顆粒在線訊：剪切增稠流體（STF）是一類非牛頓流體，在低應變率下具有較好的流動性，而在沖擊條件下因粘度急劇增加而快速吸能，一定程度上協(xié)調了防護裝備的柔韌性與堅固性之間的矛盾，因而在柔性沖擊防護領域頗具應用價值。前期，科研人員對STF的沖擊動力學行為及其與結構的相互作用展開研究，獲得了STF壓縮誘導液-固相變新機制、良好的動態(tài)能量吸收特性以及與結構的耦合增強耗散效應（J.Appl.Phys.，2015；Appl.Phys.Lett.，2015；Int.J.Mech.Sci.，2018；Int.J.Impact.Eng.，2020）。然而，由于常規(guī)呈流體狀態(tài)的STF難以有效密封，一直是困擾其在柔性沖擊防護領域應用的難題。

　　中國科學院力學研究所流固耦合系統(tǒng)力學重點實驗室副研究員吳此前提出STF微膠囊-聚合物基體復合材料設計思想，解決了STF的工程應用難題，同時，通過STF的液-固相變、大量STF/基體界面阻抗不匹配效應以及STF與基體的耦合增強耗散效應，進一步提升材料的沖擊防護性能?？蒲腥藛T與中國工程物理研究院化工材料研究所合作，制備了STF微膠囊-硅橡膠基體（SR-STF）復合材料。研究發(fā)現(xiàn)，SR-STF復合材料在低應變率下表現(xiàn)出良好的柔韌性，但在高應變率下由于壓縮及剪切誘導的增稠效應，導致材料表現(xiàn)出較高的剛度，具有顯著的應變率敏感性；隨著STF微膠囊質量分數(shù)的增加，SR-STF復合材料在低應變率下的柔韌性和高應變率下的剛度均迅速提高，具有更強的應變率強化效應，體現(xiàn)出對不同沖擊載荷的智能自適應性?；趯嶒灲Y果，該研究建立了包含STF微膠囊質量分數(shù)、應變硬化及應變率強化效應的粘彈性本構模型，能夠較準確地描述SR-STF復合材料的力學行為。該工作為STF在柔性沖擊防護領域的應用提供了新的設計理念和方案。

　　相關研究成果以Silicone rubber matrix composites with shear thickening fluid microcapsules realizing intelligent adaptation to impact loadings為題，發(fā)表在Composites Part B: Engineering上。研究工作得到國家自然科學基金面上項目和重點項目等的支持。

圖1.SR-STF復合材料的制備原理示意圖

圖2.（a）SR-STF復合材料在10-3s-1和10-1s-2的應力應變關系；（b）SR-STF復合材料在不同應變率下的應力值（應變0.4）。

圖3.SR-STF復合材料在（a）沖擊加載前，（b）1400s-1，（c）3500s-1的微觀結構；（d）SR-STF復合材料在不同應變率下的變形機理。

來源：力學研究所