【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】對智能軟材料柔性基體中高矯頑力永磁顆粒磁疇的精確編程，是推動微型機器人在磁場驅(qū)動下實現(xiàn)復(fù)雜三維形變與多模態(tài)運動的關(guān)鍵。現(xiàn)有編程策略受尺寸效應(yīng)和工藝限制，存在磁疇編程精度和制備效率低、一致性差等問題，難以滿足微型化與高通量制備需求，嚴重制約了磁控微型機器人的集群控制與廣泛應(yīng)用。
針對這一問題，西安交通大學(xué)物理學(xué)院先進功能材料與器件物理團隊青年教師韓捷等受“琥珀固化”現(xiàn)象的啟發(fā)，提出了一種無需模板的三維磁疇編程新策略。團隊構(gòu)建了由干凝膠、激光誘導(dǎo)石墨烯(LIG)與磁彈性體組成的三層異質(zhì)材料體系，利用其三維互聯(lián)微孔道結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)超親水-超疏水界面的穩(wěn)定連接。干凝膠層在溫/濕場中收縮，誘發(fā)層間應(yīng)力，從而驅(qū)動微結(jié)構(gòu)實現(xiàn)精確三維變形。隨后采用高精度的飛秒/皮秒激光加工技術(shù)，實現(xiàn)逐層構(gòu)型與應(yīng)力編程圖案化，特征尺寸優(yōu)于20μm，具備秒級制備效率。最終在飽和磁場下完成磁化，并通過水洗去除PEG和干凝膠層，成功實現(xiàn)了微型磁控軟體機器人的一致性、批量化制備。該研究不僅提出了一種全新的磁疇編程范式，同時為物理智能微型機器人在生物醫(yī)療、微流控及智能集群等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
研究成果以“基于層間應(yīng)力的微型軟體機器人三維磁疇無模板編程”(Template-Free 3D Programmable Magnetization of Soft Millirobots Induced by Interlayer Stress)為題，在國際權(quán)威期刊《美國國家科學(xué)院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS)上在線發(fā)表。西安交通大學(xué)物理學(xué)院為論文的第一完成單位，韓捷為論文第一作者，合作單位及作者包括德國馬普智能系統(tǒng)研究所Metin Sitti教授、香港城市大學(xué)董立新教授及鄭志強博士后。
青年教師韓捷2024年12月加入物理學(xué)院楊志懋教授課題組，研究方向涵蓋微納功能材料、材料物性調(diào)控及其在智能柔性系統(tǒng)中的應(yīng)用。該研究得到國家自然科學(xué)基金、陜西基礎(chǔ)科學(xué)(數(shù)學(xué)、物理學(xué))研究院、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費、陜西省科協(xié)青年托舉人才計劃等項目的支持。
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