从跌倒到足球铲球，大多数头部受到的打击都是以奇怪的角度发生的。这些冲击会同时触发头部的线性和旋转运动。旋转运动尤其会引起剪切应变，这对大脑尤其有害。

为了防止衰弱性脑外伤新型泡沫材料脱颖而出

一种新型轻质泡沫材料可以减轻大脑的大部分或全部压力。

这种新材料由威斯康星大学麦迪逊分校的工程师开发，是一种垂直排列的碳纳米管泡沫，可以消散撞击产生的大量旋转动能。作为头盔衬里材料，它可以通过在到达大脑之前削弱旋转动能来减轻甚至预防创伤性脑损伤。

事实上，这种新材料吸收剪切应变的能力比美国军用战斗头盔衬垫目前使用的泡沫好30倍。该团队在2023年12月7日发表在《实验力学》杂志上的一篇论文中描述了这种材料及其独特特性。

领导这项研究的威斯康星大学麦迪逊分校机械工程系助理教授RamathasanThevamaran表示：“这种材料在制造新型头盔方面显示出巨大的前景，能够大大更好地防止脑震荡。”

目前，一些头盔试图通过采用允许佩戴者的头部和头盔外壳之间发生滑动运动的层来减少冲击造成的旋转运动。然而，Thevamaran表示，这些移动层不会耗散剪切应变产生的能量;更糟糕的是，当它们受到严重压缩时(换句话说，受到打击后)，它们往往会卡住。

由于它不依赖滑动层，因此新材料回避了这些缺点。

更好的是，当材料被压缩时，它能够更好地适应剪切力和消散冲击能量，Thevamaran说。

这一进展建立在他之前对垂直排列碳纳米管泡沫的研究基础上，他的团队在研究中展示了该材料非凡的减震能力。该材料由碳纳米管(每层只有一个原子厚的碳圆柱体)组成，它们被仔细排列成紧密堆积的圆柱体结构。该材料新颖的结构在多个长度尺度上具有独特的结构特征，赋予了该材料卓越的性能。

此外，研究人员最近证明，他们的垂直排列碳纳米管泡沫表现出出色的导热性和扩散性，这使得由该材料制成的头盔内衬能够在炎热环境中保持佩戴者头部凉爽。

再加上它的薄度，这种冷却能力使新材料与石墨泡沫相当，并使其对于重量较轻的应用具有吸引力。除了头盔衬垫之外，该材料还可以用于电子封装和电子系统，以防止冲击并保持电子设备凉爽。