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智 能 材 料
磁 流 变 液
磁 流 变 胶
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电 流 变 液
剪切增稠液
磁 性 液 体
实 验 室 介 绍
智 能 材 料
振 动 控 制
微机电系统
纳米颗粒运动
实 验 设 备
 
剪切增稠液

        剪切增稠液体(Shear Thickening Fluid, STF) 是一种新型智能材料,一般由分散相和分散介质组成,包括剪切增稠液和剪切增稠凝胶等。在常态下,剪切增稠材料十分柔软,一旦遇到高速的冲撞或挤压,材料变得坚硬从而消化外力。当外力消失后,材料会回复到它最初的柔软状态,它有着极强的吸收冲击的能力。

        剪切增稠效应对剪切应变率敏感,因此在工作时不需要像磁流变和电流变材料那样外加磁场或电场。采用这种材料研制的器件属于无源器件。由于其特殊性能,使其在防护领域及抗冲减振领域等具有广阔的应用前景,例如用于防弹材料或其它防护设备的制备中。已有实验结果表明,剪切增稠液体在低剪切速率下,出现剪切变稀现象;在高剪切速率下,出现剪切增稠现象。目前实验室采用溶胶凝胶方法制备纳米二氧化硅作为分散相,极性溶剂作为分散介质,正致力于研制高性能的剪切增稠液体。目前实验室正致力于研制高性能的剪切增稠液体以及基于此的应用开发研究。

剪切增稠液体的应用前景

利用剪切增稠液的剪切增稠特性,可以用来研制液体防弹衣等新一代身体防护设备。左图为子弹穿透三层纯Nylon纤维织物的视频;右图为子弹被两层注入过剪切增稠液的纤维织物挡住的视频。通过对比得出,剪切增稠液在提供更高的抗冲击强度的同时,降低了防护设备的重量和硬度。

                       
                                纯Nylon纤维                                               注入STF的Nylon纤维

        Li小组也对STF/Kevlar纤维织物复合材料进行了初步的研究。左图为测试前的样品对比图,右图为经过一次针刺测试后的样品前后面对比图。明显看出,没有加入STF的样品前后均被刺穿,加入过STF的样品后表面没有被刺穿,抗穿透性能更好。


纯Kevlar和STF/Kevlar的扫描电镜图                          经过一次针刺测试后的纯Kevlar和STF/Kevlar复合材料图

剪切增稠凝胶

        d3o凝胶与剪切增稠液类似,在常态下d3o凝胶可以随意揉捏成任意形状,当受到锤子的高速冲击时,d3o凝胶迅速变硬保持其形状从而消化外力,保护内部的手指不受到高速冲击的伤害。没有外加冲击后,d3o凝胶又恢复到它最初的柔软状态。

        剪切增稠材料的用途非常广泛,可以用于制造防护服、汽车装甲、头盔和手套,不但能够为军人和警察提供保护,也能为任何危险行业,如矿工、建筑工人等提供更舒适的工作服。 这种新型材料还可以被制成防爆毯,覆盖在可疑包裹或未爆炸的军火上;甚至可以用在军用帐篷以及战场中的墙体上,从而保护内部人员的生命安全。

实验室研究进展

        采用球磨法将分散相和添加剂分散到分散介质中制备了多种不同性能的剪切增稠液。

        制备得到三种分散相颗粒的扫描电镜图和性能曲线

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