8 / 2021-03-20 19:56:53

抗冲击剪切变硬胶/Kevlar柔性器件的力-电耦合行为研究

三明治结构；抗冲击；剪切变硬胶；力-电性能

剪切变硬胶，作为一种智能高分子材料，其在自然状态下为粘塑性，而受到冲击时瞬间变硬，呈现固态性能。由于模量和硬度可随着外界加载应变率的增加而显著增大，因此其在阻尼、振动控制和人体防护等领域具有重要的应用前景。近年来随着个人安全防护及柔性可穿戴器件的迅猛发展，开发基于智能剪切变硬胶材料的柔性抗冲击电子器件，研究其在外场加载下的力学防护性能是其实际应用的必要前提。本工作以导电剪切变硬胶为内核，开发出了三明治结构的Kevlar/剪切变硬胶/Kevlar复合材料，使用落锤和弹道冲击装置表征了其力学性能。研究表明，由于引入剪切变硬胶，该柔性三明治结构可将冲击力由2880 N耗散至1460 N。更重要的是，该复合材料可抵御子弹高速冲击，具有良好的防弹性能。有限元模拟结果也表明，Kevlar纤维的中心区域承受了主要的加载应力。最后，基于该柔性复合材料，开发了具有防护效应和自供电感知功能的多功能柔性器件，研究了其在不同加载环境下的力-电耦合性能。因此，本研究工作为该多功能器件在人体防护、新能源和智能穿戴领域的应用提供了理论与实验基础。