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[[File:剪切增稠液.jpg|缩略图|[https://zhuanlan.zhihu.com/p/314986207 来自知乎]]] '''剪切增稠液体''',英文名Shear Thickening Fluid,是21世纪初在美英兴起并在中国进一步发展的一种新型防护材料,“剪切增稠液”中自由悬浮着许多特殊粒子,他所包含的纳米球形颗粒是自然界中最坚硬的非金属材料之一它平时呈现柔韧性,而在受到冲击时呈现坚固性。目前作为一种新型的材料广泛使用在人体防护装备中。 == 简介 == 剪切增稠液体(Shear Thickening Fluid)(STF)中的纳米球形颗粒是自然界中最坚硬的非金属材料之一,剪切增稠液实验是21世纪初在美英兴起并在中国进一步发展的一种新型防护材料,它平时呈现柔韧性,而在受到冲击时呈现坚固性。在一定程度上,剪切增稠液体调和了装备的防护性能和舒适性之间的矛盾,使得两者间和谐共存,是能将人体自由活动与碰撞打击保护结合在一起的首选材料。剪切增稠液体的特性,决定了其非常适合在防护装备特别是排爆搜爆装备中应用。 == 优势 == STF调和了防护性能和舒适性之间的矛盾,最关键的是,它还代表着防护装备和防身装备背后蕴含的设计理念上的巨大改变。例如液体防弹衣和液体防刺服,平时当人们穿着它行动时,数以亿计的柔软”细胞”就会跟着运动,不会限制人体的动作,甚至还能轻松自由地跑跳、翻滚、踢球;而在人体需要保护的那一刻,它却变得异常坚韧。用STF制造的连体服装,可以保护人体需要防护的任何部位,无论人体如何弯曲,防护性能都不会受损。<ref>[https://zhidao.baidu.com/question/300722789 怎样做剪切增稠液]百度知道</ref> == 原理 == “剪切增稠液”中自由悬浮着许多特殊粒子。当液体因为剧烈冲击而被搅乱时,其中的特殊粒子相互碰撞,形成了对这种搅动的抵抗力。当搅动力足够大时,这些粒子其实就已被相互“锁定”。当子弹高速撞击这种材料时,“剪切增稠液”防弹衣就会吸引撞击能量,并迅速变得极其坚硬。 试验发现 当慢速搅动容器中的剪切增稠液时,最初会感到轻微的抵抗力。搅动得越快,抵抗力越大。 在日常生活中也能见到类似的剪切增稠现象。比如,当人们在沙滩上享受美好阳光的同时,在合适的条件下,脚下潮湿的沙子也有类似剪切增稠的现象:当快速跑过沙滩时,只留下了脚印;但当站在沙滩上不动时,身体则会慢慢的下陷。如果自己作试验,可找一个容器,最好是透明的,用淀粉和水混合,搅拌均匀,放置30min。在此期间淀粉会沉淀在容器的底部,等到沉淀物上方液体澄清后将水倒掉;剩下的物质就具有剪切增稠特性,如果用手指或筷子慢慢插入,感觉不到太大的阻力;但快速插入或搅拌时,则会感觉到有很大的阻力。剪切增稠液制造液体盔甲当用细棒轻轻搅拌杯子里的液体时,发现它跟普通的液体没什么两样,但一旦加快搅拌的速度和力度,就会发现它越来越黏稠;慢慢提起细棒时很轻松,但猛地提起时,杯子连同杯子中的液体就会一起被提起。 防护原理 将极其细小的[[纳米球形微粒]](如SiO2坚球形微粒)混入到不挥发、流动性好的无毒液体中,形成悬浮液或[[凝胶]]。这种流动性很强的液体和坚硬的微粒结合后,即能形成性能非比寻常的剪切增稠液体。这种新型液态材料平时非常容易变形,纳米级硬质粒子呈悬浮状态;然而,一旦受到冲击,在碰撞点原先呈悬浮状态的硬质纳米粒子便会骤然聚集成微粒簇,从而使剪切增稠液体在瞬间变得十分坚硬,阻止致命冲击对人体的伤害。 == 应用 == 利用这种具有剪切增稠特性的液体制作多种人体防护装备, 这些防护服装和服饰主要是用来防止和减少运动物体的冲击、穿刺、切割、撕裂、拉伸所带来的伤害和损害,拥有防冲击、防破片、防刃刺、防锥刺、防针刺、防切割、防砍、防砸、防链锯切割和防飞溅等功能。这些STF防刺服、防割服和防刀衣具有优异的性能指标,是用芳纶1414(如凯芙拉Kevlar或Twaron)、高强度高密度聚乙烯、PBO等纤维制造的织物和非织造物经过浸渍、涂覆STF液体或凝胶制成。不同的织物材料,使用不同型号颜色的STF液体,即可制成具有不同性能指标的防护材料。通过设计不同防护复合结构,可实现各种材料的优势互补,达到一加一大于二的效果。利用剪切增稠液制作的防护服<ref>[https://mp.weixin.qq.com/s?src=11×tamp=1611279404&ver=2843&signature=5ziMUC9mOXDz1A9GJU1Y8g7WnATGT3icD9D-XfjU*CoI7U9f4cdADuODRXByqdsss0WIE*I5ukjkIVSQ6K65zBXgDb7jPpg5kGWSjAQtumavof5NEv7xPtQGzMWc4n2x&new=1 温度对SiO2/PEG基剪切增稠液流变性能的影响]微信</ref> 防护服 STF防护服平时穿用非常柔软舒适,一旦遭到砍刀、匕首等利物砍、刺,破片冲击,就在受到冲击的瞬间变得坚韧无比,而且能将冲击力沿织物迅速分散开来,大大降低单位面积的压强。当冲击力消失之后,剪切增稠液又恢复液体状态,织物也重新变软。 防弹衣 英国BAE系统公司研制一种液体防弹衣。这一具有革命性的发明采用一种名为“剪切增稠液”的液体,该液体在受到子弹冲击时会变硬从而起到阻挡子弹的作用。新型液体防弹衣可以为士兵提供史无前例的有效保护,同时又能保证他们自由灵活地运动,不再受到笨重的传统防弹衣的限制。“剪切增稠液”还可以喷涂于两层凯夫拉尔之间,制成超强超薄防弹衣。本来,凯夫拉尔材料的强度就是钢铁的五倍,因此它也被认为是标准的防弹衣材料。现在,这种新型超强超薄防弹衣比普通的防弹衣要薄得多,而重量只相当于普通的一半。 清华大学 摩擦学 国家重点实验室:剪切增稠液的制备及其流变特性研究《STF技术在个人防护装备中的应用与发展》人民网:英发明神奇液体防弹衣:重仅为传统防弹衣一半 == 參考來源 == {{Reflist}} [[Category:340 化學總論]]
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