剪切

剪切增稠液
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• 1.简介 • 2.原理 • 3.优势 • 4.应用
简介
剪切增稠液体（ShearThickeningFluid）(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，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。
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。 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。
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。
测试中的“液体装甲”
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。
原理
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“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
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。
在科幻电影《终结者2：审判日》中，一个未来 机器人身体全部用液态金属制成。不过，液体防弹 衣却不是科幻影视中的技术，而是实实在在可以应 用于现代士兵身上的宝物。