Các kỹ sư tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore đã phát triển một phương pháp thiết kế và chế tạo vật liệu đệm lót cấp vi mô mới với một loạt các tính chất có thể lập trình.

 Các loại vật liệu như gel rắn và bọt xốp hiện đang được sử dụng làm đệm lót, nhưng mỗi loại vật liệu này đều có những ưu và nhược điểm riêng. Gel rất hiệu quả trong làm đệm lót nhưng tương đối nặng; hiệu suất của gel cũng có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và có khả năng chịu nén hạn chế do thiếu độ xốp. Bọt xốp nhẹ hơn và chịu nén nhiều hơn, nhưng hiệu suất của chúng lại không phù hợp do không thể kiểm soát chính xác kích thước, hình dạng và vị trí của các khoảng trống (hoặc túi khí) trong quá trình sản xuất bọt.

 Để khắc phục những hạn chế này, các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) đã tìm ra phương pháp thiết kế và chế tạo ở cấp vi mô vật liệu đệm lót mới với một loạt các tính chất và hành vi có thể lập trình khắc phục được các hạn chế của thành phần vật liệu, bằng quá trình in 3D.

 Các nhà nghiên cứu Livermore tập trung vào việc chế tạo ra một loại đệm lót cấp vi mô có cấu trúc sử dụng mực silicon để tạo thành một loại vật liệu giống cao su sau khi in. Trong quá trình in, mực in lắng đọng thành một loạt các sợi liên kết theo chiều ngang (có thể nhỏ như sợi tóc) trong một lớp duy nhất. Lớp thứ hai của sợi sau đó được đặt theo hướng thẳng đứng. Quá trình này lặp lại cho đến khi đạt được chiều cao và cấu trúc lỗ hổng mong muốn.

 Các nhà nghiên cứu LLNL chế tạo đệm lót có hai cấu trúc khác nhau, một cấu trúc xếp chồng trực tiếp lên nhau và một cấu trúc so le. Mặc dù cả hai cấu trúc được tạo ra từ những vật liệu cấu thành giống nhau và có cùng mức độ xốp như nhau nhưng mỗi cấu trúc lại có những tính chất khác nhau rõ rệt khi nén và cắt. Cấu ​​trúc xếp chồng cứng hơn khi bị nén và khi lực nén tăng lên, nó bị mất ổn định. Cấu trúc so le mềm hơn khi bị nén và dễ bị cong hơn. Cấu trúc xếp chồng có các cột trụ vững chắc ở dưới có khả năng đỡ cao hơn, trong khi cấu trúc so le có các khoảng trống dưới mỗi sợi có khả năng chịu nén kém hơn nhiều.

 Nhóm nghiên cứu có thể mô hình hóa và dự đoán hiệu suất của mỗi cấu trúc dưới điệu kiện nén và xé. Kết quả này sẽ khó hoặc không thể làm với vâtl liệu xốp do cấu trúc ngẫu nhiên của chúng.

 Các nhà nghiên cứu đã dự báo việc sử dụng vật liệu hấp thụ năng lượng mới của họ trong nhiều ứng dụng, bao gồm các lớp đệm cho cả giày và mũ bảo hiểm, vật liệu bảo vệ cho thiết bị nhạy và trong các ứng dụng hàng không vũ trụ để chống lại các tác động của biến động nhiệt độ và rung.

Nguồn: NASATI, ngày 15/9/2014