国产精品igao视频网网址不卡日韩,亚洲综合在线电影,亚洲婷婷丁香,黄色在线网站噜噜噜

  自形變軟材料（self-morphing soft materials）是一種具有感知外部環境刺激（例如光，熱，電場，磁場等）并能做出相應形狀變換的智能復合材料。這類材料在軟體機器人，柔性電子器件，仿生傳感器以及超材料等領域具有極大的應用潛力。為實現材料的可控形變，在材料的制備過程中需要對材料內部的各向異性結構（anisotropic structures）進行編碼（programming）。例如在材料內部編碼可控的高分子交聯梯度，溶劑梯度，晶相梯度以及納米纖維陣列等。但是，這些程序化的各向異性結構在被編碼后是固定不變的，導致這些材料在確定的外部刺激下僅能實現單個形變模式，限制了這些材料更為廣泛的應用。

圖 1

  近日，密蘇里大學林見教授課題組報道了一種可通過激光直寫（Direct laser writing）進行重新編程（reprogramming）的磁性自形變復合軟材料。研究人員首先將磁性釹鐵硼（NdFeB）粒子包埋于相變高分子聚己內酯（PCL）之中，得到NdFeB@PCL復合微粒。然后將該磁性復合微粒加入到硅橡膠（silicone rubber）基體中形成磁性復合軟材料 （圖1a）。在室溫下，NdFeB粒子被“凍結”在PCL基體中，不能在外界編程磁場（programming magnetic field）下自由轉動；通過520 nm激光直寫后（圖1b），復合材料被局部加熱，其中的PCL組分會被融化為液體，此時，NdFeB粒子處于“解凍”狀態，能在外界編程磁場下自由轉動從而形成的局部磁疇（圖1c）。當復合材料冷卻后，形成的局部磁疇能臨時保存下來。通過協同控制激光直寫路徑與變換編程磁場方向，復合材料的不同區域將形成不同的局部磁疇，從而得到可編程的磁各向異性（magnetic anisotropy），并用于引導復合材料在外界磁場下的可控磁驅動形變。由于PCL的相轉變過程是完全可逆的，當材料被再次施加激光熱處理后，NdFeB粒子能被重新“解凍”，重新編程，進而形成新的磁各向異性（圖1d）。當復合材料被賦予不同的磁各向異性時，該材料能在相同的外界磁場下實現不同的形變模式（圖1e）。

圖 2

  如上圖所示，研究人員可在同一磁性復合材料中實現不同的磁各向異性編碼，使得該磁性復合材料能在同一外界磁場刺激下產生不同的可控形變。圖為形變后的三維機構實物照片與有限元模擬結果。

圖 3

  利用該磁性復合材料的特性，該團隊展示了一系列有趣的應用，包括可重構磁驅動機械屈曲組裝（mechanical buckling assembly），可重構多模態開關，以及可重構磁驅動軟體機器人。如上圖所示，該團隊設計了一種剪紙（kirigami）磁性薄片，在該薄片上可多次重寫編碼不同的磁各向異性，從而使得該磁性薄片在動態外界磁場下能夠分別模擬蚯蚓（圖3a），尺蠖（圖3b）和球潮蟲（圖3c）的運動模式。

  此項研究提供了一種新思路用于制備和編碼可重構的自形變復合材料。該研究對可形變材料的研發有著重要的啟示作用，同時也將推動磁性高分子復合材料在柔性機器人，傳感器、人工肌肉, 人體微機器人等領域的重要應用。該研究日前以題為“Laser Reprogramming Magnetic Anisotropy in Soft Composites for Reconfigurable 3D Shaping”發表在國際知名期刊Nature communications上。論文第一作者為鄧恒博士，論文通訊作者為密蘇里大學林見教授。

  文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-20229-6