ các chất đàn hồi
tinh thể lỏng có thể hấp thụ va chạm hiệu quả (Ảnh: Will Kirk/Johns Hopkins)
Chìa khóa của vật liệu mới là thứ được gọi là chất đàn hồi
tinh thể lỏng (LCE). Đây là mạng lưới các polyme đàn hồi ở pha tinh thể lỏng tạo
cho chúng sự kết hợp hữu ích giữa tính đàn hồi và tính ổn định. LCE thường được
sử dụng để chế tạo thiết bị truyền động và cơ nhân tạo cho robot, nhưng đối với
nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu lại muốn tìm hiểu khả năng hấp thụ năng lượng
của vật liệu.
Nhóm đã tạo ra vật liệu bao gồm các dầm nghiêng LCE được kẹp
giữa các cấu trúc nâng đỡ cứng. Đơn vị cơ bản này được lặp lại trên vật liệu
nhiều lớp, do đó chúng sẽ uốn cong ở các tỉ lệ khác nhau khi va chạm, phân tán
năng lượng một cách hiệu quả.
Trong một loạt các thí nghiệm, nhóm đã tiến hành kiểm tra
xem vật liệu có thể chịu được tác động của các khối lượng khác nhau ở các tốc độ
khác nhau như thế nào. Các vật liệu này bị va chạm bởi các đồ vật nặng từ 1,8 đến
6,8 kg ở tốc độ lên tới 35,4 km/h và như dự đoán, chúng vẫn
chịu được.
Có lẽ không có gì ngạc nhiên khi vật liệu hoạt động tốt hơn
với nhiều lớp hơn. Ví dụ, một cấu trúc có 4 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 hơn 35 km/h, nhóm nghiên cứu cho rằng chúng cũng có thể hấp thụ va
chạm ở tốc độ cao hơn.
Các nhà nghiên cứu cho hay vật liệu này có thể được sử dụng
để cải thiện độ an toàn của mũ bảo hiểm, áo giáp, cản ô tô và các bộ phận khác
của xe cộ và máy bay, giúp tiêu tán năng lượng hiệu quả từ các vụ va chạm trong
khi vẫn giữ được trọng lượng nhẹ.
"Chúng tôi rất vui mừng về 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 trước nhiều tác động nhưng nhẹ hơn có thể giảm mức tiêu thụ
nhiên liệu và tác động môi trường của xe cộ trong khi thoải mái hơn cho người mặc
đồ bảo hộ", tác giả cao cấp Sung Hoon Kang, phó giáo sư kỹ thuật cơ khí
cho biết.
Trường hợp sử dụng đầu tiên sẽ là mũ bảo hiểm, vì nhóm hiện
đang làm việc với một công ty để thiết kế và thử nghiệm loại đồ bảo hộ này cho
các vận động viên và quân đội.
LH (New Atlas)