剪切增稠
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
剪切增稠的實例教程
存在一個特定的剪切應力值，在該值處觀察到粘度大幅下降，該值稱為臨界剪切應力。
剪切稀化流體在低剪切速率下表現出恒定的粘度值。剪切稀化流體的恒定粘度值稱為零剪切粘度或零剪切粘度平臺。隨著施加的剪切應力增加，在特定點觀察到粘度大幅下降。剪切應力或剪切速率的該值稱為臨界剪切應力或臨界剪切速率。在臨界剪切速率點，流體開始發生剪切稀化行為。
屈服應力
乳液、聚合物溶液和熔體是剪切稀化流體的例子。在高度剪切稀化的流體中，粘度達到無限值并且固體的特征變得可見。這種行為在低于臨界剪切應力值（稱為屈服應力）時出現。由于屈服應力而產生的行為或流動響應稱為塑性流動。塑性流動的特點是隨著剪切速率接近零，粘度不斷增加。
屈服應力的重要性
屈服應力是流體達到結構化流動時所施加的應力。屈服應力在涉及泵送、涂覆和鋪展的應用中非常重要。在重力引起的應力相對較低的流體中，屈服應力會抑制流動。這主要被視為阻燃涂料、油漆、石膏、粘合劑等產品的抗坍落度和流掛性。屈服應力在流體流動中引入了所需和不需要的質量。
接下來，讓我們看看臨界剪切應力如何影響剪切增稠。
剪切增厚和臨界剪切應力
在某些流體中，粘度隨著剪切速率或剪切應力的增加而增加。這種流體稱為剪切增稠流體，這種現象稱為剪脹性。剪切增稠通常表現為具有高濃度固體顆粒的顆粒懸浮液或分散體。
剪切增稠液用于減震器和防護設備。大多數剪切增稠流體在低剪切速率和應力下表現出剪切稀化行為。剪切稀化行為的破壞發生在臨界剪切應力下，并隨著粘度的增加而在流體行為中帶來類似固體的轉變。
臨界剪切應力是影響流體流動響應的重要參數。表現出剪切增稠和剪切稀化特性的流體行為取決于臨界剪切應力。
展開 筆者目前對高吸能材料（泡沫材料、剪切增稠液等）有一些了解，在這里不做過多綜述，主要對目前現有的剪切增稠液做一個簡單的介紹：
剪切增稠液是由分散相和分散介質組成的分散體系，分散相為固體微顆粒"分散介質為低分子有機或者無機液體，分散相體積分數一般在40%以上。
剪切增稠液主要分為兩大類，一類是由納米粒子為分散相的膠體體系如氣相二氧化硅，納米碳酸鈣等。
另一類是由亞微米或者微米級的粒子為分散相的懸浮體系，如亞微米的二氧化硅、亞微米的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微米級的淀粉等。PS：PMMA就是常用的玻璃替代品（有機玻璃）。
上圖展示了兩類剪切增稠液由于分散相顆粒尺寸存在數量級的差異，表觀行為也有顯著差別，前者一般表現為連續性的剪切增稠(Continuous shear thickening)，后者在高濃度的狀態下會出現非連續性剪切增稠(Discontinuous shear thickening)。
剪切增稠機理：
有序到無序（熵增系統，吸收能量），粒子簇（Cluster）和粒子堵塞機理。其中粒子簇機理很好的解釋了連續性剪切增稠的過程，但是對于非連續的剪切增稠體系，粒子堵塞機理就更量化的解釋了。
目前剪切增稠液的應用：
Mahfuz等用改性二氧化硅制備剪切增稠液，利用該剪切增稠液與Kevlar織物制備復合材料,與未改性二氧化硅制備的剪切增稠液相比,這種剪切增稠液可以大大提高織物吸收能量的能力。
說到具體應用，需要提及兩個重量級的產品：D3O和P4U。
D3O是一種工程定向設計的材料, 確切的分子結構還屬于商業秘密。
展開 [圖片]
無化學剪切方法可用于傷口治療等領域。
由于它們的物理性質：孔隙度、含水量和松軟，水凝膠是許多科學學科中的重要物質。尤其在快速發展的生物3D打印領域，其中使用水凝膠將單獨的不可打印的活細胞保持為固體且轉化為可打印的形式。
創建一個有效的水凝膠是困難的，通常需要化學反應和物質相互作用，但普林斯頓的研究人員開發了一種水凝膠，不需要這樣的化學物質。相反，當纖維被迫通過注射器時，纖維相互滑動形成水凝膠。
研究人員對他們的新產品感到非常興奮，并認為它可以用來治療傷口，甚至為生物醫學和其他領域開辟了一個全新的可注射水凝膠。
研究論文的聯合主要作者Antonio Perazzo聲稱：“研究含有這種高柔性纖維的懸浮液中的物質流動從未真正嘗試過，但追求新穎的研究為我們帶來了前所未有的柔性纖維流動誘導凝膠的結果。”
軟性可延展凝膠行為的科學解釋是剪切增稠的現象，其導致纖維在應力下凝固和凝膠化。然而，一般而言，纖維和水的混合物將產生相反的效果：剪切稀化。
那么，是什么讓水凝膠變厚而不是變薄呢？
他們組織了一個詳細的研究，看看如何用聚乙二醇二丙烯酸酯（PEG-DA），一種完全無毒的柔性和生物相容性塑料制成的微纖維發生這種剪切增稠。
這些超細纖維的直徑為35微米，長約12毫米，放入水中時最初以自由流動的非纏結狀態存在。但是，當放置在帶有旋轉頂板的流變儀中時（通過將纖維周圍旋轉對混合物施加壓力），纖維彎曲、互鎖和纏結。
最后，纖維纏繞在一起，與水分開，盡管有些水仍然留在水中。這產生具有明顯水凝膠性質的充水纖維網絡。甚至可以通過調整微纖維的長度和直徑來控制凝膠的性質。
普林斯頓大學的研究人員現在計劃通過優化材料在通過注射器時的凝膠化以及合并有用的物質如抗生素、營養素和生物分子來改善這一過程。
水凝膠最終可以用于傷口治療，注射器最終可以被生物3D打印機取代。
展開 液體防彈材料
液體防彈材料(TBS)的主要成分是一種特制“剪切增稠液體(STF)”，這種液體一般由分散粒子SiO2和有機物分散介質乙烯基乙醇、聚乙二醇、局丙二醇或者礦物油等一種或幾種的混合物組成?！?em>剪切增稠液”中自由懸浮著粒子，當液體因為劇烈沖擊而被攪亂時，其中的特殊粒子相互碰撞，形成了對這種攪動的抵抗力。
當攪動力足夠大時，這些粒子其實就已被相互“鎖定”。當子彈高速撞擊這種材料時，“剪切增稠液”防彈衣就會吸引撞擊能量，并迅速變得極其堅硬，從而吸收子彈的沖擊能量。
碳納米管
碳納米管是迄今為止發現的力學性能最好的材料之一，有著極高的拉伸強度和斷裂伸長率。其密度只有鋼鐵的六分之一到四分之一，單位質量上的拉伸強度，卻是鋼鐵的276倍，彈性模量參數，碳納米管比凱夫拉強2.4倍，綜合性能遠遠超過目前人類發現和制造的其他任何材料。
防彈效果上主要是體現在彈性模量上，也就是說碳納米管纖維盔具或防彈衣比凱夫拉的抗擊強度最起碼高2.4倍。
據R&D雜志2013年11月5日報道，Garrison Bespoke公司推出了首套時尚防彈西裝。
此防彈衣是由納米技術制得的碳納米管構成，最初是為在伊拉克的美軍第19部隊特種兵而設計開發的，專利材料更薄、更柔軟，重量只有傳統防彈衣使用的凱夫拉的一半，而且還可以防刺傷，通過碳納米管硬化影響防止刀具穿透。
石墨烯
作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革命。
研究石墨烯防彈衣的科學家表示，石墨烯制成的防彈衣擁有2倍于現有防彈衣技術（凱夫拉）的防護能力。
展開 
剪切增稠的相關專題、標簽、搜索
剪切增稠的最新內容
[圖片]
光學3D表面輪廓儀助力科研課題研究，服務超精密拋光技術發展
浙江工業大學趙軍、呂冰海團隊對磨料旋轉射流拋光(ARJP)技術，剪切增稠拋光技術等開展深入研究，并利用SuperView W1系列光學3D表面輪廓儀對拋光后表面粗糙度進行檢測驗證，多篇論文在國際TOP期刊發布。
接下來，讓我們看看臨界剪切應力如何影響剪切增稠。
剪切增厚和臨界剪切應力
在某些流體中，粘度隨著剪切速率或剪切應力的增加而增加。這種流體稱為剪切增稠流體，這種現象稱為剪脹性。剪切增稠通常表現為具有高濃度固體顆粒的顆粒懸浮液或分散體。
剪切增稠液用于減震器和防護設備。大多數剪切增稠流體在低剪切速率和應力下表現出剪切稀化行為。
Cross-Exp模型：
Cross-WLF模型 ：
④ Herschel-Bulkley模型：
Herschel-Bulkley模型可以描述帶有屈服應力的剪切變稀或剪切增稠流體。
模型中的流動行為指數n=1的情況下，Herschel-Bulkey模型將退化為Bingham模型，可用來描述賓漢流體。
一致性指數：k，也稱稠度系數。
Cross-Exp模型：
Cross-WLF模型 ：
④ Herschel-Bulkley模型：
Herschel-Bulkley模型可以描述帶有屈服應力的剪切變稀或剪切增稠流體。
模型中的流動行為指數n=1的情況下，Herschel-Bulkey模型將退化為Bingham模型，可用來描述賓漢流體。
一致性指數：k，也稱稠度系數。
發動機的燃油效率高度依賴于高粘度指數 (VI) 聚合物的高溫下防止油品變稀、同時低溫下對油品增稠最小的能力。剪切穩定性對于VII也是非常重要的，因為高剪切條件在大多數實際應用中是普遍存在的。高分子量的線型聚合物可以提供高的VI；然而，在高機械剪切條件下，由于不可逆的鏈斷裂，其性能會隨著分子量的降低而急劇下降。
剪切增稠電解液示意圖
五、導電劑與粘結劑
導電劑與粘結劑的種類與數量也影響著電池的熱穩定性，粘結劑與鋰在高溫下反應產生大量的熱，不同粘結劑發熱量不同 , PVDF 的發熱量幾乎是無氟粘結劑的2倍 ,用無氟粘結劑代替PVDF可以提高電池的熱穩定性。
說的是：
能屈能伸遇柔則柔遇剛則剛可以以柔克剛的非牛頓流體材料的一員，而且是一種剪切增稠流體在減震吸能領域甩EVA HDPE 硅膠等幾十條街可以應用在滑雪服摩托車服劍道服護肩護膝手套鞋墊警用軍用防護裝備機器人仿生肌肉對環境可感知響應并且具有發現能力的新型智能減振吸能材料
P4U 究竟是個啥黑科技
液體防彈材料
液體防彈材料(TBS)的主要成分是一種特制“剪切增稠液體(STF)”，這種液體一般由分散粒子SiO2和有機物分散介質乙烯基乙醇、聚乙二醇、局丙二醇或者礦物油等一種或幾種的混合物組成。“剪切增稠液”中自由懸浮著粒子，當液體因為劇烈沖擊而被攪亂時，其中的特殊粒子相互碰撞，形成了對這種攪動的抵抗力。
當攪動力足夠大時，這些粒子其實就已被相互“鎖定”。
在接下來的時間里，南京航空航天大學盧天健教授做了“含液多孔介質的跨尺度流固耦合理論”報告；哈爾濱工業大學冷勁松教授做了“形狀記憶聚合物復合材料結構：主動變形、4D打印及結構設計”報告；清華大學馮西橋教授做了“集合細胞動力學”報告；麻省理工學院趙選賀教授做了“人機融合的軟材料技術: 力學基礎”報告；中國科學技術大學龔興龍教授做了“剪切增稠材料及其力學性能研究”報告；大連理工大學郭旭教授做了“拉壓不同模量結構與材料的力學分析
