剪切增稠液檢視原始碼討論檢視歷史

來自知乎

剪切增稠液體，英文名Shear Thickening Fluid，是21世紀初在美英興起並在中國進一步發展的一種新型防護材料，「剪切增稠液」中自由懸浮着許多特殊粒子，他所包含的納米球形顆粒是自然界中最堅硬的非金屬材料之一它平時呈現柔韌性，而在受到衝擊時呈現堅固性。目前作為一種新型的材料廣泛使用在人體防護裝備中。

簡介

剪切增稠液體（Shear Thickening Fluid）(STF)中的納米球形顆粒是自然界中最堅硬的非金屬材料之一，剪切增稠液實驗是21世紀初在美英興起並在中國進一步發展的一種新型防護材料，它平時呈現柔韌性，而在受到衝擊時呈現堅固性。在一定程度上，剪切增稠液體調和了裝備的防護性能和舒適性之間的矛盾，使得兩者間和諧共存，是能將人體自由活動與碰撞打擊保護結合在一起的首選材料。剪切增稠液體的特性，決定了其非常適合在防護裝備特別是排爆搜爆裝備中應用。

優勢

STF調和了防護性能和舒適性之間的矛盾，最關鍵的是，它還代表着防護裝備和防身裝備背後蘊含的設計理念上的巨大改變。例如液體防彈衣和液體防刺服，平時當人們穿着它行動時，數以億計的柔軟」細胞」就會跟着運動，不會限制人體的動作，甚至還能輕鬆自由地跑跳、翻滾、踢球；而在人體需要保護的那一刻，它卻變得異常堅韌。用STF製造的連體服裝，可以保護人體需要防護的任何部位，無論人體如何彎曲，防護性能都不會受損。

原理

「剪切增稠液」中自由懸浮着許多特殊粒子。當液體因為劇烈衝擊而被攪亂時，其中的特殊粒子相互碰撞，形成了對這種攪動的抵抗力。當攪動力足夠大時，這些粒子其實就已被相互「鎖定」。當子彈高速撞擊這種材料時，「剪切增稠液」防彈衣就會吸引撞擊能量，並迅速變得極其堅硬。

試驗發現 當慢速攪動容器中的剪切增稠液時，最初會感到輕微的抵抗力。攪動得越快，抵抗力越大。

在日常生活中也能見到類似的剪切增稠現象。比如，當人們在沙灘上享受美好陽光的同時，在合適的條件下，腳下潮濕的沙子也有類似剪切增稠的現象：當快速跑過沙灘時，只留下了腳印；但當站在沙灘上不動時，身體則會慢慢的下陷。如果自己作試驗，可找一個容器，最好是透明的，用澱粉和水混合，攪拌均勻，放置30min。在此期間澱粉會沉澱在容器的底部，等到沉澱物上方液體澄清後將水倒掉；剩下的物質就具有剪切增稠特性，如果用手指或筷子慢慢插入，感覺不到太大的阻力；但快速插入或攪拌時，則會感覺到有很大的阻力。剪切增稠液製造液體盔甲當用細棒輕輕攪拌杯子裡的液體時，發現它跟普通的液體沒什麼兩樣，但一旦加快攪拌的速度和力度，就會發現它越來越黏稠；慢慢提起細棒時很輕鬆，但猛地提起時，杯子連同杯子中的液體就會一起被提起。

防護原理 將極其細小的納米球形微粒（如SiO2堅球形微粒）混入到不揮發、流動性好的無毒液體中，形成懸浮液或凝膠。這種流動性很強的液體和堅硬的微粒結合後，即能形成性能非比尋常的剪切增稠液體。這種新型液態材料平時非常容易變形，納米級硬質粒子呈懸浮狀態；然而，一旦受到衝擊，在碰撞點原先呈懸浮狀態的硬質納米粒子便會驟然聚集成微粒簇，從而使剪切增稠液體在瞬間變得十分堅硬，阻止致命衝擊對人體的傷害。

應用

利用這種具有剪切增稠特性的液體製作多種人體防護裝備， 這些防護服裝和服飾主要是用來防止和減少運動物體的衝擊、穿刺、切割、撕裂、拉伸所帶來的傷害和損害，擁有防衝擊、防破片、防刃刺、防錐刺、防針刺、防切割、防砍、防砸、防鏈鋸切割和防飛濺等功能。這些STF防刺服、防割服和防刀衣具有優異的性能指標，是用芳綸1414（如凱芙拉Kevlar或Twaron）、高強度高密度聚乙烯、PBO等纖維製造的織物和非織造物經過浸漬、塗覆STF液體或凝膠製成。不同的織物材料，使用不同型號顏色的STF液體，即可製成具有不同性能指標的防護材料。通過設計不同防護複合結構，可實現各種材料的優勢互補，達到一加一大於二的效果。利用剪切增稠液製作的防護服

防護服 STF防護服平時穿用非常柔軟舒適，一旦遭到砍刀、匕首等利物砍、刺，破片衝擊，就在受到衝擊的瞬間變得堅韌無比，而且能將衝擊力沿織物迅速分散開來，大大降低單位面積的壓強。當衝擊力消失之後，剪切增稠液又恢復液體狀態，織物也重新變軟。

防彈衣 英國BAE系統公司研製一種液體防彈衣。這一具有革命性的發明採用一種名為「剪切增稠液」的液體，該液體在受到子彈衝擊時會變硬從而起到阻擋子彈的作用。新型液體防彈衣可以為士兵提供史無前例的有效保護，同時又能保證他們自由靈活地運動，不再受到笨重的傳統防彈衣的限制。「剪切增稠液」還可以噴塗於兩層凱夫拉爾之間，製成超強超薄防彈衣。本來，凱夫拉爾材料的強度就是鋼鐵的五倍，因此它也被認為是標準的防彈衣材料。現在，這種新型超強超薄防彈衣比普通的防彈衣要薄得多，而重量只相當於普通的一半。

清華大學 摩擦學 國家重點實驗室：剪切增稠液的製備及其流變特性研究《STF技術在個人防護裝備中的應用與發展》人民網：英發明神奇液體防彈衣：重僅為傳統防彈衣一半