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  縱觀人類歷史，軍事和非軍事沖突造成了大量的傷害、殘疾甚至死亡。同時，在日常生活中，因物體墜落、打滑、運動碰撞、車禍等造成的撞擊也很常見。在這種情況下，迫切需要開發(fā)能應(yīng)用于人體防護(hù)裝備的吸能材料。近年來，剪切增稠液(STF)作為一種智能材料，在抗沖擊和人身安全保護(hù)領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，當(dāng)STF暴露在空氣中時，其剪切增稠性能可能會下降，并存在脫落的風(fēng)險。此外，除提高防護(hù)性能外，抗沖擊裝備的重要發(fā)展方向是智能化和功能化。

  鑒于此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)龔興龍教授團(tuán)隊在《Chemical Engineering Journal》上發(fā)表了題為“Multi-functional STF-based yarn for human protection and wearable systems”的論文。該論文通過水浴加熱的方式將STF封裝在硅橡膠管中，成功地獲得了具備高能量耗散性能的STF基紗線。然后，通過在STF基紗線表面涂覆CNTs/PDMS，研制了能對各種刺激響應(yīng)的多功能智能紗線(C-STF基紗線)。基于C-STF基紗線編織的C-STF基織物在具備優(yōu)良抗沖擊性能的同時還可以對外界刺激做出響應(yīng)。

STF基紗線和C-STF基紗線的制備與表征

圖2. 材料的微觀形態(tài)表征。

STF的流變性能

  測試了不同濃度剪切增稠液的流變性能。從圖3可以看出，不同濃度的剪切增稠液均表現(xiàn)出明顯的剪切增稠特性。隨著STF濃度的增加，峰值粘度增大，臨界剪切速率減小，說明剪切增厚效應(yīng)隨STF濃度的增加而增大。 圖3. STF的流變性能。

STF基紗線和C-STF基紗線的力學(xué)性能

圖5. 壓縮過程的有限元模擬結(jié)果。

C-STF基紗線的傳感性能

圖6. C-STF基紗線的傳感性能。

STF基織物和C-STF基織物的抗沖擊性能

圖7. STF基織物與C-STF基織物的抗沖擊性能。

C-STF基織物的沖擊傳感性能及運動監(jiān)測功能

 圖9. C-STF織物的運動監(jiān)測性能。

  綜上所述，該工作研制了一種具有優(yōu)異能量耗散性能和傳感能力的多功能柔性紗線，基于該紗線編織出的智能織物具備良好的抗沖擊性能和智能監(jiān)測功能。這種抗沖擊性能優(yōu)異的復(fù)合材料在人體監(jiān)測和防護(hù)方面顯示出了廣闊的應(yīng)用前景，也為智能可穿戴防護(hù)裝備的發(fā)展提供了重要的指導(dǎo)。論文第一作者為中國科大工程科學(xué)學(xué)院博士研究生張峻碩，通訊作者為中國科大工程科學(xué)學(xué)院龔興龍教授和王宇副教授。

  原文鏈接：

  Junshuo Zhang, Yu Wang, Jianyu Zhou, Jianpeng Wu, Shuai Liu, Min Sang, Bing Liu, Yucheng Pan and Xinglong Gong, Multi-functional STF-based yarn for human protection and wearable systems, Chem. Eng. J., 2022. DOI: 10.1016/j.cej.2022.139869.

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139869