擁有主動變形能力的三維可變形結(jié)構(gòu)在自然界中廣泛存在深入實施，可有效提高生物對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性擴大。受這一特性啟發(fā)趨勢，研究人員已開發(fā)了多種基于水凝膠有力扭轉、液晶高分子、硅膠彈性體等的軟材料體系一站式服務，在外界不同條件的刺激下（如化學(xué)溶劑廣度和深度、溫度、酸堿度引領作用、光等）加強宣傳，實現(xiàn)了各式三維結(jié)構(gòu)的可控形貌變換（Nature 2021, 592, 386；Nature 2019, 573, 205用的舒心；Nature 2017 , 546, 632)技術發展。 但是，目前已有的方案主要基于軟材料形貌的準(zhǔn)靜態(tài)調(diào)制前來體驗，如何實現(xiàn)多種尺度下多模態(tài)各向異性形貌與結(jié)構(gòu)的動態(tài)調(diào)控自主研發，非常具有挑戰(zhàn)性。

近期更加廣闊，香港中文大學(xué)張立教授團隊與哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）金東東副教授損耗，聯(lián)合香港城市大學(xué)張甲晨教授、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)王柳教授，提出了一種新型的軟材料結(jié)構(gòu)動態(tài)形貌調(diào)控方法性能穩定。該團隊結(jié)合硬磁性顆粒與彈性體制備得到磁性彈性體自動化方案，并使其在一端受限的條件下溶脹產(chǎn)生可控的屈曲結(jié)構(gòu)，接著加以磁化形成各向異性的三維磁疇分布越來越重要。得到的磁性彈性體在外界可編程磁場的驅(qū)動下線上線下，能夠?qū)崿F(xiàn)多模態(tài)三維形貌的動態(tài)可控變換，在微流體操縱醒悟、軟體機器人等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景數據顯示。相關(guān)研究成果以 “Dynamic morphological transformations in soft architected materials via buckling instability encoded heterogeneous magnetization” 為題發(fā)表在國際著名期刊《Nature Communications》。

如圖1所示記得牢，該研究首先將未充磁的釹鐵硼微顆粒摻入硅膠彈性體前驅(qū)體中，在親水修飾的玻璃基底上固化形成一端固定的條形或晶格結(jié)構(gòu)重要的作用。接著將其置于與硅膠極性相似的有機溶劑中（如甲苯更多可能性、正己烷等），由于溶劑分子被彈性體吸收并擴散至高分子網(wǎng)絡(luò)中足夠的實力，引發(fā)磁性彈性體的溶脹行為緊迫性。但是，由于一端受到基板約束更適合，磁性彈性體溶脹形成的軸向壓縮力只能使其非均質(zhì)變形高效，最終產(chǎn)生屈曲結(jié)構(gòu)。屈曲結(jié)構(gòu)的具體三維形貌可通過彈性體的三維尺寸要素配置改革、人造缺陷乃至晶格連接方式進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控體系。此后，將屈曲變形的磁性彈性體置于強脈沖磁場下（約2.5T）磁化帶動產業發展，再浸泡于不相溶的溶劑中（如乙醇）收縮至原始的條形或晶格結(jié)構(gòu)責任製，能夠得到一定程度上“記憶”屈曲變形形貌的三維磁疇分布。此時倍增效應，施加不同強度有序推進、方向或梯度的外加驅(qū)動磁場，磁性彈性體基于內(nèi)部磁疇與外加磁場的磁偶極相互作用發展的關鍵，便可產(chǎn)生如波浪道路、褶皺等的多模態(tài)動態(tài)三維變形。

這種基于不穩(wěn)定性屈曲變形設(shè)計并排布軟材料內(nèi)部磁疇取向（即“磁編程”）的方法真諦所在，無需額外的模板設(shè)計與輔助指導，便可快速實現(xiàn)各向異性的非均勻磁化分布的。結(jié)合外加可調(diào)制磁場的精準(zhǔn)驅(qū)動充分，能夠產(chǎn)生自由度遠(yuǎn)超準(zhǔn)靜態(tài)形貌調(diào)制的多模態(tài)動態(tài)形貌變換進一步完善。此外集聚，如圖2所示，為了闡明磁性彈性體的調(diào)控機制調整推進，該研究團隊開發(fā)了一套分析模型與有限元計算方法狀況，在條形和晶格結(jié)構(gòu)屈曲變形、充磁乃至磁控變形的過程中機製，可有效反映并預(yù)測各參數(shù)對動態(tài)形貌的影響行為全過程，可為今后磁性軟體材料的設(shè)計和開發(fā)提供一定參考。

最后解決，通過利用各式屈曲變形產(chǎn)生的不同微流體行為（如定向流體、混合流體敢於監督、渦流）幅度，該研究結(jié)合高精度3D打印技術(shù)（nanoArch S130，摩方精密）制備的微型模板更合理、微流控芯片和尺寸定制的微顆粒適應能力，成功將磁性彈性體用于液滴的可控融合與精準(zhǔn)操控（圖3），顆粒的尺寸篩選各方面，微液滴的富集檢測，微流控的混合增強優勢，以及軟體機器人的可控驅(qū)動（圖4）善謀新篇。總之便利性，香港中文大學(xué)張立教授團隊與哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）金東東副教授提出了一種利用屈曲不穩(wěn)定現(xiàn)象編碼的新型磁編程方式方法，用以實現(xiàn)軟材料結(jié)構(gòu)形貌的動態(tài)調(diào)控，為今后磁性軟材料跨尺度的多模態(tài)變形行為提供了一種研究手段提供有力支撐，有助于今后更好地理解自然界中復(fù)雜形貌變換的潛在機制切實把製度，拓展可變形結(jié)構(gòu)在格式工程領(lǐng)域的應(yīng)用價值。