神奇的非牛顿流体材料——从淀粉糊到防弹衣

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对于非新闻流体，每个人都可能知道其特征：您柔软柔软，您很坚强。但是，您知道使用了什么“黑色技术”？今天，让我们看一下中国科学院机械学院的两位老师和魏扬彭（Wei Yanpeng）所带来的流行科学文章，以了解非纽顿液体的奥秘〜

在武术电影中，通常有一个轻型作品“水漂移”的场景。在水上奔跑的方法的人就像地面一样。实际上，很难在水上奔跑。那么有什么方法可以实现“水漂移”？

人们在非新顿液体上奔跑

上图是在淀粉糊中运行的快照（淀粉和水的混合液体）。站在液体上时kaiyun全站网页版登录，人们会像沉入水中一样沉入其中。但是，当人们迅速奔跑时，这些步骤将立即变得像固体一样坚硬，以支持人体的体重。重新改变回到液体，依此类推，以便轻松实现“水漂移”。

这里的淀粉酱是一种典型的非新闻液。

那么什么是非新闻液，为什么它具有如此神奇的能力？简而言之，非新闻液的说法是，除了牛顿液是非纽顿液体，水，空气等，除了世界上牛顿液外，牛顿液属于牛顿液。他们的特征是粘度是相同的。与剪切应力的线性关系；和“牛奶，沥青和淀粉糊”都是非牛顿液。它们的特征是剪切应力与剪切应变速率之间的非线性关系，即粘度是变化。的。

典型的牛顿液和非新闻流体

但是，并非所有非新闻流体都能达到“水漂移”。在非纽顿液中有一种“特殊存在”。当他们坚强时，它们很坚强，而且很虚弱。当它们受到外界的击中和影响时，它们将变得“顽强”，表现出强烈的抵抗力，即使它也会变得像牢固一样坚硬。当外界击中，消失或轻轻触摸时，它们就会变成液体。在国际上，这种非新闻流体材料称为“剪切增厚液体”，英文名称为STF（剪切增厚液），淀粉糊属于剪切，以增加非牛顿液中的流体。

可以将剪切增厚特性的使用用于柔性防弹夹克。这种带有科幻-fi的“液体装甲”不仅可以像传统的防弹衣服一样，而且还克服了传统的防弹外套的特征。通常舒适穿。柔软，一旦受到子弹的影响，它将在子弹位置附近自动加强。当冲击消失时，强化部分将变成液体。当然，剪裁加厚的液体与防弹夹克相结合绝对不是淀粉糊。这是因为淀粉酱本身易于腐烂，退化，增稠和不稳定。专业领域通常用于剪切增厚液体中。散射在聚合物溶液中的二氧化硅的悬浮液。 2003年，由美国瓦格纳大学（Wagner University）教授领导的研究团队将STF开创了Aramid Kevlar纤维织物，以开发一种新型的防弹复合材料，并准备STF增强的防弹衣服。观看越多。在中国，中国科学院开yun体育app官网网页登录入口，中国科学技术学院和北京理工学院的力学研究所的研究也取得了很多成果。中国科学院力学研究所的团队发表了一篇有关2018年国际杂志智能材料和结构的文章，剪切厚液体对影响和随后的振动具有神奇的智能影响。影响下的电子设备起着良好的保护作用。就微型机制而言，当剪切增厚液体受到影响时，细硅颗粒将聚集在一起以“保持加热”以形成簇效应，并且粘度将急剧上升，从而获得强烈的抗性。但从本质上讲，中间发生了身体变化。但是，在这种基于颗粒的液体防弹涂层中存在一个相对较大的缺陷，也就是说，在放置了很长时间后，颗粒将被降解以减少防弹效果，因此不会大规模分布。

在剪切增厚液体中“握住球加热”的簇效应

还有一种类型的材料，可以在承受撞击载荷时改变化学键，称为“剪切硬化胶”。与STF相比，剪切硬化胶不仅表现出极好的柔韧性和抗冲击力性，而且具有STF比STF更出色的热稳定性和可塑性（弱流动性），并且更方便地涂抹。在自然状态或低速下，剪切和硬化胶处于轻松且柔软的粘合剂状态，表现出极好的柔韧性。随着外部冲击负荷（或频率）的增加，剪切和硬化胶可能会从粘合剂到高弹性状态，甚至是玻璃状态。电阻影响变形并吸收冲击能量。当撞击负荷消失时，剪切和硬化胶不仅可以恢复原始粘合剂，而且还可以在休息和粉碎后重新构成，从而显示出极好的自我修复特性。

剪切和硬化胶的流动性

切割和硬化的胶水不同的影响速度不足的粘附高弹性状态玻璃状态转换

切割和硬化胶中相对常见的配方是一种聚合物材料 - 硼苯烷烷，类似于生活中常见的橡胶泥。在自然状态下，由硼原子和氧原子组成的硼和氧键的断裂速度延迟效应非常柔软。当它受到影响时，硼氧钥匙将提供非常强的电阻，并且冲击负荷越强，冲击负荷越强。电阻越大。

剪切硬化胶的冲击硬化机械化机制

英国工程师理查德（Richard）于1999年发明了“当它柔软，柔软且难以遇到”的D3O材料。挤压，分子链立即彼此锁定，材料变得坚硬并消耗外力。当外力消失时，材料将返回到初始柔性状态。由于其出色的抗影响性能和出色的灵活性，D3O已被广泛用于保护领域。由D3O材料制成的防护装备比传统的防护装备更轻，并且最好与保护地点。它是一种理想的材料，可以结合自由活动，碰撞并结合保护。但是，在低温环境中，D3O材料易于硬化，其舒适性和影响保护性能将大大降低，这将严重影响人体的保护。

剪切硬化凝胶材料的应用方向

此外，基于微结构的单点空心微球也显示出更好的影响和增强特性。基本原理是在冲击源和受保护的物体之间形成一个空心层，影响波的强度显着减弱。这种类型的材料通常使用过滤合成方法和其他方法来合成单一核定功能性纳米/微米聚合物。小组小组。

可以看出，有许多类型的材料具有剪切增厚效应或影响硬化效应，具有颗粒状悬浮液，聚合物材料和微球。其中一些材料在颗粒状水平上，有些在分子上，有些在原子水平上，有些则依赖于微结构特征。但是，上述所有材料都有一个共同的特征，也就是说，通常不可能仅将其用作工程材料。它需要与其他材料有机结合，以最大程度地提高其影响特性。换句话说，影响此类材料工程的最重要的瓶颈是如何有效提取此类材料中的有效抗影响组件，并有机地向现有的工程材料注入现有的工程材料，以形成一种新的抗影响工程材料。

中国科学院力学研究所团队的创新提出了灵活的智能反效应材料因素的概念，英文名称FIAM（灵活的智能抗Impact材料）（称为Fiam因素），称为Fiam因素微型尺度的类别。增强的特性，结合了传统的工程材料，包括微观结构，分子和原子。在材料的初始特性条件下，提高了外部影响负荷的智能响应能力的功能单元。

我们可以将此过程称为面向FIAM因素的技术。它的基本过程是提取上述影响增强材料的有效组成部分的有效组成部分，并形成替代因素。冲击状况，例如冲击，人体跌落和筛查效果非常不同），以进行反向设计。选择满足需求的因素被注入传统材料，形成一种具有可靠性和反影响性能的新型保护材料。

Fiam因素有很多类型。根据不同的物理状态，它们可以分为溶液类型kaiyun全站app登录入口，凝胶类型和固体类型。根据不同的物质特征，可以将FIAM因子分为水和油性。高透明，半透明类型可以分为光学材料因子，橡皮材料因子和泡沫材料因素，从应用程序场景中。

FIAM因子分类

在表演阶段，中国科学院参议院机械学院开发了FIAM因素系统

在国际上，中国科学院力学研究所的团队首先证实了夹夹的胶体材料在减少防弹碰撞后减少了防弹碰撞后产生了明显的影响。经过两年的研究，从剪切增厚的胶体中成功提取了FIAM-S03因子抗IMPACT因子，并成功地注入了由地层结构形成的EVA（乙烯 - 乙酸乙酸乙酯符号）材料中，但宏不在完全改变传统EVA的基本本质。使用这种材料和辅助“刚度和柔软”多层复合结构可以大大减少子弹对人体器官（例如心脏）的钝性损害，并实现灵活的智能抗强化保护技术的创新变化。

Fiam授权新的灵活防弹夹克

fiam因子授权机制

Fiam因素不仅可以用于在军事领域的防弹外套的开发中，而且还可以改善军事电子组件的抗振动抵抗性能。氧气树脂材料赋权设计在主要国防的支持下，形成了IMECAM智能柔性电子灌溉密封，具有超强的振动抑制特性。相关结果已获得权威机构的专业测试和认证。结果表明，IMECAM智能柔性电子和密封具有非常好的抗影响性振动性能，可以将电子组件的信号到信号比率增加20倍。该产品已成功地应用于关键电子设备（例如导弹和火箭）的保护结构，并实现了主要技术成就的面向市场的市场化。

密封18650锂电池组

Fiam因素还可以陷入平民领域，增强电池，运动健身和灵活的展示场所的能力。最新的实验结果表明，FIAM因子注入技术形成的灌溉和密封系统可以改善电动汽车底盘的反射性能，从而有效地降低了汽车碰撞期间电池损坏的可能性，并提高了车辆的安全性。 。

密封18650锂电池组

imecam智能柔性电子密封粘合力冲击冲击减少

面对运动和健身领域，FIAM-S04因子适合低冲击环境，注入传统的TPE（热塑性弹性物体）材料，形成一种新型的新型Yuelter Gate产品，将舒适性，柔软，反弹和静音结合在一起本质测试结果表明，这种瑜伽垫可以在执行大型瑜伽运动时显着降低膝盖和肘部的压力，从而有效避免人类关节造成的疲劳损害。该产品连续两年一直在亚洲举行最大的户外展览会 - ISPO运动用品和时尚展览受到瑜伽爱好者的广泛赞扬。

智能瑜伽垫

智能瑜伽垫以减轻人类运动的压力

在此阶段，FIAM因素授权技术已扩展到灵活的明确领域。 OLED柔性显示模块的反激体性能较弱一直是一个关键问题，它限制了灵活的显示器的大规模应用，并且面临着前所未有的挑战，可以改善显示组件的影响力 - 不仅可以改善影响性能和影响性能，并且确保材料确保材料高度半透明。根据应用需求和力学场景，将FIAM因子注入显示模块的每一层可以满足不同的光学和保护以及其他性能需求，这将大大改善显示组件的冲击，并具有明智的应用程序前景。

从“水漂流”的“淀粉糊”到“液体装甲”的柔性防弹涂层，切割和增厚材料一直是近年来在国内外研究的最前沿的热点之一。在国内外进行了长期研究之后，很多经验获得了很多经验。和成就。在工程学方面，我的国家已经拥有粉红色，固体和液体状态的FIAM因素。场地。

结尾

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