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剪切增稠(膨胀)

1885
  • Osborne Reynolds
研究人员展示玉米淀粉-水混合物在力学中的剪切增稠行为。

(图片仅供参考)

剪切增厚或扩张是一种 非牛顿 行为 粘度 increases with the rate of 剪应力. A classic example is a suspension of cornstarch in water (oobleck), which feels liquid when stirred slowly but becomes almost solid when struck or stirred rapidly. This phenomenon is caused by the jamming of suspended particles under high shear.

浓缩悬浮液剪切增稠的机理通常归因于水团和堵塞。在低剪切速率下,悬浮颗粒受到周围液体的润滑,可以相对容易地相互移动。随着剪切速率的增加,颗粒被迫靠得更近。它们之间的液体润滑层变薄,强大的短程流体动力导致颗粒形成瞬时团块或 "水团"。

在临界剪切速率下,这些水分子簇可以渗透到整个体系中,形成一个覆盖整个流体的刚性、可承受应力的网络结构。这种从流动状态到堵塞的固体状态的转变,导致了粘度的急剧增加。这个过程是可逆的;当高剪切应力消除后,颗粒网络就会断裂,材料就会恢复到流体状态。液体防弹衣等技术就利用了这一特性:含有剪切增稠流体的柔性材料在受到高速撞击时会瞬间变得坚硬,从而消散能量并保护穿戴者。

UNESCO Nomenclature: 2210
- 机械

类型

物理特性

中断

重大的

用法

小众/专业

前体

  • 奥斯本·雷诺兹对湿沙行为的观察
  • 浓胶体悬浮液的研究
  • 开发流变仪来研究高剪切现象

应用程序

  • 液体防弹衣(例如 d3o),撞击后变硬
  • 牵引力控制系统,其中流体变稠以锁定差速器
  • 坑洞填充材料会流入裂缝,但在交通压力下会变硬
  • 运动防护装备
  • 建筑物减震器

专利:

  • US7226878B2
  • US7381467B2

潜在创新理念

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相关内容: 剪切增稠、稀释剂、泡泡糖、玉米淀粉、粘度、流变学、液体铠甲、堵塞。

历史背景

剪切增稠(膨胀)

1880
1882-01-01
1884
1885
1887
1889
1890
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1882-01-01
1883
1884
1887
1888
1889
1890

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

相关发明、创新和技术原理

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