Espuma de nanotubos para capacetes é 30 vezes melhor

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/01/2024

O material supera em 30 vezes a capacidade de absorção de impacto de grau militar.
[Imagem: Komal Chawla et al. - 10.1016/j.carbon.2023.118526]

Espuma anti-impacto

Seja em um tombo ou no choque em um jogo de futebol, a maioria dos golpes na cabeça ocorre em ângulos estranhos. E esses impactos desencadeiam movimentos simultâneos lineares e rotacionais da cabeça. O movimento rotativo, em particular, causa tensão de cisalhamento, que é especialmente prejudicial ao cérebro.

Para minimizar esses riscos, Komal Chawla e colegas da Universidade Wisconsin-Madison, nos EUA, criaram uma espuma leve que se mostrou capaz de aliviar a maior parte ou toda a tensão do cérebro resultante de um impacto.

O novo material - uma espuma de nanotubos de carbono alinhados verticalmente - consegue dissipar uma enorme quantidade de energia cinética rotacional gerada por um impacto.

Se usado como material de revestimento de um capacete, por exemplo, o material poderá mitigar ou mesmo prevenir lesões cerebrais traumáticas ao diminuir a energia cinética rotacional que chegará a atingir o cérebro.

De fato, a nova espuma é 30 vezes melhor na absorção de tensões de cisalhamento do que a espuma atualmente usada nos forros dos capacetes de combate militares dos EUA.

"Este material mostrou-se muito promissor para permitir novos capacetes que serão drasticamente melhores na prevenção de concussões," disse o professor Ramathasan Thevamaran, cuja equipe já havia criado um alumínio superforte, superior ao aço inoxidável.

A espuma anti-impacto é formada por nanotubos de carbono alinhados verticalmente.
[Imagem: Komal Chawla et al. - 10.1016/j.carbon.2023.118526]

Capacetes mais eficientes

Atualmente, alguns capacetes tentam reduzir o movimento rotacional causado por impactos usando uma camada que permite que ocorra um movimento de deslizamento entre a cabeça do usuário e a camada externa do capacete. No entanto, essas camadas móveis não dissipam energia da tensão de cisalhamento; pior ainda, eles tendem a emperrar quando são severamente comprimidos - em outras palavras, justamente após o golpe contra o qual deveriam atuar.

Como não depende de camadas deslizantes, o novo material contorna essas deficiências. Melhor ainda, quando ele é comprimido, o material fica extraordinariamente melhor em lidar com o cisalhamento e dissipar a energia de um impacto do que quando está em estado de repouso.

Este avanço baseia-se em uma demonstração anterior da equipe sobre espumas de nanotubos de carbono alinhadas verticalmente, que apresentaram extraordinárias capacidades de absorção de choque. O material consiste em nanotubos de carbono - cilindros de carbono com apenas um átomo de espessura em cada camada - que são cuidadosamente organizados em estruturas cilíndricas compactadas. A nova arquitetura do material, que possui características estruturais únicas em múltiplas escalas de comprimento, confere ao material suas propriedades excepcionais.

Além disso, os pesquisadores demonstraram que suas espumas de nanotubos de carbono alinhadas verticalmente apresentam excelente condutividade térmica e difusividade, o que permite que um forro de capacete feito desse material mantenha a cabeça do usuário fria em ambientes quentes.

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