在過去的幾千年裡，盔甲的基本概念並沒有發生太大的變化。首先，盔甲主要是用以阻擋武器或彈丸刺入人體。其次，它還能分散來襲武器的能量，使武器帶來的衝擊力減緩，對人體造成的傷害更少。雖然，士兵們的盔甲並不是在所有情況下都有效，但它通常可以幫助和保護人們免受重傷或死亡，尤其是面對「正確」的武器。
多年來，人們在不斷的研發更強大和更先進的盔甲來抵禦日益複雜、先進的武器。隨著從冷兵器時代進入到火器時代，直至發展到現代武器，由皮革、金屬製成盔甲也演變成了複合材料製成的防彈衣。然而，儘管有了不少的改進，現代防彈衣仍然有一些與古代盔甲相同的缺點。
無論盔甲是由金屬板、皮革還是織物層製成的，通常都很笨重。而且，許多類型是剛性的，所以它們不適合用於手臂、腿和脖子的防護。因此，中世紀的板甲都留有縫隙和關節，可以讓人活動，而今天使用的防彈衣通常只保護頭部和軀幹。
好消息是，最新型的防彈衣既靈活又輕便。令人想不到的是，這種新型防彈衣最突出的改變竟然是在現有裝甲材料裡添加液體。雖然，液體防彈衣還沒有完全為戰鬥做好準備，但實驗室研究表明，液體防彈衣絕對有潛力成為笨重的防彈背心的替代品。最終，士兵、警察和其他有需要的人，可以用它來保護自己的軀幹甚至是胳膊和腿。
目前，正在開發的兩種主要類型的液體防彈衣都是以杜邦凱夫拉縴維為基礎的，通常用於防彈背心。當一顆子彈或一塊彈片擊中一件凱夫拉縴維背心時，這些材料的層數會將衝擊力擴散到很大的表面積上。子彈還會拉伸凱夫拉縴維，消耗能量，並在此過程中減速。這一概念與汽車安全氣囊在碰撞過程中傳播碰撞並減緩人體運動時發生的情況類似。
儘管凱夫拉縴維是一種織物，但凱夫拉縴維製成的防彈衣，並不會像普通服裝那樣服帖舒適，可以自然移動或懸垂。防彈功能需要20到40層凱夫拉縴維，而這麼多層疊加在一起，相對來說是比較堅硬的。同時，它也很重。單是一件防彈背心的重量就常常超過4.5公斤，而且是在沒有添加額外的陶瓷保護襯墊的情況下。
然而，現在有兩種不同的液體可以讓凱夫拉裝甲使用更少的層，使它更輕，更靈活。這兩種液體都有一個共同點：對刺激反應強烈。
接下來，我們來看看這些液體是由什麼構成的，以及它們為什麼會有強烈的反應？
剪切增稠流體
「液體防彈衣」這個詞可能有點誤導人。 對於很多初次聽到這個詞的人來說，它讓人聯想到在兩層固體材料之間的夾著一層可流動的液體。 然而，在新研發的液體防彈衣中根本就沒有可見的液體層。 其實，它們使用的凱夫拉縴維是在這兩種液體中浸泡處理過的。
第一種是剪切增稠流體（STF），當遇到機械應力或剪切時，它的行為類似於固體。換句話說，它像液體一樣移動，直到物體有力地撞擊或攪動它。然後，它在幾毫秒內變硬。這與剪切稀化液（如油漆）正好相反，當遇到攪拌或搖晃時，剪切稀化液會變薄。
你可以通過觀察由幾乎等量的玉米澱粉和水混合成的溶液，來了解剪切增稠流體的樣子。如果你慢慢攪拌，這種物質就會像液體一樣運動。但如果你擊中它，它的表面會突然凝固。你也可以把它捏成一個球，但是當你停止施加壓力時，球就會散開。
我們來說說這種現象的工作原理。這種流體是一種膠體，由懸浮在液體中的微小顆粒組成。這些顆粒互相排斥，所以它們很容易在整個液體中漂浮，而不會結塊或沉澱到底部。但是，突然的撞擊產生的能量壓倒了粒子之間的排斥力 —— 它們粘在一起，形成一個稱為水力聚團的質量。當撞擊產生的能量消散時，粒子又開始互相排斥。水力聚團解體，表面上固體物質又變回液體。
真正用於製作加工防彈衣的液體，是由懸浮在聚乙二醇中的二氧化矽顆粒製成的。二氧化矽是沙子和石英的組成部分，聚乙二醇是一種聚合物，通常用於瀉藥和潤滑劑。二氧化矽顆粒的直徑只有幾納米，因此，許多報導將這種液體描述為納米技術的一種形式。
為了用剪切增稠流體製造液體防彈衣，研究人員首先會用乙醇稀釋這種液體。他們用稀釋後的液體浸泡、浸透凱夫拉縴維，然後再把它放在烤箱裡蒸發乙醇。此時，STF會滲透到凱夫拉縴維中，凱夫拉縴維束將充滿顆粒的液體固定在適當的位置。當物體撞擊或刺穿凱夫拉縴維時，液體會立即變硬，使凱夫拉縴維變得更加堅固。硬化的過程發生在短短幾毫秒內，隨後，防彈衣將再次變得靈活、柔韌。
在實驗室測試中，經過STF處理的凱夫拉縴維與普通的凱夫拉縴維一樣柔韌。區別在於，它的強度更高，所以使用STF的裝甲只需要更少的材料層。四層經過STF處理的凱夫拉縴維可以消耗與14層純凱夫拉縴維相同的能量。此外，經過STF處理的纖維對衝擊的拉伸程度不如普通纖維，這意味著子彈不會像普通纖維那樣深入到護甲或人的組織中。研究人員推測，這是因為子彈拉伸STF處理過的纖維需要更多的能量。
美國陸軍研究實驗室和德拉瓦大學正在進行基於STF的液體防彈衣的研究。此外，麻省理工學院的研究人員也開發用於防彈衣的另一種不同的液體。接下來我們來看他們的研究。
磁流變液
可以加強凱夫拉裝甲的另一種流體是磁流變（MR）流體。 MR流體是充滿鐵顆粒的油。 通常，表面活性劑圍繞顆粒以保護它們並幫助它們懸浮在液體中。 一般來說，鐵顆粒佔流體體積的20％至40％。
這些微粒很小，尺寸在3到10微米之間。然而，它們對流體的稠度有著強大的影響。當暴露在磁場中時，粒子排列起來，使流體顯著變稠。術語「磁流變」來自於這種效應。流變學是力學的一個分支，主要研究力和材料改變形狀的方式之間的關係。磁力可以改變磁流變液的形狀和粘度。
MR流體的硬化過程大約需要二萬分之一秒。根據流體的組成和磁場的大小、形狀和強度，這種效應可能會有很大的不同。例如，麻省理工學院的研究人員首先研究的是球形鐵顆粒，即使在磁場存在的情況下，它們也可以相互滑動。這限制了裝甲的硬度，因此研究人員正在研究其他可能更有效的粒子形狀。
與STF一樣，你也可以使用普通物品查看MR流體的外觀。 與油混合的鐵屑提供了良好的代表性。 當不存在磁場時，流體容易移動。 但是，磁鐵的影響可能會導致流體變厚或形成不同於其容器的形狀。 有時，差異在視覺上是非常引人注目，流體形成獨特的峰、谷和其他形狀。 藝術家甚至會使用磁鐵和MR流體或者類似的鐵磁流體來創作藝術品。
通過密度、粒子形狀和場強的正確組合，磁流變液可以從液體變為非常厚的固體。與剪切增稠流體一樣，這種變化可以極大地提高裝甲的強度。訣竅是激活流體的狀態變化。在實際運用中，要想激活一整套防彈衣，所需使用的磁鐵已經大到無法接受，研究人員建議創造一個微小的電路在整套防彈衣中運行。
如果沒有電流通過電線，防彈衣將保持柔軟和靈活。但是在開關翻轉的時候，電子就會開始在電路中移動，在這個過程中產生磁場。這個能量場會使MR流體立刻變硬。將開關翻轉回關閉位置將停止電流，防彈衣將再次變得靈活。
除了製造更堅固、更輕、更柔韌的防彈衣外，用剪切增稠和磁流變液處理的織物也可以具有其他用途。 例如，這種材料可以製造易於摺疊和攜帶的防爆毯，可以保護人們免受爆炸和彈片的傷害。 經過處理的跳傘靴在撞擊或著陸時會變硬，保護傘兵的雙腳。 警察的制服可以廣泛使用液體裝甲技術，特別是因為他們最容易遇到的是鈍器和刀片的襲擊。
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