爆炸沖擊傷發生機制及防護材料研究進展

摘要： 爆炸沖擊傷是我國面臨的重大公共衛生問題，呈現高發、群發、難防的特點，并且危重傷多，感染發生率高，診治難度大。對爆炸沖擊傷施以有效的防護勝過任何最可靠的救治。爆炸沖擊傷防護是涉及醫學、材料學、爆炸沖擊力學等多學科的復雜問題，需要建立起爆炸沖擊波傳播、傷情評估、材料設計制備及材料衰減性能評測等方面的關系。基于此，本文從爆炸沖擊波的產生、傳播及爆炸沖擊傷的發生機制出發，介紹了肺部、顱腦爆炸傷致傷機制，給出了不同程度的肺部、顱腦沖擊傷的損傷力學指標，并系統地綜述了爆炸沖擊傷防護材料的研究現狀及進展，討論了不同材料的防護機理，重點針對目前廣泛使用的爆炸沖擊波防護材料，如多孔材料、水凝膠、聚脲等進行綜述。此外，針對防護材料衰減爆炸沖擊波性能評估方法不統一的問題，對材料衰減爆炸沖擊波性能，如生物評估法、引線測試法等評估方法進行了全面的調研并分析了各種評估方法的優缺點。最后展望了在爆炸沖擊波防護性能評測、動物爆炸沖擊傷傷情和材料防護性能與人員防護之間的尺度關系、材料力學指標與防護性能之間的關系等方面的發展趨勢。本文可為人員爆炸沖擊傷防護材料的設計制備、應用和測試提供技術、理論參考。

關鍵詞： 爆炸沖擊傷；發生機制；防護；材料

中圖分類號： O389 國標學科代碼： 13035 文獻標志碼： A

爆炸的主要致傷因素是爆炸過程中產生的破片、沖擊波和瞬時高溫。針對爆炸過程中產生的破片對人員的致傷機制和防護研究已較成熟，主要致傷機制包括破片直接損傷、破片的壓力波致傷、空腔效應和遠達效應等[1-2]?；诖碎_發了一系列的防護材料，如高性能陶瓷和高強纖維等，其主要的防護策略是通過材料阻止破片的侵徹實現對人體的保護[3]。爆炸產生的瞬時高溫是燒傷的致傷因素，雖然爆炸產生的瞬時高溫可達數千攝氏度，但瞬時高溫的持續時間僅為毫秒級，普通的耐高溫織物就可實現瞬時高溫的有效防護[3]。沖擊波也是爆炸過程中主要的致傷因素，沖擊波擊中人體時釋放出的能量會造成各種損傷，即爆炸沖擊傷，會導致肺、胃腸和鼓膜等含氣器官的損傷，同時對顱腦造成較長期的影響[4]。爆炸沖擊傷是平、戰時面臨的重大公共衛生問題，在平時每年因爆炸事故造成的人員傷亡和財產損失十分嚴重。以天津港“8·12”爆炸為例，共造成1 000 余人傷亡，直接經濟損失68.66 億元[5]。由于作戰樣式的變化以及各種爆炸性武器的大量使用，爆炸沖擊傷已成為現代戰爭中軍事人員在執行作戰任務時的主要傷類[1]。在最近的俄烏沖突、巴以沖突中，因爆炸沖擊波導致的傷亡人數占總傷亡的80%。爆炸沖擊傷呈現高發、群發、難防的特點，并且危重傷多，感染發生率高，救治難度大，死亡率高[6]。然而，與破片傷等機械性創傷不同的是，爆炸沖擊傷表現為“外輕內重”，即無明顯外傷而內部臟器損傷嚴重。這將導致傷員傷情發現不及時、診治難度大，進而導致更高的死亡率[6-7]。此外，與破片傷機制、防護材料、防護裝具研究較完備相比，目前對于爆炸沖擊傷的發生機制研究較少，并且對于防護材料的設計、爆炸沖擊波衰減評測方法等的研究仍不完善?；诖耍疚闹兄饕獙Ρ_擊傷的發生機制、防護材料的設計制備及評測等方面的研究進展展開綜述，以期為相關領域的進一步研究提供技術和理論參考。

1 爆炸沖擊傷及其發生機制

對爆炸沖擊波的產生、傳播機制及爆炸沖擊傷發生機制的研究是開展爆炸沖擊傷防護研究的基礎。因此，本節中綜述了爆炸沖擊波的產生、傳播以及對人體不同器官的損傷機制。

1.1 爆炸沖擊波的產生及傳播機制

爆炸沖擊波是爆炸時能量突然釋放的物理現象，具有頻率高（峰值區域的頻率為2～8 kHz[8]）、頻段寬、波長短（波長范圍為120～200 nm[9]）的特點，其作用時間通常為2～10 ms[10]，爆炸瞬時的壓力急劇上升，遠高于大氣壓力。正壓上升（“超壓”）壓縮周圍介質（空氣、水等），導致爆炸沖擊波的傳播，然后以徑向方式向外延伸，在空氣中傳播時會形成類似雙層球形的區域，超壓之后是壓力下降和負波（“負壓”），最后回到大氣壓狀態[11-12]，爆炸沖擊波的壓力隨著傳播距離的增大而降低。此外，封閉或半封閉環境（如建筑物、巷道或車輛）附近或內部的爆炸沖擊波強度可以放大2～9 倍。這是因為，在封閉或半封閉環境中，沖擊波與周圍結構相互作用并產生多次波反射，這些波反射與主波相互作用，在彼此之間產生復雜波，并且會導致沖擊波增強以及壓力增大[13-16]。

1.2 爆炸沖擊波的產生及傳播機制

爆炸沖擊傷的發生機制不同于一般的機械性創傷（如破片致傷），破片是以“點”擊中人體，而在一定范圍內，沖擊波“超壓”和“負壓”是以“面”擊中人體。這導致爆炸沖擊波作用面積大，受損傷部位多。此外，與破片傷具有明顯的外表損傷不同，爆炸沖擊傷表現為無明顯外傷而內部臟器損傷嚴重，即“外輕內重”的特點，這將導致傷員傷情發現不及時、診治難度大、致死率高。

在臨床研究中發現沖擊波可以導致人體多種器官發生損傷，如肺[17]、聽器[18]、眼[19]、顱腦[20]、心臟[21]和胃腸道[22] 等，并且損傷程度與沖擊波強度呈正相關。爆炸沖擊傷的主要發生機制是爆炸沖擊波的“超壓”和“負壓”直接作用于人體導致：（1） 血流動力的變化，即超壓作用于體表后壓迫胸腹壁，使胸腹壓急劇增加，導致下腔靜脈血大量涌入心肺，造成心肺血容量急劇增加和血管損傷；（2） 不同組織的壓力差，即組織內液體與氣體壓力變化不同導致壓力差，引起壓力高的液體流向壓力低的氣體，造成小血管破裂出血[23]；（3） 破裂效應，即壓力波從較致密部位向較稀松部位傳導時在兩者界面上引起反射，導致較致密部位的壓力突然升高而損傷[24]；（4） 內爆效應，即“超壓”過后含氣組織被壓縮，“負壓”過后含氣組織急劇膨脹；（5） 慣性作用，即密度不同的組織受到相同的壓力作用時，運動速度不同導致組織撕裂、出血[25]。除沖擊波“超壓”和“負壓”的直接致傷外，沖擊波動壓可使人體跌倒或被拋擲造成各種機械性損傷。與肝、腎等實質性器官相比，沖擊波造成嚴重損傷的主要“靶器官”是肺。這是因為，肺是人體中含氣較多的組織，當爆炸沖擊波穿過胸腔時，爆炸沖擊波主要在肺泡-空氣界面耗散動能，導致肺泡的破裂、出血、氣胸[17]，肺沖擊傷是爆炸沖擊傷早期死亡的主要原因之一。沖擊波對肺臟的主要損傷機制有：（1） 內爆效應，即沖擊波“超壓”經過后肺泡被壓縮，然后超壓之后的“負壓”經過肺導致其快速、過度擴張而造成損傷[26]；（2） 血流動力效應，即血液從腹腔大量涌入胸腔致使肺組織損傷；（3） 過牽效應，即肺泡在經過“負壓”時被過度拉伸，當拉伸超過一定程度時，肺泡的上皮細胞對小溶質的滲透壓增強造成肺水腫[17]。我們在采用小鼠進行爆炸沖擊傷試驗時也發現，沖擊波擊中小鼠后，小鼠肺部有明顯的出血癥狀。沖擊波的強度大于350 kPa 時會導致大多數傷者肺部的損傷，而大于550 kPa 時則會導致嚴重的肺損傷并且死亡率明顯升高[27-28]。

在分子生物學層面，爆炸沖擊波對肺部的損傷主要是沖擊波致傷肺部后造成肺部炎癥反應[29-30]、氧化應激[31-32] 和細胞凋亡[33]，嚴重時將會導致膿毒癥，最終導致傷員死亡。從分子層面研究爆炸沖擊波的損傷機制為沖擊傷治療藥物的研發打下了堅實的基礎。

顱腦在沖擊波作用下也極易受傷，與肺部爆炸沖擊傷相比，顱腦沖擊傷不易造成致死性傷害，但是會對人體造成長期的神經和精神傷害，如圖1 所示，我們在研究過程中發現，小鼠肺部發生嚴重損傷時腦部僅有少量出血。爆炸沖擊波對顱腦的損傷機制大致有：（1） 直接沖擊，即沖擊波直接沖擊大腦，通過顱骨彎曲以及應力和剪切力的傳播造成組織損傷[23， 34-35]；（2） 壓力傳遞，即沖擊波產生超音速流，導致腦組織出血、水腫、血管收縮和凋亡[35]；（3） 流體動力脈沖，即沖擊胸部的沖擊波可以在主要血管中引起流體動力脈沖，將動能傳遞到大腦，導致小靜脈周圍炎癥和反應性星形膠質細胞病[36]；（4） 血腦屏障破壞，即沖擊波會破壞血腦屏障，導致認知、記憶功能障礙和隨后的炎癥和氧化應激引起的情感障礙，甚至會給傷者帶來如自殺、暴力犯罪等一些社會問題[37-39]。與肺沖擊傷相比，顱腦沖擊傷的研究更具有挑戰性，在相同強度的爆炸沖擊波作用下，肺部表現出明顯的損傷，而顱腦并未表現出明顯的出血、挫裂傷等。康越等[40] 通過數值模擬研究了顱腦沖擊傷的發生機制，為顱腦沖擊傷的發生及防護研究提供了一種新的思路。但未來仍需要在精確測量顱腦組織不同部位的沖擊波強度、不同顱腦損傷與沖擊波強度的對應關系等方面開展大量研究。

除致傷機制和損傷表現外，引起人體損傷的力學指標也是人們十分關注的問題。如圖2所示，在不同的沖擊波壓力作用下，人體頭部及肺部損傷的50% 生存率具有明顯差異，可以看出，頭部相比于肺部能夠承受的沖擊波超壓更高、持續時間更長，有防護較無防護時肺部能夠承受更高的沖擊波超壓、更長的持續時間。而針對頭部防護下的沖擊波耐受情況仍不清楚，有待進一步研究。

爆炸沖擊波對人體的損傷程度主要取決于5 個因素：（1） 超壓峰值，690～1 724 kPa 的超壓被認為是致命壓力[41]；（2） 超壓持續時間；（3） 爆炸介質；（4） 與爆心的距離；（5） 由于受限區域或墻壁等引起的沖擊波反射[42-44]。

1.3 小結

與破片等機械性損傷不同，爆炸沖擊波主要通過“超壓”、“負壓”直接作用于人體致傷，具有損傷部位多、傷情復雜、危重傷多和“外重內輕”等特點。對含氣組織（肺、聽器、胃腸）的損傷較嚴重，對顱腦也會造成長期性的損傷，并且爆炸沖擊波對人體的損傷與沖擊波超壓及作用時間正相關。因此，接下來我們將圍繞爆炸沖擊傷的防護和評估等方面的科學問題，系統介紹研究現狀和相關成果。

2 爆炸沖擊傷的防護

2.1 爆炸沖擊傷防護策略

從上述爆炸沖擊傷發生機制的研究可知，爆炸沖擊波通過壓縮周圍介質形成“超壓”，“超壓”擊中人體后在體內傳播，造成多個器官發生損傷。在爆炸沖擊波擊中人體前，通過防護材料將其繞射、反射、結構共振、形變等方式耗散，是防護爆炸沖擊波所致損傷的有效策略。

2.2 爆炸沖擊傷防護材料

針對現有使用的防彈材料防護爆炸沖擊波性能測試顯示，軟質防彈材料（如芳綸纖維）不能有效實現爆炸沖擊波的衰減[45]，硬質防彈材料（如陶瓷）雖然能夠衰減部分爆炸沖擊波，但硬質防彈材料硬度較高、密度較大，穿戴舒適性低，此外，現有研究認為硬質防彈材料與人體之間會形成空隙，這將導致沖擊波“繞過”防彈材料造成人體損傷。筆者所在團隊前期采用大鼠對目前常用的防彈材料進行了爆炸沖擊波生物防護效應評估。從大鼠肺部解剖圖像可以發現，防彈材料在爆炸沖擊波作用下無法實現有效的防護，甚至會加重肺部損傷[46]。因此，需要設計制備加強爆炸沖擊波防護的材料。本節綜述目前常用的爆炸沖擊波防護材料，并探究其適用的防護場景及對爆炸沖擊波的防護機理。

2.2.1 多孔材料

多孔材料是一種由相互貫通或封閉的孔洞構成網絡結構的材料，與密實材料相比，多孔材料可實現爆炸沖擊波的衰減，這主要是通過孔隙結構的屈服壓縮和孔壁的坍塌吸收、耗散爆炸沖擊波能量。根據制備工藝和材料的不同，適用于爆炸沖擊波防護的多孔材料主要有泡沫材料、多孔拉脹材料等。

泡沫材料主要有聚合物基泡沫和金屬基泡沫。在聚合物基泡沫方面，Jia 等[47] 研究了不同厚度和密度（200.0 kg/m3 （F-200）、400.0 kg/m3 （F-400））的聚氨酯泡沫對沖擊波防護性能的差異，發現聚氨酯泡沫沖擊波防護性能的強弱與其厚度、密度和微觀特性相關。沖擊波超壓峰值和沖量隨試樣厚度的增大呈指數衰減。在相同厚度下，一定密度范圍內，高密度的F-400 的防護性能優于低密度的F-200。當材料孔隙結構不被破壞時，厚度大于10.0 mm 的F-200 和厚度大于4.0 mm 的F-400 均可以使超壓峰值衰減90.0% 以上。沖擊波與聚氨酯泡沫相互作用后衰減為弱的壓力擾動，實現了爆炸沖擊波的防護。金屬基泡沫也可實現爆炸沖擊波的衰減。孫建華等[48] 研究了不同的多孔鐵鎳泡沫衰減瓦斯爆炸沖擊波超壓，發現鐵鎳泡沫衰減爆炸沖擊波的效果良好，衰減率為12.9%～73.8%；孔徑、相對密度及厚度是影響其衰減沖擊波性能的重要因素，適當降低孔徑、增大相對密度和厚度有利于提高鐵鎳泡沫材料對沖擊波的衰減性能，而其中鐵鎳基體材料成分的比例對其衰減超壓的效果影響不大?？紫督Y構是影響泡沫爆炸沖擊波衰減性能的重要參數。Hu 等[49] 采用數值模擬方法研究了聚氨酯泡沫孔隙結構對沖擊波衰減性能的影響，模擬結果表明，孔隙塌陷形成局部應力波，導致沖擊波具有復雜的多波結構。沖擊波峰值衰減的幅度隨聚氨酯泡沫密度的提高而減小。在孔隙塌陷直至完全壓實的過程中，局部應力逐漸增大，最終導致應力松弛。

與傳統的泡沫材料相比，3D 打印技術可以制備具有高度復雜幾何形狀孔隙結構的泡沫材料，并且可以實現對微觀孔隙結構的調控，這些結構難以通過傳統的制造方法（如鑄造和擠壓）生產[50]。Branch 等[51]通過相差成像和有限元建模研究了3D 打印開孔泡沫中的孔徑與沖擊波衰減的關系。發現孔徑的分布和每個孔徑的接近度產生了一個隨機拓撲結構，該拓撲結構導致高應變點在更高速度的沖擊波中產生了不規則性。將發泡制備的多孔材料與增材制造的具有相似密度的多孔材料沖擊波衰減性能進行比較，通過調節增材制造過程中的微觀孔隙結構，可實現對爆炸沖擊波衰減性能的調控。Kader 等[52] 通過3D 打印方式制備了具有不同孔隙結構（球形、橢圓形）的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，實驗結果表明，所設計的閉孔結構均勻分布使材料獲得了均勻的應力分布和大變形的優點，從而具有高強度和高能量吸收效率。適當的孔隙結構設計可以提高多孔材料的能量吸收效率。

近年來，具有負泊松比的多孔材料由于其特殊的力學性能引起了廣泛關注。與傳統的多孔材料和結構類似，這類多孔材料在本體結構內仍具有相互連接的孔隙網絡，網絡是由各種幾何構型的孔壁組成。在爆炸沖擊波的作用下，孔壁通過不同的機制（如彎曲和拉伸[53-55] 以及剛性旋轉[56-57]）發生變形。孔壁的變形實現了爆炸沖擊波能量的吸收。此外，由于結構中較高的孔隙率，其質量較低，具有較高的比吸能。這類多孔結構的能量吸收能力遠高于傳統的多孔材料[58]。Fíla 等[59] 采用分離式霍普金森壓桿沖擊試驗表征了具有負泊松比的多孔材料的能量吸收性能。具有負泊松比的多孔材料在與其填充物協同作用時表現出優異的應力-應變性能，當應力卸載時應變恢復。在爆炸沖擊波防護方面，拉脹材料的性能優于傳統多孔材料[60-61]。這是因為，由于材料的負泊松比效應，夾層通過將材料逐漸拉入局部加載區而有效地適應動態加載[62-63]，因此，在爆炸過程中可實現對爆炸沖擊波的有效防護。

多孔材料的孔隙結構（孔徑、孔隙率）是影響爆炸沖擊波衰減性能的主要因素，通過制備工藝的調控可實現對多孔材料的孔徑和孔隙率的調控，進而達到調控爆炸沖擊波衰減能力的目的。然而，多孔材料由于孔隙的存在相比于實心材料而言機械強度較差，未來在實現爆炸沖擊波衰減的同時還需考慮如何增強多孔材料的機械強度。與此同時，爆炸沖擊波衰減性能依賴于材料的厚度，當厚度減小時衰減沖擊波的能力打折扣，然而人員防護材料的厚度有嚴格限制。此外，當孔隙結構屈服壓縮無法回彈和大部分孔壁發生坍塌時，多孔材料難以再次吸收爆炸沖擊波能量。這些都是未來在設計制備用于防護爆炸沖擊波的多孔材料時需要充分考慮的。

2.2.2 水凝膠

水凝膠是一類極為親水的三維網絡結構，由不同的分子通過化學交聯和物理交聯的方法聚合而成。不同的原料、條件所制備的水凝膠表現出不同的性能。適用于爆炸沖擊波防護的水凝膠應具有高含水率、高形變量的特性，與其他防護材料相比，水凝膠因含有大量的水，還可實現爆炸過程中瞬時高溫的防護。水凝膠在爆炸沖擊波作用下，因鏈狀大分子與內部的水相互作用需要時間，因此變形往往滯后于應力的變化，這種滯后在一定范圍內十分明顯。變形滯后的同時會消耗能量，達到衰減爆炸沖擊波的效果。Magnus 等[64] 研究發現，水凝膠的彈性變形可將沖擊波峰值壓力降低20%～25%。此外，防護材料與人體之間存在空隙會影響材料的沖擊波衰減能力，水凝膠可通過改變自身形狀來減小防護材料與人體之間的空隙，但是水凝膠在干燥的地方容易失水，這將會顯著降低其防護性能。此外，水凝膠的機械性能隨著其含水量的增加而降低。Sun 等[65]、Ni 等[66]、Liu 等[67]、Fan 等[68] 和Matsuda 等[69-70] 在高強度水凝膠領域開展了大量的研究，但并未對其爆炸沖擊波防護性能進行評估，未來在高強度水凝膠的爆炸沖擊波防護方面仍需進行探索。

2.2.3 聚脲

聚脲是一種新型的高分子彈性體，通常是由異氰酸酯與胺基化合物反應生成的一種聚合物[71]。聚脲彈性體具有成本低、無毒、密度低、物理性能多變、機械韌性優異、耐磨和耐腐蝕等特點[72]，在軍事裝備及建筑物的爆炸沖擊防護中備受關注[73-75]。聚脲通常由硬段和軟段組成，其爆炸沖擊波防護歸因于硬/軟鏈段的微相分離導致沖擊波散射[76-77]，對沖擊波的防護主要歸因于硬段的貢獻。硬段通常由芳香族的二異氰酸酯和擴鏈劑組成，而軟鏈段由聚醚或聚酯多元醇組成。軟段的玻璃化轉變溫度低于室溫，在室溫下處于高彈態，模量低，柔性好，呈無規卷曲狀，賦予了聚脲較好的柔韌性。硬段的玻璃化轉變溫度較高，在室溫下處于玻璃態，模量高，塑性差，賦予了材料較高的強度和硬度[77]，使其在抗沖擊性能中發揮了關鍵作用[78]。

Iqbal 等[79] 研究了不同硬段含量對聚脲力學性能的影響，發現當硬段含量在61% 時聚脲表現出最優的力學性能。Zhang 等[74] 研究了低硬度（邵氏硬度65～75 HA）和高硬度（邵氏硬度85～95 HA）聚脲涂層涂覆在金屬板上的防護性能，發現正面涂覆高硬度聚脲涂層的金屬板表現出最佳的防護性能。涂層由于制備方便，可大面積制備，因此聚脲涂層也是目前常用的爆炸沖擊波防護材料。Zhang 等[72] 研究了不同力學性能的聚脲涂層對金屬圓管的爆炸沖擊波防護性能，在現場實爆試驗后，他們利用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡測試了聚脲涂層鋁管的宏觀和微觀損傷特性。結果表明，聚脲能顯著提高鋁合金圓管的爆炸沖擊波防護性能，在高動態負載下具有更好的能量吸收效果。然而，聚脲涂層在爆炸過程中的脫附和變形將直接影響聚脲涂層的防護性能，如何在不降低聚脲爆炸沖擊波防護性能的同時增強聚脲涂層的黏附力是目前仍需要解決的問題。聚脲不僅可以單獨作為爆炸沖擊波防護材料使用，還可與其他材料復合制成復合材料。Liang 等[80] 在聚脲中加入超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weightpolyethylene，UHMWPE）纖維網，并研究了爆炸沖擊波與破片耦合作用下的防護性能、失效機理及聚脲的自修復效應，研究結果表明，聚脲增強了復合材料的延展性并防止了破片的分散，而UHMWPE纖維網提高了復合材料的強度并阻止了裂紋發展。UHMWPE 纖維網可以改善聚脲基體的載荷傳遞、整體性和抗斷裂性能，甚至可以改變材料的破壞模式，由剪切破壞轉變為拉伸破壞。

此外，聚脲在防護插板的涂覆位置也可能會影響沖擊波的衰減性能。Zhang 等[81] 研究了分別在鋼板的外側、內側和內外兩側涂覆聚脲后復合板材的破片-爆炸沖擊波耦合防護性能。結果表明，外層涂覆聚脲的損毀程度大于內層涂覆聚脲的損毀程度，兩側均涂覆聚脲后的爆炸沖擊波-破片耦合防護性能最佳。聚脲涂覆在鋼板外側時，在破片-爆炸沖擊波耦合作用下表現出明顯的壓縮剪切破壞特征，而聚脲涂覆在鋼板內側時，表現出明顯的拉伸斷裂特征。此外，紅外光譜結果表明，聚脲的能量吸收與其羰基和氫鍵的斷裂密切相關。聚脲雖然表現出優異的爆炸沖擊波防護性能，但是其防護機制仍不清楚：現有研究表明聚脲的軟硬鏈段微相分離、多重氫鍵、硬度等均影響爆炸沖擊波的衰減能力。各個因素（如聚脲層厚度、涂覆位置、氫鍵多少等）共同決定了聚脲的爆炸沖擊波衰減性能，但是其對爆炸沖擊波的耗散、散射、反射和吸收的具體機理仍不清楚，未來仍需對聚脲的沖擊波衰減機制進行深入研究，以此指導聚脲材料的設計制備。

2.2.4 納米/微米增強材料

納米/微米材料雖然不能作為單一材料用于防護爆炸沖擊波，但是通過在基材中加入納米/微米顆粒增強材料是常用的防護材料改性方法，本節綜述了目前常用于提升基材衰減爆炸沖擊波性能的納米/微米增強材料。

石墨烯、富勒烯、碳納米管等常作為增強相分散在其他聚合物基材中，從而增強基材的能量吸收性能。De Tessari 等[82] 研究了高密度聚乙烯薄膜-芳綸織物板材中添加石墨烯納米片后性能的改變。力學性能測試、子彈沖擊和霍普金森壓力測試的結果均表明，添加了質量分數為0.5% 和1.0% GNP 的HDPE 薄膜-芳綸織物板材表現出最高的能量吸收和變形最小。石墨烯的加入能夠提高基材的抗沖擊性能可能的原因在于，石墨烯片優異的力學性能使得基材與石墨烯的復合材料的強度和韌性得以提升。我們通過在聚脲中添加一定比例的氧化石墨烯后，發現石墨烯-聚脲復合材料的爆炸沖擊波衰減性能優于未添加石墨烯的聚脲，在聚脲中添加0.3% 的氧化石墨烯后對沖擊波衰減提升了15%。石墨烯作為增強材料使用時，材料制備方法簡單、用量可控，材料的結構和性能也可控，是目前石墨烯材料在爆炸沖擊波防護領域中最常見的使用方式。

碳納米管（carbon nanotube， CNT）由柱狀二維石墨烯片構成，具有高縱橫比、高導熱性和優異的機械性能。CNT 具有200 GPa 的拉伸強度、高于1 TPa 的模量和相對較低的密度，使得CNT 復合材料被廣泛應用于破片防護、高強度和高能量吸收[83-84]。Laurenzi 等[85] 研究了多壁碳納米管（multi-walled carbonnanotubes， MWCNT）增強環氧樹脂復合材料的抗沖擊性能，對添加了不同比例多壁碳納米管的環氧樹脂進行夏比沖擊試驗。結果表明，添加MWCNT 的質量分數為0.5% 的環氧樹脂韌性最好。此外，Ma 等[86]系統地研究了在環氧樹脂中添加相同比例的富勒烯、石墨烯、碳納米管后的爆炸沖擊波衰減能力。結果表明，與純環氧樹脂相比，在環氧樹脂中添加富勒烯顆粒后，復合材料的爆炸沖擊波超壓峰值降低了16.5%，添加石墨烯和碳納米管的環氧樹脂復合材料的沖擊波超壓峰值的衰減率相似，分別衰減了29.6% 和31.7%。

空心玻璃微珠是一種粒徑為10～180 μm 的空心玻璃球體，屬于無機非金屬材料，具有密度低、耐熱性好和抗沖擊性能優異等特點。空心玻璃微珠常用于改性聚合物，在降低復合材料密度的同時能夠提高抗沖擊性能[87]。Wang 等[88] 研究了在環氧樹脂和聚氨酯互穿網絡（ epoxy resin and polyurethaneinterpenetrating network， PU/EP IPN）填充空心玻璃微珠后材料的阻尼性能，即材料在振動時由于材料的晶粒相互摩擦等內部原因引起的機械振動能量損耗的現象。在受到外界沖擊時，空心玻璃微珠的加入增強了PU/EP IPN 與玻璃微珠間的摩擦損耗，從而實現對沖擊能量的吸收，但該研究中比較欠缺的是未進行現場實爆環境下的爆炸沖擊波防護性能試驗，未能真正檢測材料的沖擊波耗散性能。Drdlová等[89]研究了在泡沫材料中填充中空玻璃微珠后的爆炸能量吸收性能，發現在環氧樹脂泡沫中添加玻璃微珠后可提升復合材料的沖擊能量吸收性能，這是因為玻璃微珠的破碎過程可吸收沖擊能量。沖擊能量的吸收性能與添加玻璃微珠的量呈正相關，但添加玻璃微珠的量較大會降低材料的壓縮強度和彎曲強度。因此，在基材中添加玻璃微珠的同時也需添加其他納米增強材料（如碳納米管等）以增強材料的壓縮、彎曲強度。

除上述增強材料外，納米二氧化硅、納米氮化硼等常被用作增強材料添加在基材中[90]。此外，在實際使用過程中，為了達到更好的防護性能，在聚合物基體中往往會添加多種增強材料。需要注意的是，在使用過程中，增強材料在基體中的分散要均勻，避免納米顆粒的團聚。雖然有很多納米/微米顆?？梢愿纳撇牧系谋_擊波衰減性能，但是納米/微米顆粒衰減爆炸沖擊波的具體機制仍不清晰，未來需要將現場試驗與理論模擬相結合，以全方面地解釋材料對爆炸沖擊波的衰減機制。

2.3 小結

材料[47-48， 73， 91-94] 對爆炸沖擊波的衰減機制主要是通過材料對沖擊波的吸收、耗散、反射和折射，但是其中的衰減過程極其復雜，材料的具體性能指標與爆炸沖擊波衰減之間的關系尚未完全厘清，并且對防護材料的爆炸沖擊波衰減性能缺乏規范、科學、嚴謹的評估方法，這些都限制了爆炸沖擊傷防護技術的發展。未來仍需開展大量的研究，為材料的設計制備提供基礎。

3 防護材料的爆炸沖擊波衰減性能測試方法

如表1[95-98] 所示，目前報道了多種防護材料爆炸沖擊波衰減性能的評測方法，但是想要精確測量沖擊波衰減性能仍存在一定難度。目前常用于評估材料爆炸沖擊波防護性能的方法是利用各類傳感器記錄防護前后爆炸沖擊波壓力強度的變化，其中實驗室內沖擊波的產生主要是采用激波管，而在實爆條件下采用彈藥產生爆炸沖擊波。與防彈材料的防護性能測試具有完整的測試標準（GA/T 1709－2020《實體防護產品防彈性能分類及測試法方法》）不同，對于防護材料的爆炸沖擊波衰減性能測試目前還沒有確定的執行標準。與此同時，利用傳感器記錄防護材料前后的爆炸沖擊波壓力受外界影響較大，導致無法準確記錄沖擊波壓力。筆者團隊在實驗過程中發現，如果材料沒有將傳感器完全包覆其中，沖擊波可能會繞過材料，對沖擊波的記錄造成影響；如果傳感器包覆在材料中，材料輕微的變形會擠壓傳感器，導致記錄的數值出現明顯的過大或過小。Boutillier 等[99] 為了能夠更精確地測量防護材料后的爆炸沖擊波超壓峰值，將傳感器埋置于硅膠中，然后將防護材料置于硅膠表面，以模擬真人佩戴防護材料的形態用于測試防護材料的爆炸沖擊波衰減能力。雖然將傳感器埋置于硅膠中可避免部分爆炸沖擊波的影響，但是仍然難以完全避免爆炸沖擊波繞行對材料后人體的影響。因此，我們長期致力于通過生物防護效應結合傳感器測量爆炸沖擊波衰減以評估防護材料的爆炸沖擊波衰減性能，即將防護材料穿戴在實驗動物（大鼠、山羊等）表面，在激波管內或外場實爆條件下進行測試，實驗前將實驗動物麻醉，實驗完畢后對實驗動物進行解剖，觀察其傷情。通過實驗動物的傷情評估結合傳感器測量爆炸沖擊波強度，能夠更全面地反映材料的防護性能。這種方法可以直觀地評估材料的防護效能，即佩戴防護材料的動物傷情越重，表明防護材料的防護效能越差；反之，傷情越輕，材料的防護效能越好。通過多種評估方法聯合使用的方式能夠更全面地評估材料對爆炸沖擊波的衰減性能，但是需要耗費更多的人力、物力，未來仍需在爆炸沖擊波評估方面繼續研究，以期開發出高效、準確的爆炸沖擊波衰減性能評測方法。

4 總結與展望

無論是在戰時還是平時，爆炸沖擊傷由于難防難治、群發等特點，嚴重威脅著人員安全。對爆炸沖擊傷施以高效的防護勝過任何救治手段。本文系統綜述了爆炸沖擊波的傳播、爆炸沖擊傷的發生機制、爆炸沖擊傷防護材料及評測方法的研究進展，盡管過去的研究取得了較大進展，但還有許多待探索和改進的地方。

（1） 需要建立規范統一的爆炸沖擊波防護性能測試標準，如準確測試防護材料后爆炸沖擊波壓力強度具體數值的方法、防護材料后壓力傳感器的布放規則等。

（2） 需要建立動物傷情和防護指標與人員防護之間的尺度關系，建立不同沖擊波、破片作用下的動物傷情模型，實現可通過測量動物傷情測試轉換成人體爆炸沖擊波傷情評估。

（3） 加強爆炸沖擊波防護材料及單兵裝備的優化設計，需建立材料力學指標與爆炸沖擊波衰減之間的關系，基于此對現有的單兵防護裝備進行優化和升級，提升防護裝備的性能。

參考文獻：

[1]WANG J M. The features of explosive fragments induced injury and management [M]//FU X B， LIU L M. Advanced Traumaand Surgery. Singapore： Springer， 2017： 79–103. DOI： 10.1007/978-981-10-2425-2_6.

[2]TSUKADA H， NGUYEN T T N， BREEZE J， et al. The risk of fragment penetrating injury to the heart [J]. Journal of theMechanical Behavior of Biomedical Materials， 2023， 141： 105776. DOI： 10.1016/j.jmbbm.2023.105776.

[3]DHARANI KUMAR S， SAMVEL R， ARAVINDH M， et al. Ballistic studies on synthetic fibre reinforced polymer compositesand it’s applications： a brief review [J]. Materials Today： Proceedings， 2023. DOI： 10.1016/j.matpr.2023.03.679.

[4]NEEDHAM C E， YOUNG L R， CHAMPION H R. Blast physics and biophysics [M]//CALLAWAY D W， BURSTEIN J L.Operational and Medical Management of Explosive and Blast Incidents. Cham： Springer， 2020： 19–33. DOI： 10.1007/978-3-030-40655-4_2.

[5]楊策， 蔣建新， 杜娟， 等. 天津港“8·12”特大爆炸事件對爆炸沖擊傷診治的警示 [J]. 中華診斷學電子雜志， 2016， 4（1）：30–32. DOI： 10.3877/cma.j.issn.2095-655X.2016.01.009.

YANG C， JIANG J X， DU J， et al. Vigilance and enlightenment from diagnosis and therapy of blast injury in the “8·12”giant explosion in Tianjin harbor [J]. Chinese Journal of Diagnostics （Electronic Edition）， 2016， 4（1）： 30–32. DOI： 10.3877/cma.j.issn.2095-655X.2016.01.009.

[6]楊策， 蔣建新， 杜娟， 等. 2000 年至2015 年國內174 起爆炸事故沖擊傷診治分析 [J]. 中華診斷學電子雜志， 2016， 4（1）：36–40. DOI： 10.3877/cma.j.issn.2095-655X.2016.01.011.

YANG C， JIANG J X， DU J， et al. Analysis of the current situation of diagnosis and therapy in Chinese severe explosionaccidents over the past 15 years [J]. Chinese Journal of Diagnostics （Electronic Edition）， 2016， 4（1）： 36–40. DOI： 10.3877/cma.j.issn.2095-655X.2016.01.011.

[7]王正國. 原發肺沖擊傷 [J]. 中華肺部疾病雜志（電子版）， 2010， 3（4）： 231–233. DOI： 10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2010.04.001.

WANG Z G. Primary blast lung injury [J]. Chinese Journal of Lung Diseases （Electronic Edition）， 2010， 3（4）： 231–233. DOI：10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2010.04.001.

[8]李向榮， 馬翊聞， 李帥， 等. 爆炸沖擊波峰值區域頻率分布特性研究 [J]. 北京理工大學學報， 2019， 39（2）： 125–130. DOI：10.15918/j.tbit1001-0645.2019.02.003.

LI X R， MA Y W， LI S， et al. Research on frequency distribution of peak area of blast shock wave [J]. Transactions of BeijingInstitute of Technology， 2019， 39（2）： 125–130. DOI： 10.15918/j.tbit1001-0645.2019.02.003.

[9]BYKOVA N G， ZABELINSKII I E， IBRAGIMOVA L B， et al. Radiation characteristics of air in the ultraviolet and vacuumultraviolet regions of the spectrum behind the front of strong shock waves [J]. Russian Journal of Physical Chemistry B， 2018，12（1）： 108–114. DOI： 10.1134/S1990793118010165.

[10]ZHUO Z， LIU Z L. Mechanical mechanisms and simulation of blast wave protection [M]//WANG Z G， JIANG J X. ExplosiveBlast Injuries： Principles and Practices. Singapore： Springer， 2023： 89–97. DOI： 10.1007/978-981-19-2856-7_5.

[11]KHRISTOFOROV B D. Effect of properties of the source on the action of explosions in air and water [J]. Combustion，Explosion， and Shock Waves， 2004， 40（6）： 714–719. DOI： 10.1023/B：CESW.0000048277.31127.06.

[12]FRIEDLANDER F G. Propagation of a pulse in an inhomogeneous medium： EM-76 [R]. New York： New York University，1955.

[13]WANG X， DU J， ZHUANG Z， et al. Incidence， casualties and risk characteristics of civilian explosion blast injury in China：2000–2017 data from the state Administration of Work Safety [J]. Military Medical Research， 2020， 7（1）： 29. DOI：10.1186/s40779-020-00257-5.

[14] KOBAYASHI S， HENMI H. Dispersion of shock wave transmitted into non-uniform materials [C]//Proceedings of ASME2017 Fluids Engineering Division Summer Meeting. Waikoloa： ASME， 2017. DOI： 10.1115/FEDSM2017-69501.

[15]BANDAK F A， LING G， BANDAK A， et al. Injury biomechanics， neuropathology， and simplified physics of explosive blastand impact mild traumatic brain injury [J]. Handbook of Clinical Neurology， 2015， 127： 89–104. DOI： 10.1016/B978-0-444-52892-6.00006-4.

[16] BEN-DOR G， IGRA O， ELPERIN T. Handbook of shock waves， three volume set [M]. New York： Academic， 2000.[17]SCOTT T. Primary blast lung injury [M]//BULL A M J， CLASPER J， MAHONEY P F. Blast Injury Science and Engineering：A Guide for Clinicians and Researchers. 2nd ed. Cham： Springer， 2023： 193–199. DOI： 10.1007/978-3-031-10355-1_18.

[18]REICHENBACH T. Hearing damage through blast [M]//BULL A M J， CLASPER J， MAHONEY P F. Blast Injury Scienceand Engineering： A Guide for Clinicians and Researchers. 2nd ed. Cham： Springer， 2023： 209–216. DOI： 10.1007/978-3-031-10355-1_20.

[19]MORLEY M G， NGUYEN J K， HEIER J S， et al. Blast eye injuries： a review for first responders [J]. Disaster Medicine andPublic Health Preparedness， 2010， 4（2）： 154–160. DOI： 10.1001/dmp.v4n2.hra10003.

[20]OU Y， CLIFTON B A， LI J H， et al. Traumatic brain injury induced by exposure to blast overpressure via ear canal [J]. NeuralRegeneration Research， 2022， 17（1）： 115–121. DOI： 10.4103/1673-5374.314311.

[21]ZHONG Q J. Heart blast injury [M]//WANG Z G， JIANG J X. Explosive Blast Injuries： Principles and Practices. Singapore：Springer， 2023： 349–355. DOI： 10.1007/978-981-19-2856-7_23.

[22]TURéGANO-FUENTES F， PéREZ-DIAZ D， SANZ-SáNCHEZ M， et al. Abdominal blast injuries： different patterns，severity， management， and prognosis according to the main mechanism of injury [J]. European Journal of Trauma andEmergency Surgery， 2014， 40（4）： 451–460. DOI： 10.1007/s00068-014-0397-4.

[23]CHAVKO M， WATANABE T， ADEEB S， et al. Relationship between orientation to a blast and pressure wave propagationinside the rat brain [J]. Journal of Neuroscience Methods， 2011， 195（1）： 61–66. DOI： 10.1016/j.jneumeth.2010.11.019.

[24]LOGAN N J， ARORA H， HIGGINS C A. Evaluating primary blast effects in vitro [J]. Journal of Visualized Experiments，2017（127）： 55618. DOI： 10.3791/55618.

[25]RUBIO J E， UNNIKRISHNAN G， SAJJA V S S S， et al. Investigation of the direct and indirect mechanisms of primary blastinsult to the brain [J]. Scientific Reports， 2021， 11（1）： 16040. DOI： 10.1038/s41598-021-95003-9.

[26]SUN Y L， QIAN X M， SHU C M， et al. Effects of explosion shock waves on lung injuries in rabbits [J]. Shock and Vibration，2021， 2021： 6676244. DOI： 10.1155/2021/6676244.

[27] 王正國. 爆炸傷概述 [J]. 野戰外科通訊， 2004， 29（4）： 1–4.

[28]王正國， 蔣建新. 爆炸沖擊傷原理與實踐 [M]. 北京： 人民衛生出版社， 2020.

WANG Z G， JIANG J X. Explosive blast injury principles and practices [M]. Beijing： People’s Medical Publishing House，2020.

[29]王鴻， 高俊宏， 張文娟， 等. 肺爆震傷的分子機制研究進展 [J]. 中華創傷雜志， 2020， 36（8）： 749–754. DOI： 10.3760/cma.j.issn.1001-8050.2020.08.014.

WANG H， GAO J H， ZHANG W J， et al. Research progress in molecular mechanism of blast lung injury [J]. Chinese Journalof Trauma， 2020， 36（8）： 749–754. DOI： 10.3760/cma.j.issn.1001-8050.2020.08.014.

[30]BARNETT-VANES A， SHARROCK A， EFTAXIOPOULOU T， et al. CD43Lo classical monocytes participate in the cellularimmune response to isolated primary blast lung injury [J]. Journal of Trauma and Acute Care Surgery， 2016， 81（3）： 500–511.DOI： 10.1097/TA.0000000000001116.

[31]ELSAYED N M， ARMSTRONG K L， WILLIAM M T， et al. Antioxidant loading reduces oxidative stress induced by highenergyimpulse noise （blast） exposure [J]. Toxicology， 2000， 155（1/2/3）： 91–99. DOI： 10.1016/s0300-483x（00）00281-x.

[32]WANG H， ZHANG W J， LIU J R， et al. NF-κB and FosB mediate inflammation and oxidative stress in the blast lung injury ofrats exposed to shock waves [J]. Acta Biochimica et Biophysica Sinica， 2021， 53（3）： 283–293. DOI： 10.1093/abbs/gmaa179.

[33]SEITZ D H， PERL M， MANGOLD S， et al. Pulmonary contusion induces alveolar type 2 epithelial cell apoptosis： role ofalveolar macrophages and neutrophils [J]. Shock， 2008， 30（5）： 537–544. DOI： 10.1097/SHK.0b013e31816a394b.

[34]NAKAGAWA A， OHTANI K， ARMONDA R， et al. Primary blast-induced traumatic brain injury： lessons from lithotripsy [J].Shock Waves， 2017， 27（6）： 863–878. DOI： 10.1007/s00193-017-0753-5.

[35]NAKAGAWA A， MANLEY G T， GEAN A D， et al. Mechanisms of primary blast-induced traumatic brain injury： insightsfrom shock-wave research [J]. Journal of Neurotrauma， 2011， 28（6）： 1101–1119. DOI： 10.1089/neu.2010.1442.

[36]SIMARD J M， PAMPORI A， KELEDJIAN K， et al. Exposure of the thorax to a sublethal blast wave causes a hydrodynamicpulse that leads to perivenular inflammation in the brain [J]. Journal of Neurotrauma， 2014， 31（14）： 1292–1304. DOI： 10.1089/neu.2013.3016.

[37]DE LANEROLLE N C， HAMID H， KULAS J， et al. Concussive brain injury from explosive blast [J]. Annals of Clinical andTranslational Neurology， 2014， 1（9）： 692–702. DOI： 10.1002/acn3.98.

[38]DANG B Q， CHEN W L， HE W C， et al. Rehabilitation treatment and progress of traumatic brain injury dysfunction [J].Neural Plasticity， 2017， 2017： 1582182. DOI： 10.1155/2017/1582182.

[39]徐召溪， 徐國政. 爆炸沖擊波致輕型顱腦損傷患者血腦屏障損傷機制及其與遲發性神經功能障礙的關系 [J]. 解放軍醫學雜志， 2016， 41（5）： 425–429. DOI： 10.11855/j.issn.0577-7402.2016.05.15.

XU Z X， XU G Z. Mechanism of blood-brain barrier impairment after mild traumatic brain injury caused by blast shock wavesand its relationship with delayed nerve dysfunction [J]. Medical Journal of Chinese People’s Liberation Army， 2016， 41（5）：425–429. DOI： 10.11855/j.issn.0577-7402.2016.05.15.

[40]康越， 馬天， 黃獻聰， 等. 顱腦爆炸傷數值模擬研究進展： 建模、力學機制及防護 [J]. 爆炸與沖擊， 2023， 43（6）： 061101.DOI： 10.11883/bzycj-2022-0521.

KANG Y， MA T， HUANG X C， et al. Advances in numerical simulation of blast-induced traumatic brain injury： modeling，mechanical mechanism and protection [J]. Explosion and Shock Waves， 2023， 43（6）： 061101. DOI： 10.11883/bzycj-2022-0521.

[41]CHAMPION H R， HOLCOMB J B， YOUNG L A. Injuries from explosions： physics， biophysics， pathology， and requiredresearch focus [J]. The Journal of Trauma： Injury， Infection， and Critical Care， 2009， 66（5）： 1468–1477. DOI： 10.1097/TA.0b013e3181a27e7f.

[42]PRAT N J， DABAN J L， VOIGLIO E J， et al. Wound ballistics and blast injuries [J]. Journal of Visceral Surgery， 2017，154（sl）： 9–12. DOI： 10.1016/j.jviscsurg.2017.07.005.

[43]VAN DER WOERD J D， WAGNER M， PIETZSCH A， et al. Design methods of blast resistant fa?ades， windows， and doors inGermany： a review [J]. Glass Structures and Engineering， 2022， 7（4）： 693–710. DOI： 10.1007/s40940-022-00213-w.

[44]孔霖， 蘇健軍， 李芝絨， 等. 幾種不同爆炸沖擊波作用的能量譜分析 [J]. 火炸藥學報， 2010， 33（6）： 76–79. DOI：10.3969/j.issn.1007-7812.2010.06.018.

KONG L， SU J J， LI Z R， et al. Energy spectrum analysis of several kinds of explosive blast [J]. Chinese Journal of Explosivesand Propellants， 2010， 33（6）： 76–79. DOI： 10.3969/j.issn.1007-7812.2010.06.018.

[45]PHILLIPS Y Y， MUNDIE T G， YELVERTON J T， et al. Cloth ballistic vest alters response to blast [J]. The Journal ofTrauma： Injury， Infection， and Critical Care， 1988， 28（1）： S149–S152. DOI： 10.1097/00005373-198801001-00030.

[46]SINGH K， RAJ R， RAJAGOPAL A K， et al. Shock wave attenuation using sandwiched structures made up of polymer foamsand shear thickening fluid [J]. Journal of Mechanical Science and Technology， 2023， 37（3）： 1311–1316. DOI： 10.1007/s12206-027-0217-z.

[47]JIA S Y， WANG C， XU W L， et al. Experimental investigation on weak shock wave mitigation characteristics of flexiblepolyurethane foam and polyurea [J]. Defence Technology， 2024， 31： 179–191. DOI： 10.1016/j.dt.2023.06.013.

[48]孫建華， 李艷霞， 魏春榮， 等. 泡沫鐵鎳金屬抑制瓦斯爆炸沖擊波的實驗研究 [J]. 功能材料， 2013， 44（10）： 1390–1394.DOI： 10.3969/j.issn.1001-9731.2013.10.005.

SUN J H， LI Y X， WEI C R， et al. Experimental study on the porous foam iron-nickel metal inhibition of explosion wave [J].Journal of Functional Materials， 2013， 44（10）： 1390–1394. DOI： 10.3969/j.issn.1001-9731.2013.10.005.

[49]HU Z Q， SHAO J L， JIA S Y， et al. Propagation properties of shock waves in polyurethane foam based on atomisticsimulations [J]. Defence Technology， 2024， 31： 117–129. DOI： 10.1016/j.dt.2023.01.020.

[50]GAO Y Y， LALEVéE J， SIMON-MASSERON A. An overview on 3D printing of structured porous materials and theirapplications [J]. Advanced Materials Technologies， 2023， 8（17）： 2300377. DOI： 10.1002/admt.202300377.

[51]BRANCH B， IONITA A， PATTERSON B M， et al. A comparison of shockwave dynamics in stochastic and periodic porouspolymer architectures [J]. Polymer， 2019， 160： 325–337. DOI： 10.1016/j.polymer.2018.10.074.

[52]KADER M A， HAZELL P J， BROWN A D， et al. Novel design of closed-cell foam structures for property enhancement [J].Additive Manufacturing， 2020， 31： 100976. DOI： 10.1016/j.addma.2019.100976.

[53]FARACI D， DRIEMEIER L， COMI C. Bending-dominated auxetic materials for wearable protective devices againstimpact [J]. Journal of Dynamic Behavior of Materials， 2021， 7（3）： 425–435. DOI： 10.1007/s40870-020-00284-2.

[54]WANG M Z， WU H Z， YANG L， et al. Structure design of arc-shaped auxetic metamaterials with tunable Poisson’s ratio [J].Mechanics of Advanced Materials and Structures， 2023， 30（7）： 1426–1436. DOI： 10.1080/15376494.2022.2033890.

[55]TANCOGNE-DEJEAN T， KARATHANASOPOULOS N， MOHR D. Stiffness and strength of hexachiral honeycomb-likemetamaterials [J]. Journal of Applied Mechanics， 2019， 86（11）： 111010. DOI： 10.1115/1.4044494.

[56]GAO Y， WEI X Y， HAN X K， et al. Novel 3D auxetic lattice structures developed based on the rotating rigid mechanism [J].International Journal of Solids and Structures， 2021， 233： 111232. DOI： 10.1016/j.ijsolstr.2021.111232.

[57]PLEWA J， P?O?SKA M， LIS P. Investigation of modified auxetic structures from rigid rotating squares [J]. Materials， 2022，15（8）： 2848. DOI： 10.3390/ma15082848.

[58]BOHARA R P， LINFORTH S， GHAZLAN A， et al. Performance of an auxetic honeycomb-core sandwich panel under closeinand far-field detonations of high explosive [J]. Composite Structures， 2022， 280： 114907. DOI： 10.1016/j.compstruct.2021.114907.

[59]FíLA T， ZLáMAL P， JIROU?EK O， et al. Impact testing of polymer-filled auxetics using split Hopkinson pressure bar [J].Advanced Engineering Materials， 2017， 19（10）： 1700076. DOI： 10.1002/adem.201700076.

[60]IMBALZANO G， LINFORTH S， NGO T D， et al. Blast resistance of auxetic and honeycomb sandwich panels： comparisonsand parametric designs [J]. Composite Structures， 2018， 183： 242–261. DOI： 10.1016/j.compstruct.2017.03.018.

[61]JIN X C， WANG Z H， NING J G， et al. Dynamic response of sandwich structures with graded auxetic honeycomb cores underblast loading [J]. Composites Part B： Engineering， 2016， 106： 206–217. DOI： 10.1016/j.compositesb.2016.09.037.

[62]YANG S， QI C， WANG D， et al. A comparative study of ballistic resistance of sandwich panels with aluminum foam andauxetic honeycomb cores [J]. Advances in Mechanical Engineering， 2013， 2013： 589216. DOI： 10.1155/2013/589216.

[63]ZHANG J J， LU G X， YOU Z. Large deformation and energy absorption of additively manufactured auxetic materials andstructures： a review [J]. Composites Part B： Engineering， 2020， 201： 108340. DOI： 10.1016/j.compositesb.2020.108340.

[64]MAGNUS D， SORY D R， LEE J， et al. Study of soft material blast mitigation effects using a shock tube [J]. AIP ConferenceProceedings， 2020， 2272（1）： 040009. DOI： 10.1063/12.0001017.

[65]SUN J Y， ZHAO X H， ILLEPERUMA W R K， et al. Highly stretchable and tough hydrogels [J]. Nature， 2012， 489（7414）：133–136. DOI： 10.1038/nature11409.

[66]NI J H， LIN S T， QIN Z， et al. Strong fatigue-resistant nanofibrous hydrogels inspired by lobster underbelly [J]. Matter， 2021，4（6）： 1919–1934. DOI： 10.1016/j.matt.2021.03.023.

[67]LIU J， LIN S T， LIU X Y， et al. Fatigue-resistant adhesion of hydrogels [J]. Nature Communications， 2020， 11（1）： 1071. DOI：10.1038/s41467-020-14871-3.

[68]FAN H L， WANG J H， GONG J P. Barnacle cement proteins-inspired tough hydrogels with robust， long-lasting， andrepeatable underwater adhesion [J]. Advanced Functional Materials， 2021， 31（11）： 2009334. DOI： 10.1002/adfm.202009334.

[69]MATSUDA T， NAKAJIMA T， GONG J P. Fabrication of tough and stretchable hybrid double-network elastomers using ionicdissociation of polyelectrolyte in nonaqueous media [J]. Chemistry of Materials， 2019， 31（10）： 3766–3776. DOI：10.1021/acs.chemmater.9b00871.

[70]MATSUDA T， KAWAKAMI R， NAMBA R， et al. Mechanoresponsive self-growing hydrogels inspired by muscle training [J].Science， 2019， 363（6426）： 504–508. DOI： 10.1126/science.aau9533.

[71]LI T， ZHANG C， XIE Z N， et al. A multi-scale investigation on effects of hydrogen bonding on micro-structure and macropropertiesin a polyurea [J]. Polymer， 2018， 145： 261–271. DOI： 10.1016/j.polymer.2018.05.003.

[72]ZHANG L， WANG Y T， WANG X， et al. Investigation on the influence mechanism of polyurea material property on the blastresistance of polyurea-steel composite plate [J]. Structures， 2022， 44： 1910–1927. DOI： 10.1016/j.istruc.2022.09.001.

[73]CHU D Y， WANG [73] Y G， YANG S L， et al. Analysis and design for the comprehensive ballistic and blast resistance of polyurea-coated steel plate [J]. Defence Technology， 2023， 19： 35–51. DOI： 10.1016/j.dt.2021.11.010.

ZHANG P， WANG Z J， ZHAO P D， et al. Experimental investigation on ballistic resistance of polyurea coated steel platessubjected to fragment impact [J]. Thin-Walled Structures， 2019， 144： 106342. DOI： 10.1016/j.tws.2019.106342.

[75]馮加和， 董奇， 張劉成， 等. 聚脲彈性體在爆炸防護中的研究進展 [J]. 含能材料， 2020， 28（4）： 277–290. DOI： 10.11943/CJEM2019135.

FENG J H， DONG Q， ZHANG L C， et al. Review on using polyurea elastomer for enhanced blast-mitigation [J]. ChineseJournal of Energetic Materials， 2020， 28（4）： 277–290. DOI： 10.11943/CJEM2019135.

[76]LEE J， JING B B， PORATH L E， et al. Shock wave energy dissipation in catalyst-free poly （dimethylsiloxane） vitrimers [J].Macromolecules， 2020， 53（12）： 4741–4747. DOI： 10.1021/acs.macromol.0c00784.

[77]郭國吉， 陳彩英， 王向明， 等. 聚脲彈性體防護材料的研究進展 [J]. 中國表面工程， 2021， 34（6）： 1–20. DOI： 10.11933/j.issn.1007-9289.20210602001.

GUO G J， CHEN C Y， WANG X M， et al. Research progress of polyurea elastomer protective materials [J]. China SurfaceEngineering， 2021， 34（6）： 1–20. DOI： 10.11933/j.issn.1007-9289.20210602001.

[78]HARIS A， LEE H P， TAN V B C. An experimental study on shock wave mitigation capability of polyurea and shearthickening fluid based suspension pads [J]. Defence Technology， 2018， 14（1）： 12–18. DOI： 10.1016/j.dt.2017.08.004.

[79]IQBAL N， TRIPATHI M， PARTHASARATHY S， et al. Polyurea spray coatings： tailoring material properties throughchemical crosslinking [J]. Progress in Organic Coatings， 2018， 123： 201–208. DOI： 10.1016/j.porgcoat.2018.07.005.

[80]LIANG M Z， ZHOU M， LI X Y， et al. Synergistic effect of combined blast loads on UHMWPE fiber mesh reinforcedpolyurea composites [J]. International Journal of Impact Engineering， 2024， 183： 104804. DOI： 10.1016/j.ijimpeng.2023.104804.

[81]ZHANG L， JI C， WANG X， et al. Strengthening and converse strengthening effects of polyurea layer on polyurea-steelcomposite structure subjected to combined actions of blast and fragments [J]. Thin-Walled Structures， 2022， 178： 109527.DOI： 10.1016/j.tws.2022.109527.

[82]DE TOMASI TESSARI B， VARGAS N， DIAS R R， et al. Influence of the addition of graphene nanoplatelets on the ballisticproperties of HDPE/aramid multi-laminar composites [J]. Polymer-Plastics Technology and Materials， 2022， 61（4）： 363–373.DOI： 10.1080/25740881.2021.1988966.

[83]PANDYA K S， NAIK N K. Analytical and experimental studies on ballistic impact behavior of carbon nanotube dispersedresin [J]. International Journal of Impact Engineering， 2015， 76： 49–59. DOI： 10.1016/j.ijimpeng.2014.09.003.

[84]MYLVAGANAM K， ZHANG L C. Energy absorption capacity of carbon nanotubes under ballistic impact [J]. AppliedPhysics Letters， 2006， 89（12）： 123127. DOI： 10.1063/1.2356325.

[85]LAURENZI S， PASTORE R， GIANNINI G， et al. Experimental study of impact resistance in multi-walled carbon nanotubereinforced epoxy [J]. Composite Structures， 2013， 99： 62–68. DOI： 10.1016/j.compstruct.2012.12.002.

[86]MA D， WANG C， XU W L， et al. Investigate of shock wave mitigation performance of nano-carbon fillers modified epoxycomposites [J]. Polymer Composites， 2022， 43（10）： 7463–7472. DOI： 10.1002/pc.26833.

[87]AMOS S E， YALCIN B. Hollow glass microspheres for plastics， elastomers， and adhesives compounds [M]. Amsterdam：William Andrew， 2015： 273–280. DOI： 10.1016/b978-1-4557-7443-2.18001-6.

[88]WANG T M， CHEN S B， WANG Q H， et al. Damping analysis of polyurethane/epoxy graft interpenetrating polymer networkcomposites filled with short carbon fiber and micro hollow glass bead [J]. Materials and Design， 2010， 31（8）： 3810–3815.DOI： 10.1016/j.matdes.2010.03.029.

[89]DRDLOVá M， FRANK M. Mechanical properties of glass microsphere/epoxy foams modified by carbon nanotubes andnanosilica [J]. Journal of Scientific and Industrial Research， 2016， 75（6）： 365–370.

[90]SHIRA S， BULLER C. Mixing and dispersion of hollow glass microsphere products [M]//AMOS S E， YALCIN B. HollowGlass Microspheres for Plastics， Elastomers， and Adhesives Compounds. Amsterdam： William Andrew， 2015： 241–271. DOI：10.1016/B978-1-4557-7443-2.00011-6.

[91]THORAT M， SAHU S， MENEZES V， et al. Shock loading of closed cell aluminum foams in the presence of an air cavity [J].Applied Sciences， 2020， 10（12）： 4128. DOI： 10.3390/app10124128.

[92]XIAO F， CHEN Y， HUA H X. Comparative study of the shock resistance of rubber protective coatings subjected tounderwater explosion [J]. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering， 2014， 136（2）： 021402. DOI： 10.1115/1.4026670.

[93] GORDON S， ABIDI N. Cotton fibres： characteristics， uses and performance [M]. New York： Nova Science Publishers， 2017.

[94]GORE P M， KANDASUBRAMANIAN B. Functionalized aramid fibers and composites for protective applications： areview [J]. Industrial and Engineering Chemistry Research， 2018， 57（49）： 16537–16563. DOI： 10.1021/acs.iecr.8b04903.

[95]熊祖釗， 白春華. 燃料空氣炸藥武器威力評價指標研究 [J]. 火炸藥學報， 2002， 25（2）： 19–22. DOI： 10.3969/j.issn.1007-7812.2002.02.008.

XIONG Z Z， BAI C H. Study of fuel-air explosive weapon power evaluation indexes [J]. Chinese Journal of Explosives andPropellants， 2002， 25（2）： 19–22. DOI： 10.3969/j.issn.1007-7812.2002.02.008.

[96]王峰， 楊志煥， 朱佩芳， 等. 高原沖擊傷傷情特點的實驗研究 [J]. 創傷外科雜志， 2008， 10（6）： 549–551. DOI： 10.3969/j.issn.1009-4237.2008.06.026.

WANG F， YANG Z H， ZHU P F， et al. Experimental study on characteristics of blast injury at high altitude [J]. Journal ofTraumatic Surgery， 2008， 10（6）： 549–551. DOI： 10.3969/j.issn.1009-4237.2008.06.026.

[97]楊立云， 許鵬， 高祥濤， 等. 數字激光高速攝影系統及其在爆炸光測力學實驗中的應用 [J]. 科技導報， 2014， 32（32）： 17–21.DOI： 10.3981/j.issn.1000-7857.2014.32.002.

YANG L Y， XU P， GAO X T， et al. Digital laser high-speed photography system and its application in photomechanical testswith blast loading [J]. Science and Technology Review， 2014， 32（32）： 17–21. DOI： 10.3981/j.issn.1000-7857.2014.32.002.

[98]葉希洋， 蘇健軍， 姬建榮. 沖擊波測試效應靶法綜述 [J]. 兵器裝備工程學報， 2019， 40（12）： 55–61， 124. DOI： 10.11809/bqzbgcxb2019.12.012.

YE X Y， SU J J， JI J R. Review of effect target method for shock wave measurement [J]. Journal of Ordnance EquipmentEngineering， 2019， 40（12）： 55–61， 124. DOI： 10.11809/bqzbgcxb2019.12.012.

[99]BOUTILLIER J， CARDONA V， MAGNAN P， et al. A new anthropomorphic mannequin for efficacy evaluation of thoracicprotective equipment against blast threats [J]. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology， 2022， 9： 786881. DOI： 10.3389/fbioe.2021.786881.

（責任編輯 張凌云）

基金項目： 國家重點研發計劃（2020-JCJQ-ZD-254-05）；陸軍特色醫學中心人才創新能力培養計劃（ZXYZZKY03）；陸軍軍醫大學青年培育項目（2023XQN48）