剪切增稠液
關注創建者：匿名 創建時間：2022-01-06
剪切增稠液的實例教程
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]
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”。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 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”。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。
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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。
“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。
“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。
“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。
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。
