(Phys.org) — Ingenjörer vid University of California, San Diego utvecklar nanoskum som kan användas för att göra bättre rustningar; förhindra traumatisk hjärnskada och blastrelaterade lungskador hos soldater; och skydda byggnader från stötar och sprängningar. Det är första gången forskare undersöker användningen av nanoskum för strukturellt skydd.

"Vi utvecklar nanoskum som hjälper till att sprida kraften från ett slag över ett större område, sa Yu Qiao, en professor i konstruktionsteknik vid Jacobs School of Engineering vid UC San Diego. "De kommer att se ut att vara mindre styva men kommer faktiskt att vara mer motståndskraftiga än vanliga skum."

Forskare är inne på det första året av ett treårigt program som finansieras av Army Research Office. "Vi får några lovande resultat, " sa Qiao. Cang Zhao, en Ph.D. student i Qiaos forskargrupp, kommer att presentera resultaten på Research Expo 18 april på UC San Diego campus.

Nanoskummet består av en bikaka, eller porös, struktur och är mycket lätta – porer utgör allt från 50 till 80 procent av strukturen. Forskare har försökt att bestämma den optimala porstorleken för att absorbera energi från stötar. De har tillverkat prover med porstorlekar från 10 nanometer till 10 mikron. Preliminära resultat visar att när porstorleken når tiotals nanometer, materialet verkar fungera bäst. Dessa prover absorberar energi från en stöt eller sprängning över ett större område, vilket gör materialet mer motståndskraftigt mot stötar och sprängningar. Däremot i vanliga skum, energi absorberas i ett lokaliserat område, leder till snabbt misslyckande. Detta problem kallas "skadelokalisering" och innebär att vanliga skum inte fungerar bra för att skydda mot stötar eller sprängningar.

Materialet testas i Qiaos labb på Jacobs skolan. Prover placeras i en testrigg som drivs av en gaspistol och utsätts för allt starkare stötar. Forskare satte sedan proverna under ett svepelektronmikroskop för att undersöka skadan. De använder omfattande dataanalys för att avgöra hur mycket energi nanoskummet absorberade under slagtesterna.

Proverna tillverkas även i Qiaos labb. Forskare blandar först två material tillsammans på molekylär nivå, sedan använder de syraetsning eller förbränning för att ta bort ett av de två materialen, skapa tomma kanaler i nanoskala i processen. För närvarande, materialet är torrhärdat. Under de kommande två åren, forskare planerar att tillämpa liknande principer för att tillverka och testa metalliska och polymera nanomaterial.

"Människor har tittat på att förhindra skador från påverkan i mer än hundra år, ", sa Qiao. "Jag hoppas att detta koncept kan ge en ny lösning."