在现代材料科学和流体力学领域，能够根据环境条件自主变化的智能材料正逐渐成为研究和应用的焦点。最近，由芝加哥大学分子工程普利茨克学院与纽约大学坦顿工程学院联合开展的研究团队，开发出一种全新的形状可变颗粒，这种颗粒能够通过温度变化调节其形态和刚度，从而实现对悬浮液流动性能的精确控制。这项上海节省工艺和智能制造中具有革命性意义的创新，代表了材料科学在柔性设计与功能集成方面的最新进展。传统流体悬浮液包括日常见到的油漆、牙膏以及混凝土等，它们在生产和使用过程中常常面临流动性不稳定的难题。这些密集的悬浮液会出现剪切增稠现象，即在受到外力作用时流动性急剧降低甚至出现堵塞，使得加工处理变得复杂。剪切增稠不仅影响制造效率，还限制了某些高性能材料的广泛应用。
新开发的颗粒由液晶弹性体材料制成，这种材料结合了液晶的有序结构和橡胶的柔韧性，能够在特定温度范围内自由改变形状。在较低温度下，这些颗粒呈现出刚性且不规则的“土豆形”，使悬浮液表现出明显的剪切增稠和阻塞现象；当温度升高至45至50摄氏度以上时，颗粒变得柔软且趋向于球形，悬浮液则恢复流动性，整体变得易于搅拌和泵送。值得注意的是，这种形态转变是完全可逆的，且可以反复调控，确保材料在不同工况下保持高效稳定的流变性能。研究的第一作者、曾在芝加哥大学普利茨克学院攻读博士学位的陈楚桥表示，在狭窄的温度窗口内，悬浮液能够实现从阻塞的厚态流体转变为自由流动的液体，实现了流体性能的开关调节。这种“可控流动”机制在各类工业生产及智能制造系统中具有广阔的应用前景。悬浮液中颗粒的形貌和刚度变化不仅影响流动性，还决定了悬浮体系的“老化”特性。
所谓老化，是指在无外力作用时，颗粒逐渐聚集形成坚固的结构，导致悬浮液整体变得僵硬难以翻新。传统方式需要机械搅拌或化学添加剂来重新激活材料，而液晶弹性体颗粒悬浮液只需简单的热激励即可恢复流动状态。加热过程中，颗粒形态重置为圆润状态，聚集体解散，悬浮液迅速“年轻化”，无需额外机械操作，这不仅极大提升了材料的使用便捷度，还减少了生产环节的能耗和设备磨损。在理论上，这种基于形状记忆材料的悬浮液调控策略，拓展了传统流变学对流体行为影响因素的认知。过去对悬浮液调控多依赖改变颗粒含量或流体本身的化学性质，而现在研究团队通过设计可变形状与刚度的功能颗粒，实现了通过温度单一变量控制多重性能的目标。此举不仅简化了系统设计，也增强了过程控制的灵活性和精确性。
在实际应用层面，这类智能悬浮液技术对3D打印和增材制造产生重要影响。打印过程中材料的流动性直接影响成型质量和打印速度，能够温控调节的流体性能使得喷嘴堵塞问题得到有效缓解，材料流动更均匀，极大地提升了制品的精度与力学性能。同时，工业混合和输送系统也将因可调控的剪切行为受益。传统设备中处理高固含量悬浮液时往往会遇到能耗高、故障频发的瓶颈，形状可变颗粒悬浮液允许通过温度切换在流动和阻塞态之间智能切换，从而显著提高混合效率并降低维护成本。此外，此技术也为智能材料的开发提供了有力示范。未来可将形状记忆液晶弹性体颗粒结合传感器、执行器等元件，构筑具备自适应、自修复功能的复杂系统。
随着材料合成技术和纳米制造工艺的不断进步，可望实现更细致的形态调控及力学性能配比，推动智能流体科学迈向更高水平。值得关注的是，此类悬浮液的安全性与环境友好性也为研究者所重视。液晶弹性体材料本身具有较好的可降解性和生物兼容性，且温控激励无须引入化学添加剂，减少了对生态环境的潜在影响，这使得其在生物医用材料和绿色制造领域同样具备极大潜力。总结来看，形状可变颗粒在流体悬浮液中的应用实现了材料流变性能的温度智能调节，解决了传统悬浮体系因粒子形状与刚度不可调导致的加工难题。通过温度控制实现流动与阻塞的快速切换，不仅提升了制造过程的灵活性和效率，也为未来智能软物质和多功能复合材料开辟了全新方向。随着相关技术的不断完善与产业化推广，形状记忆液晶弹性体颗粒有望在高性能制造、智能传感、柔性电子以及环境治理等多领域引领材料科学新潮流。
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