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  自然界中有許多材料能自動響應(yīng)外界環(huán)境變化，并改變自身的機械強度，如骨頭、魚鱗等。剪切增稠液是一種非牛頓流體，也是此類仿生自響應(yīng)材料的一種。當剪切速率（應(yīng)力）超過其臨界值時，剪切增稠液（STF）的黏度會快速增加，而且一旦沒有了剪切作用，其粘度又能立刻恢復(fù)到初始狀態(tài)。這種可逆的剪切增稠性能，讓STF成為一種新興的吸能材料，在柔性防彈衣、頭盔等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，STF是一種高粘度和高吸濕性的液體，難以與基體材料進行復(fù)合，而且在使用過程中其分散介質(zhì)的吸水、揮發(fā)，及分散顆粒的沉淀等行為都會嚴重降低剪切STF的性能，從而限制了STF的實際應(yīng)用，同時STF的剪切增稠行為也使得傳統(tǒng)在溶液中的剪切乳化合成不同粒徑微膠囊的途徑成為挑戰(zhàn)。因此，研發(fā)新型多功能的STF及合適的微膠囊化工藝成為學(xué)界和業(yè)界爭相努力突破的方向。

  研究人員采用油/油乳液溶劑蒸發(fā)的方法，首次通過一鍋法直接機械攪拌乳化制備了ILSTF微膠囊。微膠囊的制備需要先將芯材剪切乳化，但是STF的剪切增稠效應(yīng)使之難以直接剪切乳化。目前相關(guān)報道中只有通過微流控的方法制備了毫米級尺寸的STF膠囊，尚無通過一鍋法機械攪拌制備STF微膠囊的方法。研究人員巧妙利用溶劑蒸發(fā)法制備微膠囊的原理，先使用大量的丙酮溶劑稀釋ILSTF，使芯材流變性能反轉(zhuǎn)，從剪切增稠變成剪切變稀，從而得以通過機械攪拌方式直接乳化芯材。在微膠囊成殼過程中，隨著溶劑的逐漸揮發(fā)及ABS殼材的相分離析出，芯材最終只剩下純ILSTF，再次出現(xiàn)流變性能反轉(zhuǎn)，恢復(fù)其剪切增稠性能，從而首次成功通過一鍋法制備了微米級尺寸的ILSTF微膠囊（圖2）。研究人員系統(tǒng)性地研究了ILSTF微膠囊成殼行為和參數(shù)的影響和優(yōu)化，最終制備了具有優(yōu)異熱穩(wěn)定性、芯材含量高、機械性能好、粒徑可控的ILSTF微膠囊（圖3）。

  基于ILSTF微膠囊的成功制備，研究人員探究了ILSTF微膠囊的吸能應(yīng)用，通過將ILSTF微膠囊加入PDMS基體中，有效地提高了PDMS的抗沖擊性能。ILSTF 微膠囊改性PDMS（ILSTF MCs/PDMS）的吸能能力分別比純PDMS和IL MCs/PDMS提高了30%和67%。在落球沖擊測試中，涂覆PDMS涂層和IL MCs/PDMS涂層的玻璃基底都出現(xiàn)破損，而ILSTF MCs/PDMS涂層有效地保護了玻璃基底（圖4）。

  該工作已發(fā)表在近期的Chemical Engineering Journal 上，文章題目為“Direct Microencapsulation of Ionic-Liquid-Based Shear Thickening Fluid via Rheological Behavior Transition for Functional Applications”，第一作者為陳樹生博士，華南理工大學(xué)蔣震宇教授團隊參與合作，共同通訊作者為華南理工大學(xué)張鶴副教授和香港科技大學(xué)楊晶磊教授。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140819

  下載：Direct Microencapsulation of Ionic-Liquid-Based Shear Thickening Fluid via Rheological Behavior Transition for Functional Applications