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代号D30材料的前世今生：这种材料有点“顽固”，不容忍坚硬的东西。

出品：科普中国

制作：柯连峰

出品单位：中国科学院计算机网络信息中心

你们知道这是什么吗？更好看的橡皮泥？不！不！不！它就是近期材料市场的新贵：D3O。别看它看起来像是躺着被人蹂躏，但如果它“开始冲”，那就很艰难了！不相信吗？翻遍家里的运动护具，随处可见。

这个将炫酷的外表与灵活灵活、坚固灵活的黑科技性能融为一体的家伙，一看就知道是一个非常年轻的料。不管你年纪多大，我也只能骗你五五千年。哈哈，这怎么可能？是标准的00后。它诞生至今仅13年。他虽然年轻，但履历却一点也不短。接下来就让我们来看看它的前世今生吧！

D3O的诞生

说起它的诞生，充满了传奇色彩。 1971年，美国科幻小说作家大卫·杰纳德和拉里·尼文在《飞行术士》中描述了一些在当时看来不可能的东西：“一块可以像普通布料一样活动的织物。既柔软又像盔甲一样坚硬的衣服。”英国科学家理查德·帕尔默在一次滑雪事故中受伤后，萌生了发明这种能够有效保护人体的材料的想法。 （果然科学家的脑回路和常人不一样啊！）

于是，帕尔默于1999年启动了相关研究。功夫不负有心人。 2005年，帕尔默带领他的研究团队发现了这种材料，并以它的发明实验室的名字将其命名为D3O。该材料具有较高的减振性能，可用于制造防撞防护产品。该材料自推出以来仅提供亮橙色，正如我们在文章开头所看到的，它看起来很像孩子们喜欢玩的有弹性的橡皮泥。

D3O原理及测试

D3O是一种工程定向设计材料，其确切的分子结构仍然是商业秘密。据研究人员介绍，这是一种由粘性流体（fluid）和聚合物（）合成的材料，具有“应变率敏感性”（rate）的特殊性质。

一般情况下，材料中的分子之间只有很弱的连接力，可以自由运动，因此材料柔软，可弯曲；当它受到外力冲击而突然变形时，会导致材料中分子间的连接力增大。 ，自由移动的分子立即被冻结，使材料变得非常坚硬，吸收冲击能量并成为保护罩。冲击后，材料恢复到原来的柔软状态。这个过程是瞬时可逆的。

研究人员认为，在实验室测试中，D3O与大多数常用的防护材料具有相同的功能，并且当材料厚度相同时，其吸收能量的能力更强，起到更好的防护作用。然而，由于材料的硬化持续时间和冲击持续时间极短，因此很难准确测量其抗冲击能力。

一些制造商将D3O材料带到了2013年美国拉斯维加斯消费电子展上。展会期间，英国Tech 21公司的参展商对D3O进行了实验：他先将D3O揉捏成任意形状，覆盖在手指表面，然后用木槌猛烈敲击覆盖有D3O的手指。结果，患者的手指并没有感到任何不适。

有了它，你还可以进行惊心动魄的抱石动作！

D3O的优点

这种神奇的材料比以前又厚又硬的防护材料有很大的优势。该材料使用和加工非常方便。根据应用对象的要求，可将液态D3O材料倒入相应的模具中，生产出所需的形状。

一种是网状片材结构（见下图1），具有更好的舒适性和透气性，可用于需要较高灵活性和中等冲击保护的场合，例如脚部、身体和头部；另一种是塑性变形结构（见下图2），用于膝、肘、肩、髋等各种关键防护部位（见下图3）。结合计算机技术，可以根据人体不同部位的自然曲线，将每个部分设计成具有最大的接触面积，从而提供更好的保护。

D3O的实际应用

(1)运动护具

用它制成的护具比传统护具轻很多，并且与防护部位贴合良好，不影响人体活动。因此，D3O广泛应用于运动护具中，目前市场上很多运动品牌都采用这种材料。

如果你在淘宝上搜索D3O，你会看到一堆护膝、护腕、头盔、运动鞋、防护运动服、护腿板、摩托车甚至芭蕾舞鞋。即使你每天走路时摔倒在地，它也能为你提供全方位的保护。简而言之，哪里有强烈的冲击，哪里就有保护。

D3O防护产品

2006年都灵冬奥会上，来自美国、加拿大等国的高山滑雪运动员穿上了这款由D3O材料制成的神奇滑雪服。包括高弹性护膝和滑雪软帽。

俗话说，工欲善其事，必先利其器，如此多才多艺的材料，它的应用范围还不仅限于此。

(二)军事装备

由于它是一种集运动自由与冲击防护于一体的理想材料，因此也被称为“软铠甲”。既然称为铠甲，对于每天处于高危状态的士兵来说就显得尤为重要。新型防护装备采用D3O（黄色）作为内衬，外面覆盖一层聚氨酯（TPU，灰色）。在受到外界冲击后，TPU可以将这种应力分散到整个材料上，然后D3O硬化并吸收应力，从而起到保护作用。 2009年，一家公司与英国国防部签署了一份价值10万英镑的合同，为阿富汗前线的英国士兵开发减震橡胶头盔。

(3)电子产品保护壳

我们来谈谈我们每天都会用到的东西吧！如果你在户外运动时害怕雾霾，不骑摩托车，又没有钱去滑雪，那么也许D3O材料的最佳用途就是用于手机壳（当然还有一些电子设备的装甲）。

作为还在贫民窟挣扎的年轻人，有时我们会在跌倒后掸掸灰尘后站起来。最让我们苦恼的就是有东西掉落的时候。而我们最容易掉落的东西就是各种电子产品。其中，我们每天手里拿着的手机，经常会不小心掉到地上。油漆可能会因碰撞而剥落，或者屏幕可能会破碎和肢解。更换手机屏幕的费用往往并不便宜。我身边很多朋友都用着雪花屏的手机，不愿意更换。

好吧，对于那些喜欢扔东西的人来说，这是个好消息！有了D3O材质的手机壳，当手机受到重击时，D3O材质会给你的手机提供完美的保护，就像以前保护你的身体一样。再也不用担心修手机时割伤痛了！

(4)其他用途

此外，D3O材料还被应用于汽车领域、建筑领域、医疗领域等，如汽车碰撞防护、防护贴片、吸能盒、保险杠、建筑桥梁、公路铁路、支架等。

中文版D3O——P4U

中国市场对这种多功能材料的需求也很强劲。但早期，中国企业在从国外采购D3O时遇到了很大的阻力。当中国遇到这种情况时，我们采取了和以前一样的方法：自己做！

深圳一家公司开发出一种类似D3O的新型智能材料——P4U。拥有国家发明专利，受国家知识产权保护。它是中国科学家自主研发的新材料。发明人为西安理工大学材料科学与工程学院副教授李峰博士，原南非国家研究院高级科学家、博士后。

P4U以“For You”命名，意为保护你，主打各种冲击防护：防撞、防摔、减震、吸能、缓冲。颜色是红色，代表中国。

P4U 与 D3O 一样，是一种基于剪切增稠原理的非牛顿流体。 P4U的研发成功，填补了国内相关产品的市场空白，打破了国外化工巨头对我国设置的技术壁垒，颠覆了人们对防护产品的认识。

P4U适用性更强，耐候性更强。它可以以包装的形式使用，也可以通过模具加工成固定的形状，因此具有广泛的应用范围。除了个人防护外，其用途还包括汽车。碰撞防护、新能源汽车电池保护、建筑桥梁速锁、阻尼器、机器人仿生肌肉等。

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