盖世汽车讯 为了保护车辆乘员，人们急于设计出更好的头部保护装置。其中一项发明是纳米泡沫，即足球头盔的内部材料。据外媒报道，弗吉尼亚大学（University of Virginia）的研究人员大大改良了纳米泡沫。这种新设计将纳米泡沫与“非浸润电离液体”（non-wetting ionized liquid）结合在一起。该团队了解到，水以一种形式与纳米泡沫完美混合，形成液体缓冲。这种多功能和响应材料有望用于保护汽车乘员和运动员等。

（图片来源：弗吉尼亚大学）

为了充分提高安全性，夹在头盔内外层之间的保护泡沫应能承受多次撞击。这种材料需要提供足够的缓冲力，为头部落地创造柔软的地方，但又要有足够的弹性，以便弹回来，为下一次冲击做好准备。总的来说，这种材料需要不硬且有弹性。

研究人员尝试在纳米泡沫中加入液体，以创造一种能够满足复杂安全要求的材料。该校机械和航空航天工程系副教授Baoxing Xu表示：“研究人员发现，用离子水而不是普通水来制造液体纳米泡沫垫层，大大改变了材料性能。在设计中使用离子水是一个突破，因为研究人员发现了一种不寻常的液体-离子配位网状物，有可能创造出更复杂的材料。”

在头盔内部，液体纳米泡沫垫层可以压缩和分散冲击力，从而充分减少传递到头部的力，降低人员受伤风险。而且，这种材料也可以在冲击后恢复其原有形状，能够承受多次冲击。Xu表示：“另外，增强材料更有弹性。由于离子簇和网状物在材料中的形成方式，这种材料可以对外部震动做出动态响应。”

密歇根州立大学（Michigan State University）土木工程副教授Weiyi Lu表示，这种液体纳米泡沫垫层减轻了重量和尺寸，可以被设计成更轻、更小、更安全的保护装置。

当被挤压或机械变形时，传统纳米泡沫的保护机制取决于材料的反应特性，例如“塌陷”和“致密化”。顾名思义，致密化是泡沫在强烈冲击下发生严重变形。传统的纳米泡沫材料发生塌陷和致密化后，因材料永久变形很难恢复原状。与液体纳米泡沫相比，这些过程非常缓慢（几毫秒），无法适应“高减力要求”。在发生碰撞和冲击时，难以在短时间内有效吸收和消散高强度冲击。

传统纳米泡沫的另一个缺点是，当多次受到较小的冲击而不会使材料变形时，泡沫会完全变硬，无法提供保护。这可能导致软组织损伤，如创伤性脑损伤。

该团队开发了一种方法，使材料在几微秒内就能对冲击做出反应。通过控制材料的机械性能，将纳米多孔材料与“非浸润液体”或离子水结合起来，可以在纳米尺寸受限环境中超高速传输液体。此外，由于液体纳米泡沫垫层的非浸润性，在撞击后液体纳米泡沫垫层可以恢复至原来的形状，因为液体会从孔隙中喷出，从而承受反复的打击。这种动态调整和重整能力，解决了材料因微冲击而变硬的问题。

受益于这种液体特性，新型纳米泡沫具有诸多潜在用途，比如汽车。为了适应电力推进和自动驾驶车辆的新兴时代，人们正在重新考虑汽车的安全和材料保护系统。这种泡沫可以用来制造保护垫，在事故中缓解冲击或帮助减少振动和噪音。