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年12月2日，中国科学技术大学宣守虎教授、龚兴龙教授团队在CellPress细胞出版社旗下期刊CellReportsPhysicalScience上发表综述文章，题目为“Shearstiffeninggelsforintelligentanti-impactapplications”。在这篇综述中，作者对近年来剪切变硬胶在制备方法、材料性能、力学机理方面的工作进行总结；并详细介绍了剪切变硬胶及其复合材料在柔性冲击传感、能量耗散、阻尼控制以及人体防护等方面的实际应用；最后展望了剪切变硬胶作为智能抗冲击材料的发展前景。
▲图1.剪切变硬胶材料及其应用
剪切变硬胶材料
剪切变硬胶是一种低交联度的硼硅氧烷聚合物硅橡胶，通常由二甲基硅油或羟基硅油、与硼酸和过氧化苯甲酰在高温下合成。在自然状态下，剪切变硬胶表现为粘塑性状态，具有典型的冷流特性。而在高应变率冲击载荷下，由于体系中B-O键动态交联作用，材料的粘度、模量迅速增加，出现应变率相关的增强效应。此外，这种“柔软-坚硬”的转变模式具有完全可逆性。因此，基于材料的应变率相关特性，剪切变硬胶是一种理想的柔性防护基体材料。
柔性抗冲击剪切变硬胶复合材料设计
利用聚合物橡胶材料良好的物理与化学相容性，剪切变硬胶可以均匀分散在柔性基体材料中(例如Kevlar纤维、聚氨酯海绵等)，可实现抗冲击性能与能量耗散水平的显著提升。同时，在剪切变硬胶中引入特定的磁性颗粒、导电颗粒、力致发光颗粒，赋予了材料多场耦合特性。通过探索电、磁、热信号与宏观力学参数的对应关系，可实现剪切变硬复合材料在冲击过程中的原位监测，实时捕捉材料缓冲吸能中的动态力学信号。
智能抗冲击剪切变硬胶复合材料应用
剪切变硬胶的基础理论得到不断加深，其在工程中的实际应用研究也得到逐步深化。在振动控制领域，剪切变硬胶作为阻尼器材料的内核，可以更加有效耗散结构在冲击荷载下的能量，并可以通过引入磁性颗粒实现阻尼器的半主动控制。在人体防护领域，将导电剪切变硬胶引入到Kevlar纤维中，通过模拟高速弹道冲击测试，发现复合材料相比于纯Kevlar纤维具有更高的抗穿透能力。同时，材料稳定的电信号响应可实时反馈结构的受力情况与损伤等级。此外，在能源领域，剪切变硬胶材料可与纳米摩擦发电材料结合，设计出兼具自发电供能、可靠抗冲击性能的可穿戴智能柔性器件，可用于人体日常运动过程中关节的保护与运动状态的监测。
小结
剪切变硬胶作为一种粘弹性智能材料，相比于传统的剪切增稠液体材料，具有更好的结构稳定性，储存便捷性以及力学性能可逆性。利用其独特的应变率相关特性，剪切变硬胶及其复合材料在振动控制、人体防护、可穿戴设备等领域有着广阔的应用前景。作者期望这篇综述可以吸引更多的研究人员