从冷兵器时代的金属盔甲到现代防弹背心，轻量化与多功能特性始终是个人防护装备发展的核心需求。剪切增稠液（Shear thickening fluid, STF）因其独特的应变率敏感效应和能量耗散特性，在柔性冲击防护领域受到广泛的关注。然而，面向日益复杂的实际应用环境，防护材料不仅需要承受力-热等多场载荷，还面临环境参数动态变化对人体热稳态的持续干扰，导致静态热防护已难以满足实际需求。因此，如何实现冲击防护材料在极端热力环境中的多模态防护设计，已成为推动其进一步应用的关键问题。
近日，中国科学技术大学龚兴龙教授团队突破传统制备工艺限制，巧妙地提出Janus结构设计策略，将光热层（MXene）和相变涂层（PEG）分别集成于剪切增稠/Kevlar织物两侧，研发出具有力学性能增强和动态热管理功能的非对称结构织物（SKMP）。
相关成果以“Asymmetric Janus Shear Thickening Fabric with Heat Self-Circulating toward Impact Protection and Dynamic Thermal Management”为题，发表于材料领域顶级期刊《Advanced Materials》。中国科学技术大学工程科学学院博士研究生潘雨成为论文第一作者，龚兴龙教授和桑敏特任副研究员为通讯作者。该工作得到国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费的资助与支持。
将剪切增稠液（STF）引入织物中以形成双相复合材料是一种提高柔性织物防护性能的潜在方法。研究团队通过静态/动态穿刺及高速弹道冲击实验，系统评估了SKMP织物的抗冲击性能。如图1所示，STF的引入显著提高了纤维间的摩擦耗能与应力传递能力，得益于STF的剪切增稠效应、纤维网络致密化等多尺度能量耗散机制的协同作用，SKMP在高速弹道冲击下展现出更为出色的极限穿透速度与比能量吸收能力，且能抵御多次连续冲击而不发生穿透。
图1.SKMP复合织物的冲击防护行为
在力学性能显著提升的基础上，研究进一步赋予SKMP复合织物光热转换功能，并针对光热过程中易发的局部过热问题，设计了Janus相变热缓冲结构。当光热层吸收光能并产生热量时，热能传递至相变层并储存，从而减轻因温度剧烈波动可能造成的热损伤；当环境温度降低时，储存的热能再次释放以减缓热量散失。如图2所示，在相同光照条件下，SKMP复合织物的升温速率较不添加相变层的SKM织物显著减缓，平衡温度更低，并在多次循环中保持稳定的热响应特性。有限元仿真进一步表明，相变颗粒通过局部吸热延缓热量快速传递，有效抑制了温度的剧烈波动。
图2.SKMP复合织物的光热-相变响应行为
综上，本研究提出了一种具有非对称Janus结构的超织物，通过将剪切增稠、光热转换与相变储能三种物理机制整合于Kevlar织物中，实现了极端力/热环境下可靠的机械防护与动态热管理，为高性能柔性防护材料的设计提供了新的研究思路。
原文链接：Pan YC, Sang M*, Wu JP, Zhang ZT, Duan SL, Liu S, Li ZM, Hu Y, Gong XL*. Asymmetric Janus Shear Thickening Fabric with Heat Self-Circulating toward Impact Protection and Dynamic Thermal Management[J]. Advanced Materials, 2026, e22056. https://doi.org/10.1002/adma.202522056.
