磁性軟材料因其非系留的驅(qū)動方式、低時延的響應(yīng)特性與良好的機械順應(yīng)性，在流體操控、可穿戴電子、生物醫(yī)療機器人等多個前沿領(lǐng)域中展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。這類材料通常由磁性組件與柔性基底構(gòu)成，磁性組件的磁化方向與空間排布不僅決定了材料本征的磁場分布，還影響材料在外部磁場作用下產(chǎn)生的局部磁體積力與力矩。這些物理量共同驅(qū)動材料實現(xiàn)復雜的運動與形變，并賦予其基于磁場與外部系統(tǒng)無線交互的能力。因此，為推動該領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)磁性軟材料內(nèi)部磁化分布的高精度時空調(diào)控至關(guān)重要。
近日，香港大學與香港理工大學聯(lián)合研究團隊在《Advanced Materials》上發(fā)表綜述文章，題為 “Spatiotemporal Modulation of Magnetization in Magnetic Soft Materials”。文章系統(tǒng)介紹了磁性軟材料的基本構(gòu)成，全面梳理了當前主要的空間與時空磁化調(diào)制技術(shù)，深入分析了其在流體控制、生物醫(yī)療和可穿戴電子等方向的典型應(yīng)用，總結(jié)了當前該領(lǐng)域面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，并展望了其未來的發(fā)展方向與潛在機遇。香港大學博士生鄧啟宇為論文的第一作者，香港大學博士畢業(yè)生李禾耕為論文的共同第一作者，香港理工大學王立秋講席教授、張藝媛助理教授、香港大學尹曉波教授為論文的通訊作者。
圖1 軟材料中的時空磁化調(diào)制概述
圖2 磁性材料基本分類及其在不同磁場下的磁響應(yīng)特性
圖3 軟材料和磁性軟材料系統(tǒng)簡介
圖4 基于模板的空間磁化調(diào)制技術(shù)
圖5 基于模塊化組裝的空間磁化調(diào)制技術(shù)
圖6 基于3D打印的空間磁化調(diào)制技術(shù)
圖7 基于手動重組裝的時空磁化調(diào)制技術(shù)
圖8 基于克服矯頑力的時空磁化調(diào)制技術(shù)
圖9 基于動態(tài)邊界的時空磁化調(diào)制技術(shù)
圖10 時空磁化調(diào)制軟材料在流體操控領(lǐng)域的應(yīng)用
圖11 時空磁化調(diào)制軟材料在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用
圖12 時空磁化調(diào)制軟材料在可穿戴電子領(lǐng)域的應(yīng)用
磁性軟材料作為力學、機械工程與材料科學深度交叉的研究熱點，其核心挑戰(zhàn)在于實現(xiàn)對磁化分布的高精度時空調(diào)控。本文系統(tǒng)回顧了當前主流的調(diào)控策略與技術(shù)路徑，并重點梳理了其在流體操控、可穿戴電子和生物醫(yī)療等典型應(yīng)用中的關(guān)鍵作用。本文有望為該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用轉(zhuǎn)化提供堅實的理論支撐和詳實的技術(shù)參考。
論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202506342
