(Phys.org) —Ingenieurs aan de Universiteit van Californië, San Diego ontwikkelt nanofoams die kunnen worden gebruikt om betere kogelvrije vesten te maken; voorkomen van traumatisch hersenletsel en explosiegerelateerde longletsels bij soldaten; en gebouwen te beschermen tegen schokken en ontploffing. Het is de eerste keer dat onderzoekers het gebruik van nanofoams voor structurele bescherming onderzoeken.

"We ontwikkelen nanofoams die helpen de kracht van een impact over een groter gebied te verspreiden, " zei Yu Qiao, een professor in bouwtechniek aan de Jacobs School of Engineering aan de UC San Diego. "Ze zullen minder stijf lijken, maar in werkelijkheid resistenter zijn dan gewoon schuim."

Onderzoekers zitten in het eerste jaar van een driejarig programma dat wordt gefinancierd door het Army Research Office. "We boeken veelbelovende resultaten, " zei Qiao. Cang Zhao, een doctoraat student in de onderzoeksgroep van Qiao, zal de resultaten presenteren op Research Expo 18 april op de UC San Diego campus.

De nanofoams zijn gemaakt van een honingraat, of poreus, structuur en zijn zeer licht — poriën vormen ergens tussen de 50 en 80 procent van de structuur. Onderzoekers hebben geprobeerd de optimale poriegrootte te bepalen om energie van schokken te absorberen. Ze hebben monsters vervaardigd met poriegroottes variërend van 10 nanometer tot 10 micron. Voorlopige resultaten tonen aan dat wanneer de poriegrootte tientallen nanometers bereikt, het materiaal lijkt het beste te presteren. Die monsters absorberen energie van een impact of ontploffing over een groter gebied, waardoor het materiaal beter bestand is tegen schokken en ontploffing. Daarentegen, in gewoon schuim, energie wordt geabsorbeerd in één gelokaliseerd gebied, leidt tot een snelle mislukking. Dit probleem wordt "schadelokalisatie" genoemd en betekent dat gewone schuimen niet goed presteren om te beschermen tegen stoten of ontploffing.

De materialen worden getest in het laboratorium van Qiao op de Jacobsschool. Monsters worden in een testopstelling geplaatst die wordt aangedreven door een gaspistool en onderworpen aan steeds sterkere schokken. Onderzoekers legden de monsters vervolgens onder een scanning elektronenmicroscoop om de schade te onderzoeken. Ze bepalen aan de hand van uitgebreide data-analyse hoeveel energie de nanofoams tijdens de botsproeven hebben opgenomen.

De monsters worden ook vervaardigd in het laboratorium van Qiao. Onderzoekers mengen eerst twee materialen op moleculair niveau, dan gebruiken ze zuuretsen of verbranden om een ​​van de twee materialen te verwijderen, daarbij lege kanalen op nanoschaal creëren. Momenteel, het materiaal is droog uitgehard. Gedurende de komende twee jaar zal onderzoekers zijn van plan soortgelijke principes toe te passen bij het vervaardigen en testen van metalen en polymere nanomaterialen.

"Al meer dan honderd jaar proberen mensen schade door schokken te voorkomen, " zei Qiao. "Ik hoop dat dit concept een nieuwe oplossing kan bieden."