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  剪切變硬膠（Shear stiffening gel，SSG）作為一種先進(jìn)的功能材料，遇強(qiáng)則強(qiáng)。由于這種對應(yīng)變率極其敏感的動態(tài)響應(yīng)行為，在沖擊防護(hù)領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。然而，基于SSG的智能沖擊防護(hù)可穿戴設(shè)備，通常需要依賴于復(fù)雜的電路設(shè)計來實現(xiàn)智能化的感知，這阻礙了沖擊相關(guān)損傷的及時顯示，因此，亟需開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)自給自足的沖擊可視化的智能防護(hù)材料，可視化的設(shè)計為開發(fā)新型高性能智能沖擊防護(hù)材料提供了新的思路。

  鑒于此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)龔興龍教授團(tuán)隊研發(fā)出一種基于剪切變硬膠的力致發(fā)光智能材料。通過將剪切變硬膠SSG以填充封裝的方法與力致發(fā)光復(fù)合材料ZnS:Cu/PDMS進(jìn)行組裝，在保留SSG的沖擊防護(hù)性能的同時實現(xiàn)了沖擊、刮擦、拉伸等受力情況下的可視化。該復(fù)合材料具有優(yōu)異的沖擊防護(hù)性能，能夠耗散沖擊過程中80%的沖擊能量，防護(hù)性能遠(yuǎn)優(yōu)于商用的防護(hù)材料。此外，基于力致發(fā)光的特性，復(fù)合材料能夠?qū)_擊過程進(jìn)行可視化，能夠及時顯示沖擊傷害，并以光強(qiáng)場實現(xiàn)了應(yīng)力場的可視化呈現(xiàn)。通過結(jié)構(gòu)化封裝，復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的阻燃防護(hù)性能，使得復(fù)合材料適用于復(fù)雜的力-熱耦合環(huán)境中。最后，將復(fù)合材料與人工智能相結(jié)合，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程信息傳輸和人機(jī)交互的功能。該智能可穿戴材料結(jié)合了沖擊保護(hù)、力可視化、遠(yuǎn)程控制和阻燃防護(hù)，為新一代可穿戴沖擊防護(hù)材料提供了有意義的指導(dǎo)。該工作近日在線發(fā)表在材料類頂級期刊《Advanced Functional Materials》，題為“Shear stiffening-based mechanoluminescent device for impact-thermal coupling protection and impact visualization”。論文的第一作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院碩士研究生段世龍，通訊作者為龔興龍教授和桑敏副研究員。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金的資助和支持。

【復(fù)合材料的制備與表征】

圖1. ML層和ML-SSG復(fù)合材料的制備與表征

【復(fù)合材料的力學(xué)性能】

圖2. ML-SSG的結(jié)構(gòu)可編輯性及基本力學(xué)性能

【復(fù)合材料的力致發(fā)光拉伸傳感】

圖3. 不同拉伸速率和拉伸應(yīng)變下的力致發(fā)光感知

【復(fù)合材料的沖擊防護(hù)性能和沖擊可視化】

圖5. ML-SSG復(fù)合材料的沖擊可視化

【復(fù)合材料的阻燃防護(hù)性能】

圖6. ML層和ML-SSG復(fù)合材料的阻燃防護(hù)性能

【復(fù)合材料的應(yīng)用演示】

圖7 ML-SSG復(fù)合材料用于圖形顯示和人機(jī)交互

【總結(jié)】

  原文鏈接：

S. Duan, M. Sang, H. Chen, Y. Pan, S. Liu, Z. Li, Z. Hu, Z. Zhang, X. Gong, Shear Stiffening-Based Mechanoluminescent Device for Impact-Thermal Coupling Protection and Impact Visualization. Adv. Funct. Mater. 2024, 2411821. https://doi.org/10.1002/adfm.202411821