研究人员近日开发出由碳纳米管制成的新型轻质减震泡沫，将其作为头盔衬垫时在运动员和退伍军人中，创伤性脑损伤 是永久性残疾和[*][*]的主要原因之一。损伤统计数据显示，大多数脑震荡都与斜向冲击有关，斜向冲击使大脑受到线性和旋转动能力的组合，并导致脆弱的脑组织剪切。

　　威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员深入研究 TBI，研发了垂直排列的碳纳米管减震泡沫。

　　这种新型材料由许多微米级的圆柱体结构组成，并垂直排列成许多碳纳米管泡沫。研究人员从纳米碳管开始，管子每层厚度只有一个碳原子，将其进行多层堆叠后，形成一种由碳构成的空心圆柱体，并对其做有关于强度、能量吸收和压力等方面的测验。

　　目前的头盔内衬在受到外力撞击过程后，主要通过头部和头盔之间滑动运动来减少旋转运动，只是这种运动并不会耗散能量，如果承受超出范围的力量打击之后就会卡住。

　　VACNT 泡沫通过其独特的变形机制避免了这一缺点。在压缩作用下，VACNT 会经历集体的顺序渐进屈曲，从在低剪切应变水平下增加柔顺性到在高应变水平下增加刚度响应。

　　形成的压缩扣完全展开，使 VACNT 泡沫能够承受较大的剪切应变，然后在负载移除后恢复到接近初始状态。

　　实验中，他们采用了几种不同的厚度，对每个管内直径、管壁尺寸和每个碳管之间的距离进行了一系列测试，这是一项不小的任务。他们一共研究了 60 种不同的组合，并对每个样本进行了三项测试，进行了 180 次实验，共做出 180 个样本。

　　在测试这些样本对于外部冲击产生的形变和恢复的状况时，发现 VACNT 泡沫的抗压强度比普通的泡沫材料要高得多，能够承受 80% 或更高的应力并几乎完全恢复。

　　研究人员在测试的过程发现，碳纳米管的管内直径在 50 微米、管壁厚度在 10 微米以下，且碳纳米管之间排列越近时，所产生的泡沫减震性能越佳，反之则越差。

　　这项碳纳米管泡沫材料能量吸收力是美国军队使用高级战斗头盔衬里使用的 Zorbium泡沫材质的 30 倍。

　　目前，该研究获得了美国海军和陆军研究办公室的资助。另外，军事行业合作伙伴、头盔制造商 Team Wendy 正在试验头盔内衬原型的新材料，以研究其在现实场景中的实际性能。

　　附上论文参考地址：

　　Maheswaran, B., Chawla, K. & Thevamaran, R. Mitigating Oblique Impacts by Unraveling of Buckled Carbon Nanotubes in Helmet Liners. Exp Mech .