Dankzij een poreuze kunststoffolie kun je nu precies zien wáár een valhelm een klap heeft gekregen. En dus ook waar je in de ondergelegen hersenpan moet zoeken naar eventuele beschadigingen, zo viel te horen tijdens het herfstcongres van de American Chemical Society in Boston.

De folie, die je op of in de helm plakt, is gebaseerd op fotonische kristallen. Dat zijn regelmatige nanostructuren met een kleur die mede afhankelijk is van de vorm. In principe kun je ze dus als krachtsensor gebruiken: als ze door een klap worden samengeperst, vertaalt zich dat in een kleurverandering. Maar dan moeten ze wel voldoende vervormbaar zijn.

Een paar jaar terug lukte het de groep van Shu Yang (University of Pennsylvania) om kristallen te maken die voor dit doel bruikbaar waren. Maar de bereiding was te lastig voor praktische toepassing.

Postdoc Younghyun Cho pakt het daarom anders aan. Op een silicumwafer laat hij een suspensie van siliciumoxide-nanodeeltjes uitkristalliseren. De kristallen omhult hij met een thermoplastische kunststof, en daarna etst hij met zuur het silicium weg.

De negatieven, die in de kunststof achterblijven, reflecteren licht op dezelfde manier als een fotonisch kristal dat doet. Die kunststof is echter veel gemakkelijker te vervormen en de reflectie verandert daarbij van oranjerood via groen naar blauwpaars, afhankelijk van de uitgeoefende kracht. De golflengteverschuiving bedraagt bijna 6 nm voor elke procent vervorming.

Bij proeven bleken krachten van 10 tot 20 MPa goed te detecteren. Volgens de onderzoekers is dat ongeveer equivalent aan het gevolg van een harde tackle tijdens American football. Ze stellen voor om dan óf ter plekke, óf achteraf in het ziekenhuis de helm te inspecteren en zo te beoordelen of er kans bestaat op een blijvende hersenbeschadiging.

Punt van aandacht is wel dat de kunststoffolie niet te elastisch mag zijn. Duurt de belasting lang genoeg, dan zal ze inderdaad blijvend vervormen. Maar een (on)sportieve klap duurt meestal zo kort dan je kans loopt dat het materiaal gewoon terugveert.

bron: American Chemical Society