纳米流体能量吸收材料

一、纳米流体能量吸收材料的研发背景

高性能抗冲击、减震吸能的防护材料，在国防军工、工业建设、汽车安全、儿童保护、体育用品以及日常生活中有着广泛的应用，例如装甲、防弹衣、防爆服、防刺服、飞机起落架、高速公路隔离墩、安全帽、汽车保险杠、运动鞋和运动护具、精密仪器包装、减震降噪系统等，因此，这一类材料长期以来一直是科学界和工业界的研发热点。

单位质量吸能密度和单位体积吸能密度是影响防护材料防护性能的关键，在这一方面，各国科学家开展了大量的研究工作，包括高吸能材料研究，吸能部件的拓扑和几何结构优化，防护结构宏观设计和优化等。各种不同的吸能机理（如塑性失稳、相变、摩擦耗散、表面/界面能量吸收）都被用来提高防护结构的吸能密度。

然而，不尽如人意的是，目前市场上绝大多数材料，其吸能密度最高仅为20J/g左右，远远不能满足在一般的冲击震动条件下对于防护性能的要求，离高速冲击条件下所需的安全性就相差更远了。 

二、纳米流体吸能材料简介

纳米多孔材料本身由疏水性材料制成，在常规情况下，功能流体无法进入到纳米材料孔道当中，一旦发生外力作用，功能液体将进入纳米孔道，通过这一过程，将外力机械功转换为液固两相间的盈余表面张力和摩擦力，真正实现了能量守恒转化，外力撤消后，功能液体将流出纳米孔道，因此，材料本身可以反复多次使用。1g纳米多孔材料的比表面积可以达到100—2000平方米，是基体材料的几十亿倍，其吸收密度可以达到60-200J/g以上。

目前，根据检测结果，纳米流体能量吸收材料是任何当前市面上的能量吸收材料的几十乃至数百倍以上。在高速冲击下，纳米约束的液体分子所展现出的独特构型可以极大程度地迁移和减缓冲击波，效果远优于任何已知材料。

纳米流体能量吸收材料结构简单，成本低廉，性能在大范围内可调（仅需简单改动就可使材料适用于不同的工业、军用、民用的应用中）。材料可以方便地嵌入任何现有的需保护的系统中，无需对现有系统进行重大结构改造。目前，已经在国家劳动保护用品质量监督检验中心，中船重工七二五研究所进行了第三方评价测试，检测结果表明，纳米流体能量吸收材料可以提高安全帽和摩托车头盔吸能性能60%—70%左右。

国家劳动保护用品质量监督检验中心头盔检测

在头模之上戴上头盔，共计5KG，传感器置于头盔与头模之间，从1.8米高处落下，头盔率先着地，传感器感应到重力加速度越小，吸能效果越好。

落锤试验

将传感器放置于四种减震测试材料下方，5kg锤头从30厘米高处落下，材料会吸收冲击力，材料底部的传感器记录未吸收的冲击力峰值，未吸收冲击力峰值越小，说明材料本身吸收冲击力效果越好。

三、纳米流体吸能材料开发团队

陕西煤业化工技术研究院

陕西煤业化工集团为陕西省特大型能源化工企业集团，是陕西省能源化工产业发展的骨干企业和陕西省煤炭大基地开发建设的主体。总部位于西安市，注册资本100亿元。集团目前拥有80余个全资、参控股企业，资产总额4043亿元，在册职工13万余人。产业涉及煤炭、煤化工、钢铁、电力、装备、科技、金融、建筑施工等。2015年实现销售收入1909.73亿元，煤炭产量达1.27亿吨。2015年荣列世界500强榜单第416位，成为西部地区第二家跻身世界500强的企业。

陕西煤业化工技术研究院是陕煤化集团的全资子公司，于2011年5月成立，注册资本金10亿元人民币。公司以能源（煤炭）化工技术的工程化开发和产业化应用为重点，经营范围涉及能源（煤炭）、化工、新材料、新能源等多个行业工业化生产技术和产品的科技研发、科技成果的推广和应用、工程和管理咨询服务以及专利专有技术产品的生产经营、销售代理和专利专有技术的许可代理等。

公司现有员工326人，其中硕士141人，博士52人，硕士以上学历占总人数的60%，下属3家参控股公司。公司目前拥有6个国家级科研机构、6个省级工程研究中心、9个省级企业技术中心、4个省创新型企业、4个省创新型试点企业，拥有院士专家工作站1个，驻站院士6人、博士后科研工作站2个、“长江学者”2人。