AM:磁極可重構的液態金屬永磁體

磁性複合功能材料的磁控效應使其在軟體機器人、柔性電子、能源技術和生物醫學等領域顯示出巨大的應用價值，引起了人們極大的研究興趣。比如，磁流體由順磁性固體顆粒、界面活性劑和基載液等混合而成的一種穩定的懸浮液，既具有液體的流動變形性又具有固體的順磁性。但該磁性僅當外界磁場激勵時才存在，本身並不具備永磁特性。磁流體的基載液多採用水和油，不僅導電性能差，且與磁性顆粒存在較大密度差異從而導致沉澱現象。這些問題限制了磁流體的實際應用。

中國農業大學工學院何志祝研究小組針對這一問題，以室溫鎵基液態金屬為基載液和釹鐵硼微顆粒為磁性載體，製備出磁極可重構的液態金屬永磁體，革新了傳統的永磁體固體特性和磁流體的電絕緣線，其特有的高導電（>106S/m）和剩磁性（>30 emu/g）以及類似於橡皮泥狀的可重構性，有望在柔性電子和軟體機器人等方面展現出嶄新應用。相關結果發表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.202000827，back cover paper）上。

液態金屬永磁體的導電性源於基載液自身的高導電性，而其宏觀永磁性則源於釹鐵硼顆粒磁極取向排列。通過釹鐵硼含量和充磁強度的選擇，可調控基載液中磁性顆粒之間相互作用，從而實現對液態金屬永磁體的粘度和磁性強度的調控。當釹鐵硼含量達40 wt%時，經飽和充磁處理後的液態金屬基載液被牢牢束縛在磁性顆粒相互連接的三維多孔中，其整體行為類似於橡皮泥，可被重複塑造成各種形態。在重塑過程中，釹鐵硼顆粒磁極取向被打亂，從而導致宏觀磁性消失，實現機械力學去磁。其宏觀磁性可通過脈衝充磁改變釹鐵硼顆粒內在磁極而恢復。對於液態金屬永磁體薄膜，可通過外界磁場誘導磁性顆粒磁極取向的機械力學方式，實現對局部磁極進行重構。基於上述獨特的電磁和力學特性，論文還展示了磁性電路列印、磁控開關和傳感、柔性紙基磁存儲、磁控軟體機器人等應用。特別是，通過將液態金屬永磁體塗敷在紙條上並對其進行局部磁極重構，實現了一種紙基磁控蠕動爬行機器人，其爬行速度高達29.7 mm/s。本項研究拓寬了磁性複合功能材料的內涵，同時為柔性電子和軟體機器等領域發展提供了新的思路。