2025年第五期吃软不怕硬的D3O

2025-05-27

世界上有没有一种材料既柔软又坚韧，平时像橡皮泥一样可以随意变形，但在关键时刻又能像盔甲一样保护你？听起来是不是很像科幻影片中的超级装备？事实上，这样神奇的材料真的存在，它的名字就叫作“D3O”！

何谓“非牛顿流体”

想要了解什么是D3O，那么首先必须知道“非牛顿流体”的概念。这是一个物理上的概念，指的是不满足牛顿黏性实验定律的流体。简单来说，这类流体的黏度数值不是一个恒定数值，而是随剪切应力或剪切速率的变化而变化。一般来说，典型的非牛顿流体有三类。

第一类是黏弹性流体

这是一类既具有黏性又有弹性的流体，能够在外力作用下发生形变，同时储存能量。不同于普通液体，它们在受力时会流动或变形，呈现出黏性；在外力撤去后，部分恢复原来的形状，呈现出弹性。发酵过的面团、硅胶玩具、解压时玩的捏捏乐都属于这类流体。

第二类是剪切稀化流体

这是一种“欺软怕硬”的材料。这种流体的黏度会随着剪切速率的增加而减小。在静止状态下，这类流体表现得较为黏稠，但随着外力的增加，它的流动性便会显著提升。比如，沼泽地就是典型的剪切稀化流体。当我们深陷沼泽地时，千万不要奋力挣扎，因为越用力，沼泽流动得越快，便会陷得越深。

第三类是剪切增稠流体

这类流体“遇强则强，遇弱则弱”，呈现出和剪切稀化流体完全相反的特性。在不施加应力的状态下，它的黏度小，流动性大。但当我们对其施加较大的应力时，它的黏度变大，可以呈现出固体的性质，变得异常坚固。接下来介绍的D3O就是这类流体。

D3O的诞生

D3O的发明者之一的理查德·帕尔默是一位滑雪运动爱好者。他在滑雪的过程中，发现传统护具存在两大问题：一是不够灵活。硬质护具虽然能提供防护，但穿戴起来很笨重且不舒服，特别是在需要快速运动的情况下。二是舒适性差。运动时，佩戴硬护具影响动作的完成度，无法满足运动员对高性能装备的需求。帕尔默希望找到一种在日常状态下能够像普通织物一样柔软，但在受到冲击时瞬间变硬的材料。他对非牛顿流体产生了浓厚的兴趣，因为这种材料在不同的力的作用下表现出液体和固体的双重特性。他和同事通过反复实验，希望能找到一种非牛顿流体，既能像织物一样被加工，同时保持出色的减震性能。

最终在1999年，由多种添加剂和聚硼二甲基硅氧烷组成的非牛顿流体——D3O诞生了。用D3O制作的滑雪护具柔软而具有弹性，一旦遭到剧烈撞击或挤压时，其分子间立刻相互锁定，迅速收紧变硬从而消化外力，形成一层防护层。当外力消失后，护具又会恢复到它最初的松弛软弹状态，完全贴合人体的关节运动。2006年都灵冬奥会上，D3O这种突破性材料首次亮相，用于美国和加拿大等国的高山滑雪运动员的护具。这次在都灵冬奥会上的亮相，让D3O迅速进入大众的视野。

D3O的应用

除了滑雪，D3O还被广泛运用在足球、橄榄球等高对抗性的运动项目的护具中（如护膝、护肘和背部护具），既能使运动员在摔倒或碰撞时免遭伤害，又能保持运动时的灵活性和舒适性。同时，这种材料还被广泛用于消费电子领域，比如手机壳和笔记本电脑保护套，能有效吸收冲击，保护设备不被摔坏。

在个人防护方面，D3O同样表现出色，比如骑摩托车时配戴的护膝和背甲、防暴警察的护具等。这些防护装备不仅轻便，还能在关键时刻提供可靠的安全保护。此外，D3O在军事和司法领域也得到了广泛的应用。它被用于制作军用护甲、战术背心和头盔内衬，这些防护装备在战场或危险环境中具备卓越的防护性能，同时又保证了行动的灵活性。