研究人员表明：有可能教会老的磁性纤毛新的技巧

NdFeB基磁性纤毛在水平磁场中磁化指向上的弯曲。资料来源：马修·R·克拉里。

　　磁纤毛--由嵌入式磁性微粒推动运动的人造毛发--已经存在了一段时间,并在软机器人技术、运送物体和混合液体等方面具有重要的应用价值。然而,现有的磁纤毛以固定的方式移动。

　　研究人员现在已经演示了一种创造磁的技术纤毛它可以"重新编程"磁特性在室温下根据需要改变纤毛的运动。

　　大多数磁纤毛利用的是"软"磁铁,它们不会产生磁场,而是在磁场的存在下变成磁场。以前只有少数的磁纤毛利用了"硬"磁铁,它们能够产生自己的磁场。

　　使用硬磁铁的优点之一是它们可以被编程,这意味着你可以给予材料产生的磁场一个特定的极化。控制磁极化--或者说磁化--允许你从本质上决定当一个外部磁场被应用时,纤毛将如何弯曲。

　　北卡罗来纳州立大学材料科学和工程学教授的论文的作者乔·特雷西说:"这部作品的最新之处在于,我们已经展示了一种技术,它不仅允许我们对磁纤毛进行编程,而且还可以控制地对其进行重组。"

　　"我们可以改变材料的磁化方向。室温这反过来又使我们完全改变了纤毛的弯曲方式。就像让一个游泳者改变自己的姿势。"

　　为了完成这项工作,研究者们创造了磁纤毛,由嵌入有磁性微粒的聚合物组成。特别是,这些微粒子是由镁、铁和硼组成的强大磁铁。报纸,"自组装硬磁纤毛的磁重编程,"发表在杂志上先进材料技术.

　　为了制造纤毛,研究人员将磁性微粒引入溶解在液体中的聚合物中。然后,这个泥浆被暴露在一个足够强大的电磁场,使所有的微粒子都有相同的磁化。

　　当液体聚合物变干时,研究人员利用一个不太强大的磁场,就能够控制微粒子的行为,从而形成有规律地在基质上间隔的纤毛。

　　"这条定期订购的纤毛地毯最初设计成在暴露于外磁场"特蕾西说。"但这里真正有趣的是,我们可以对这种行为进行重新编程,这样,纤毛就可以被重新设计为具有完全不同的驱动。""

　　为此,研究人员首先将纤毛嵌入冰中,这样就能把所有的纤毛固定在理想的方向上。然后,研究人员将纤毛暴露在一个阻尼的交流磁场中,这种磁场会使微粒子的磁化失序。换句话说,当纤毛被制造出来时,它们实质上消除了所有微粒子共享的预先编程的磁化。

　　"重新编程的步骤相当简单,"特雷西说。"我们用一个振动场来重置磁化,然后用一个强磁场到纤毛,这使我们可以把微粒子磁化到一个新的方向。"

　　"通过主要消除最初的磁化,我们可以更好地重新规划微粒子的磁化,"本文的第一位作者和博士马特·克莱里说。在北卡罗来纳州立大学的学生。"我们在这项工作中显示,如果你排除了擦除步骤,那么在重新编程时,你对微粒子磁化方向的控制就会减弱。"

　　特蕾西说:"我们还发现,当微粒子的磁化垂直于纤毛的长轴时,我们就能使纤毛在旋转的磁场中'断裂',这意味着它们会突然改变方向。"

　　此外,研究小组还开发了计算模型这使得使用者可以根据磁磁铁预测磁纤毛的弯曲行为,这取决于纤毛极化的方向。

　　"这个模型将来可以用来指导硬磁纤毛和相关的软执行器的设计,"本文的合著者、埃隆大学物理学教授本埃文斯说。

　　特雷西说:"归根结底,我们认为这项工作对这个领域是有价值的,因为它允许磁纤毛重新使用于新的功能或应用程序,特别是在遥远的环境中。"本工作所发展的方法也可应用于更广泛的磁软驱动器领域。"

　　这篇论文是萨拉坎图(Saarah坎图)和杰西卡刘的合著,后者曾是北卡罗来纳州立大学的研究生。在北卡罗来纳州立大学的学生。

　　更多信息:马修·R.自组装硬磁纤毛的磁重编程,先进材料技术(2024)