Vật liệu hạt LCE ở nhiều hình dạng khác nhau. Ảnh: Đại học Johns Hopkins
Vật liệu mới cấu tạo chủ yếu từ hạt elastomer (LCE) tinh thể lỏng, giúp sản xuất mũ bảo hiểm, áo giáp và bộ phận xe nhẹ, bền hơn, và có thể tái sử dụng.
LCE là mạng lưới polymer ở pha tinh thể lỏng, kết hợp đặc tính co giãn và độ ổn định. LCE thường được sử dụng để làm cơ cấu chấp hành và cơ bắp nhân tạo cho robot. Nhưng trong nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Advanced Materials, các nhà khoa học tìm hiểu khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu.
Nhóm nghiên cứu tạo ra các vật liệu bao gồm nhiều chùm LCE nghiêng, nằm kẹp giữa những cấu trúc đỡ dạng cứng. Khối đơn vị cơ bản này lặp lại dưới dạng nhiều lớp để oằn xuống ở nhiều mức độ khác nhau khi va chạm, phân tán năng lượng một cách hiệu quả.
Trong hàng loạt thí nghiệm, các nhà khoa học kiểm tra vật liệu mới có thể chịu tác động từ khối lượng khác nhau ở tốc độ khác nhau tốt tới mức nào. Họ cho các vật thể nặng 1,8 - 4,5 kg va đập với vật liệu ở tốc độ lên tới 35,4 km/h.
Vật liệu hoạt động tốt hơn với nhiều lớp hơn. Ví dụ, một cấu trúc 4 lớp có mật độ hấp thụ năng lượng nhiều hơn gần gấp đôi cấu trúc một lớp. Dù tính đến nay, vật liệu mới được thử nghiệm với lực tác động ở 35,4 km/h, nhóm nghiên cứu cho biết sản phẩm có thể chịu tác động ở tốc độ cao hơn. Vật liệu này có thể cải thiện độ an toàn của mũ bảo hiểm, áo chống đạn, thanh cản trước của xe hơi.
“Chúng tôi rất hào hứng với khả năng hấp thụ năng lượng cực tốt của vật liệu mới”, nhà nghiên cứu Sung Hoon Kang, trợ lý giáo sư ngành kỹ thuật cơ khí, cho biết. “Vật liệu cung cấp khả năng bảo vệ tốt hơn trước va chạm, nhưng lại đủ nhẹ để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu, tác động tới môi trường và mang lại cảm giác thoải mái cho người mặc đồ bảo hộ”.