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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，迫切需要開發能應用于人體防護裝備的吸能材料。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領域備受關注。然而，當STF暴露在空氣中時，其剪切增稠性能可能會下降，并存在脫落的風險。此外，除提高防護性能外，抗沖擊裝備的重要發展方向是智能化和功能化。

  鑒于此，中國科學技術大學龔興龍教授團隊在《Chemical Engineering Journal》上發表了題為“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基織物在具備優良抗沖擊性能的同時還可以對外界刺激做出響應。

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基紗線的力學性能

圖5. 壓縮過程的有限元模擬結果。

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測功能

 圖9. C-STF織物的運動監測性能。

  綜上所述，該工作研制了一種具有優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測功能。這種抗沖擊性能優異的復合材料在人體監測和防護方面顯示出了廣闊的應用前景，也為智能可穿戴防護裝備的發展提供了重要的指導。論文第一作者為中國科大工程科學學院博士研究生張峻碩，通訊作者為中國科大工程科學學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