pg下载 神奇的非牛顿流体材料——从淀粉糊到防弹衣

武侠电影当中时常会出现轻功“水上漂”这样的场景，拥有这种功法的人于水面之上奔跑，就好像走在平地上一样。然而在现实情况里，在水上进行奔跑却是十分难以达成的。那么究竟存在什么样的方法才能够实现“水上漂”呢？

人在非牛顿流体上奔跑

在那上图里，呈现出来的是这样一个情景，有一个人处于装满淀粉糊的环境当中，这淀粉糊可是淀粉与水混合而成的液体，并且拍到了这人奔跑时候的一个快速定格画面。当这个人站在这一液体的上面之际，他就如同那种下沉至水中的状态一样下陷入其中。而后，当这个人进行快速奔跑的时候，被其踩踏的地方会在瞬间变化成如同固体一致那般坚硬无比，能够有力地承担起人体所具有的重量。等到这个人的脚步离开了之后，刚才被踩踏之处又会再次变回液体的模样，就这样不断循环反复，进而能够轻轻松松地达成“水上漂”这样的奇特现象。

这里说的淀粉糊就是一类比较典型的非牛顿流体。

那究竟什么才算是非牛顿流体，它缘何会拥有这般神奇的能力？简要来讲，非牛顿流体乃是一类流体的总体称谓，在世界范畴内除了牛顿流体之外剩下的就都是非牛顿流体，诸如水、空气等等都归属于牛顿流体，它们具备的特性在于粘度是恒定不变的，较为正规的一种表述是其剪应力跟剪切应变率之间呈现的是线性关系；然而诸如牛奶、沥青以及淀粉糊等均属于非牛顿流体，它们所具有的特点是剪应力与剪切应变率之间呈现出非线性关系，也就是说粘度是会发生变化的。

典型的牛顿流体和非牛顿流体

但并不是所有的非牛顿流体都能实现“水上漂”。非牛顿流体之中，存在着一类“别样的存在”，它们碰到强大时会趋向强力变强，碰到弱势之时会随柔弱趋软，遭受外界的击打以及冲击期间，会变得“坚韧”起来，展现出强劲的抵抗能力，甚至于会变得如固态一般坚硬；而当外界的击打、冲击消散或者轻微触碰之际，它们又转变为流体，在国际范畴内将这类非牛顿流体材料称作“剪切增稠液体”，英文名称为STF（shear thickening fluid），淀粉糊归属于非牛顿流体里的剪切增稠流体。

凭借剪切增稠特性能够制作出柔性防弹衣，此种带有科幻感的“液体盔甲”，不但能够同传统硬质防弹衣那样防弹，还规避了传统防弹衣坚硬、沉重的特性，平常穿戴时舒适柔软，一旦遭受子弹冲击，着弹位置周边会马上自动强化，当冲击消逝，强化部位再度变为液体。当然，和防弹衣相结合的剪切增稠流体决然不是淀粉糊pg下载麻将胡了A.旗舰厅进体育.cc，这是由于淀粉糊自身容易腐败、容易发生变化且增稠能力微弱，性状也不稳定。专业化的领域当中，通常所采用的那种剪切增稠液体，是借助二氧化硅微颗粒，分散于聚合物溶液体里面，进而形成的一种悬浮液。在2003年的时候，美国特拉华大学那里，有个由Wagner教授所带领的课题组，开创性地把STF浸入到芳纶Kevlar纤维织物当中，从而开发出了一种全新的防弹复合材料，并且制备出了STF增强的防弹衣，这样一来，软体防弹衣就愈发受到人们的关注。在国内，中国科学院力学研究所，还有中国科学技术大学以及北京理工大学等相关单位，对于剪切增稠材料的研究，也都取得了相当多的成果。中国科学院力学研究所团队于2018年，在国际期刊Smart Materials and Structures上发表文章，文章当中指出，剪切增稠液体对于冲击，以及后续跟上的振动呈现出奇妙非凡的智能效应，其具备可以当作物理滤波器的实用效力，能够给处在高速冲击状况下的电子器件送去很好的保护作用。从微观形成的机理论述上讲，当剪切增稠液体承受冲击力之际，细微的二氧化硅颗粒会聚集到一块儿，好似“抱团取暖”一样，构建成团簇效应，此刻其粘度会急剧地上升，进而获取到强大的抵抗能力。但从本质来讲，这中间所发生的是一种物理方面的变化pg下载赏金下载，然而，这种建筑在颗粒体系这儿的液态防弹衣存有1个相当大的缺陷，即于长时间放置以后那边面颗粒物质会有结块变性此种情况发生，致使防弹效果降低，所以并未被大规模举行配发。

剪切增稠液体中“抱团取暖”的团簇效应

有一类在承受冲击载荷之时会出现化学键变化的材料，被称作“剪切硬化胶”，和STF相比较，剪切硬化胶不但展现出出色的柔韧性以及抗冲击性，还有着比STF更加出色的热稳定性以及可塑性（流动性偏弱），实际应用更为便利，，在自然状态或者低速冲击状况下，剪切硬化胶处于松弛、柔软的粘流态，展现出优异的柔韧性。外部冲击载荷增大之时，或者频率增大之时，剪切硬化胶会发生相变，从粘流态转变为高弹态，甚而转变成玻璃态，其宏观行为呈现为模量急剧增大，所以能够较为更好地抵抗冲击变形，进而吸收冲击能量。冲击载荷消失过后，剪切硬化胶不但能够恢复到最初的粘流态，而且就算呈现断裂破碎的状况，往后也是照样可以重新粘结上的，这也就显示出此种优异的自修复特性。

剪切硬化胶的流动性

剪切硬化胶不同冲击速度下粘流态-高弹态-玻璃态转变

国际上通行的剪切硬化胶配方采用的是一类聚合物材料，即聚硼硅氧烷，它类似于生活里常见的橡皮泥，因其靠着微观层面硼原子与氧原子构成的硼氧键的断裂速度迟滞效应，在自然状态下十分柔软，而在承受冲击之际。硼氧键会提供很强的抵抗力，并且冲击载荷越强。抵抗力就越大，这是剪切硬化胶国际上比较通行的配方。

剪切硬化胶的冲击硬化机理

英国有位名为Richard的工程师，在1999年发明了一种叫做“遇软则软，遇硬则硬”的材料D3O，它属于那种剪切硬化胶体系的抗冲击材料，在常态的时候，它是非常柔软的，并且具备弹性，一旦遭受到高速的冲击或者挤压，它的分子链就会马上相互锁定，使得材料变得坚硬，进而消耗外力。到外力消失以后，材料又会恢复到最开始的柔性状态。因为它有着出色的抗冲击性能以及优异的柔韧性，所以D3O已经被广泛地运用在冲击防护领域。有种由D3O材料制成的护具，它比传统护具要更为轻巧，而且和防护部位的贴合感更好，它是一种能把自由活动跟碰撞打击保护结合在此样的理想材料。然而呢，在低温环境当中，D3O材料容易硬化，它的舒适性以及冲击防护性能会大幅降低，进而严重影响人体的防护效能。

剪切硬化胶材料的应用方向

此之外，有一种基于微结构的单分散空心微球，也呈现出较好的冲击强化特性。其基本的原理是，要让冲击源跟被保护物体之间形成空心层，进而大幅衰减冲击波的强度。这类材料通常借助滤液合成法等方式来合成单分散的功能性纳米/微米聚合物微球，所制备的聚合物颗粒粒径处于数百纳米到数微米之间，微球的表面能够带有不同的功能基团。

能够瞧见，这类呈现剪切增稠效应或者冲击硬化效应的材料种类繁多，有颗粒悬浮液，有聚合物材料，有微球结构，这些就是对应所有发挥剪切增稠作用或以冲击硬化为作用的基团所在范围分类不同说法，有的是在颗粒层面体现，有的是在分子层面，有的则是在原子层面，也存在依靠其微结构特性来实现这种效应的情况。然而所有上述的这些材料都具备一个共通的特性，那就是通常都没办法单独作为工程材料来使用，全都需要和其他相应材料展开有机结合，如此才能够在最大限度上把它的抗冲击特性充分发挥展现出来。也就是说，这类材料工程化时有个极为关键的瓶颈，那就是要怎样去有效地提取这类材料里的有效抗冲击组分，随后把它与现有的工程材料作有机注入，进而形成那种全新的抗冲击工程材料哪。

中国科学院力学研究所的团队，创新性地提出了柔性智能抗冲击材料因子这个概念，它的英文名是FIAM，全称是Flexible Intelligent Anti-impact Material，简称为FIAM因子。这是一类功能性单元，它是处于介观到微观的尺度范围之内的，具有应变率增强的特性。它还能够在各个层面，像是微结构、分子层面以及原子层面等pg下载官方版打开即玩v1022.速装上线体验.中国，与传统工程材料相结合。而且在没有改变材料最初所呈现出的性状的状况之下，就能够提升对于外部冲击载荷所做出的智能响应能力。

这一过程，我们能称作是FIAM因子定向赋能的工艺，它的基本流程是，从多种上述冲击增强材料里，提取出具备智能抗冲击的有效组分，以此形成备选因子，但这些有效的组分同时也是冲击增强材料众多部件中的一部分，是材料经过复合、熔接、成型等多道工序后发挥作用时，其整体结构和性能所不可或缺的关键部分，再依据不同的冲击条件去反向设计，可选择的冲击条件有子弹冲击、人体跌倒、屏幕冲击等，这些冲击条件之间存在很大的区别，从中挑选符合要求的因子，注入到传统材料里，最终形成新型防护材料，这种材料兼具可靠性和抗冲击性能。

FIAM因子种类多样，依据物理状态别的标准，能分成溶液型、还有凝胶型以及固态型；通过物化特性不一样去分类，FIAM因子可分为水性以及油性；以透光度有差异来划分，FIAM因子能分为高透型、半透型，并且从应用场景方面又能够分为光学材料因子、橡胶材料因子以及泡沫材料因子等。

FIAM因子分类

中国科学院力学研究所团队，于2021年在国际上首次验证，剪切增稠胶体材料在降低防弹衣弹击后钝性伤害方面，具有明显效果。此后，经过2年攻关，成功从剪切增稠胶体中提取出FIAM - S03因子抗冲击因子，且成功将其注入到EVA（乙烯 - 醋酸乙烯共聚物）材料中，形成独特的抗冲击胞元结构，在宏观上却完全不改变传统EVA的基本物性。利用这种材料，为此辅助“刚柔并济”的多层复合结构，如此一来可大幅降低子弹冲击对人体器官出现的钝性伤害，像是心脏。这达成了柔性智能抗冲击防护技术带有创新性的变革。

FIAM赋能新型柔性防弹衣

FIAM因子赋能机理

FIAM因子在军事领域能用于防弹衣研制，还能用于提升军用电子元器件抗振性能等方面，中国科学院力学研究所团队研发出FIAM - G06智能抗冲击因子，对EP（环氧树脂）材料做赋能设计，在国防某重大专项支持下，形成了具备超强振动抑制特性的IMECAM智能柔性电子灌封胶，相关成果得到权威机构专业检测与认证。结果显示，IMECAM智能柔性电子灌封胶具备极为出色的抗冲击振动特性，其最高可把电子元器件的冲击信噪比提高至20倍。而且该产品已然成功运用在如多款导弹、火箭等关键电子器件的防护结构之上，达成了重大技术成果面向市场的转化。

灌封过后的18650锂电池组

FIAM因子能够下沉至民用领域之中，能够起到赋能作于动力电池领域，还能赋能进行运动健身领域，更能赋能柔性显示等这一领域。最新的实验所获得的结果表明，采用借助FIAM因子注入一术这一技术而打造形成的出现灌封胶体系，能够用来提升提高电动汽车底盘的抗受到撞击时能起到抵御的性能，从而可以有效降低减少在汽车出现碰撞时电池受到损害受损的概率，进而提升提高整车所具备的安全性能。

灌封过后的18650锂电池组

IMECAM智能柔性电子灌封胶抗冲击减振

FIAM - S04因子，面向运动健身里的低冲击环境适用而生，被注入至传统的TPE（热塑性弹性体）材料内，进而形成一款新型瑜伽垫产品，此产品将舒适、柔软、回弹、静音集于一身。测试的结果标明，这种瑜伽垫在做大幅伽动作之时，能明显减轻对膝部、肘部所产生的压力，由此可有效防止对人体关节致使的疲劳损伤。该产品连续两年登上亚洲最大户外展之ISPO运动用品与时尚展，深受瑜伽爱好者的广泛好评。

智能瑜伽垫

智能瑜伽垫缓解人体运动压力

如今这个阶段，FIAM因子赋能的技术，已然延伸至柔性显式的领域。OLED柔性显示模组，其抗冲击性能 weak，过去一贯都是制约软性显示器件开展大范围应用行动的一个至关重要的问题 ，并且于改善显示组件抗冲击性能这个方面，正面临着前所未有的严峻挑战 -- 一方面得要提升抗冲击性能，另一方面还要保障材料具备高透光度。把FIAM因子注入到显示模组的各层材料当中后，依据应用当下所需和力学所属场景，可以满足不同样式的光学以及防护等性能方面的需求，如此便会大幅度的增添显示组件抗冲击性能，具备极为光明的应用前景。

先有“水上漂”般的“淀粉糊”，后有“液体盔甲”样的柔性防弹衣，剪切增稠材料长久以来都是近年国内外研究前沿热点里头的一个，国内外历经长时间研究，收获了许多经验与成果。至于工程化这个方面，我国已然具备粉末、固态以及液态多种形态的FIAM因子，针对不同应用场景，应用于涵盖防弹衣的灌封胶、动力电池、柔性显示模组、运动健康等诸多广泛领域。