液体防弹衣是如何工作的

“液体防弹衣”这个词可能有点误导人。对一些人来说，它会让人想起流动的流体夹在两层固体材料之间的想法。然而，这两种类型的液体装甲在开发中都没有可见的液体层。相反，他们使用在两种液体中浸泡过的凯夫拉纤维。

第一个是剪切增稠液(STF)，当它遇到机械应力或时会表现得像固体一样剪切．换句话说，它像液体一样移动，直到有物体撞击或强烈地搅动它。然后，它会在几毫秒内变硬。这是a的对边剪切稀化流体就像油漆一样，搅拌或摇晃就会变薄。

通过观察几乎等量的玉米淀粉和水的溶液，你可以看到剪切增稠液的样子。如果你慢慢搅拌，这种物质就会像液体一样流动。但如果你撞击它，它的表面会突然凝固。你也可以把它做成一个球，但当你停止施加压力时，球就会散开。

这个过程是这样的。液体是胶体它由悬浮在液体中的微小颗粒组成。这些颗粒会轻微地相互排斥，所以它们很容易漂浮在液体中，而不会聚集在一起或沉淀到底部。但突然撞击的能量压倒了粒子之间的排斥力——它们粘在一起，形成称为种．当撞击产生的能量消散后，粒子又开始相互排斥。水团分崩离析，表面上的固体物质变成了液体。

用于防弹衣的液体是由硅悬浮在聚乙二醇．二氧化硅是沙子和石英的组成部分，聚乙二醇是一种聚合物，通常用于泻药和润滑剂。二氧化硅颗粒的直径只有几纳米，所以许多报告将这种流体描述为一种纳米技术．

为了使用剪切增稠液制作液体防弹衣，研究人员首先将液体稀释在乙醇中。他们用稀释后的液体浸透凯夫拉纤维，并将其放入烤箱中蒸发乙醇。STF然后渗透到凯夫拉纤维中，凯夫拉纤维将颗粒填充的液体固定在适当的位置。当物体撞击或刺穿凯夫拉纤维时，液体会立即硬化，使凯夫拉纤维更坚固。硬化过程仅发生在几毫秒内，之后盔甲就会再次变得灵活。

在实验室测试中，stf处理的凯夫拉和普通的凯夫拉一样柔韧。不同之处在于它更强，所以使用STF的装甲需要更少的材料层。四层经stf处理的凯夫拉纤维所消耗的能量与14层整齐的凯夫拉纤维相同。此外，经过stf处理的纤维在受到冲击时拉伸的距离不如普通纤维，这意味着子弹不会穿透盔甲或下面的人体组织那么深。研究人员推测，这是因为子弹拉伸stf处理过的纤维需要更多的能量。

美国陆军研究实验室和特拉华大学正在对基于stf的液体防弹衣进行研究。另一方面，麻省理工学院的研究人员正在研究一种用于防弹衣的不同液体。接下来我们来看他们的研究。

另一种可以加固凯夫拉装甲的液体是磁流变液．磁流变液油里面都是铁粒子。通常，表面活性剂围绕在颗粒周围，以保护它们，并帮助它们悬浮在流体中。通常情况下，铁颗粒占液体体积的20%到40%。

这些颗粒很小，在3到10微米之间。然而，它们对液体的稠度有很大的影响。当暴露在磁场中时，颗粒会排成一行，使液体急剧变厚。术语“磁流变”来自于这种效应。流变学是力学的一个分支，主要研究力和材料改变形状的方式之间的关系。磁力可以改变磁流变液的形状和粘度。

硬化过程大约需要千分之二秒。根据流体的组成以及磁场的大小、形状和强度的不同，这种影响可能会有很大的不同。例如，麻省理工学院的研究人员从球形铁颗粒开始，即使在磁场存在的情况下，这些铁颗粒也可以彼此滑过。这限制了装甲的坚硬程度，因此研究人员正在研究其他可能更有效的粒子形状。

与STF一样，你可以看到MR流体使用普通物品的样子。铁屑和油混合在一起形成了一种很好的表现。当没有磁场存在时，流体很容易移动。但磁铁的影响会使液体变厚或形成与容器不同的形状。有时，这种差异在视觉上非常引人注目，流体形成了独特的波峰、波谷和其他形状。艺术家们甚至使用磁铁、磁流变液或类似的铁磁流体来创作艺术品。

在密度、粒子形状和场强的正确组合下，磁流变液可以从液体变成非常厚的固体。与剪切增稠液一样，这一变化可以显著提高装甲的强度。诀窍在于激活液体的状态变化。由于大到足以影响整个盔甲的磁铁很重，携带起来也不实用，研究人员建议在盔甲中创建微型电路。

没有电流通过电线，盔甲将保持柔软和灵活。但在开关翻转时，电子将开始在电路中移动，在此过程中产生磁场。这个力场会让盔甲瞬间变硬。将开关拨回关闭位置将停止电流，装甲将再次变得灵活。

除了制造更坚固、更轻、更灵活的装甲外，经剪切增厚和磁流变液处理的织物还有其他用途。例如，这种材料可以制造易于折叠和携带的炸弹毯，并且仍然可以保护旁观者免受爆炸和弹片的伤害。治疗跳的靴子可以在撞击或激活时变硬，保护伞兵的靴子。监狱警卫的制服可以广泛使用液体装甲技术，特别是因为警卫最可能遇到的武器是钝器和自制刀片。

然而，这些技术也有一些优点和缺点。以下是概述:

这两种装甲都不适合战场使用。经stf处理的凯夫拉装甲将在2007年年底上市[来源:《商业周刊》］．MR液体可能还需要5到10年的发展才能持续地阻挡子弹。【来源:科学中心］．查看下一页的链接，了解更多关于军事技术，防弹衣和相关主题。