軟質(zhì)材料能夠響應(yīng)諸如光、熱、溶劑、電場和磁場等刺激而發(fā)生三維（3D）形狀變化，在柔性電子、軟體機(jī)器人以及生物醫(yī)學(xué)等多種領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。其中，磁場條件為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了一種安全有效的操作方法，但這通常需要在封閉空間中進(jìn)行遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)。隨著磁場控制技術(shù)的進(jìn)步，磁響應(yīng)性軟材料也從嵌入式離散磁鐵或者由磁性粒子聚合而成的軟性化合物演變?yōu)樵诰酆蠈又猩傻姆蔷鶆虼呕拭?。本文研究?bào)告了一種利用程序化的鐵磁疇對軟材料進(jìn)行3D打印的技術(shù)，能夠通過磁性驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜三維形狀的快速轉(zhuǎn)換。該方法基于直寫成型技術(shù)，利用一種含有鐵磁微粒的彈性復(fù)合材料作為打印墨水。通過在打印時(shí)改變噴嘴處的磁場，對作用區(qū)域的粒子進(jìn)行重新定向，從而使印絲具有圖案化的磁極性。通過這種方法，可以對復(fù)雜3D打印軟材料中的鐵磁疇進(jìn)行程序化控制，實(shí)現(xiàn)一系列以往難以實(shí)現(xiàn)的形變模式。利用這種程序化控制鐵磁疇方法打印的軟材料，其驅(qū)動(dòng)速度和功率密度與現(xiàn)有的3D打印活性材料相比具有數(shù)量級的優(yōu)勢。本文研究還進(jìn)一步演示了復(fù)雜形變衍生出的多種功能，包括可重構(gòu)的柔性電子器件、可跳躍的機(jī)械超穎材料以及能夠爬行、翻滾、抓住快速移動(dòng)物體和傳輸藥物劑量的軟體機(jī)器人。

Xuanhe Zhao, Yoonho Kim, Hyunwoo Yuk,Ruike Zhao, Shawn A. Chester

Nature volume 558, pages274–279 (14 June 2018)

DOI: 10.1038/s41586-018-0185-0

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0185-0