磁性軟材料（MSM）可以不受束縛地控制并通過磁驅動快速行動，在軟機器人和生物醫學中有著廣泛的應用。通常，MSM由嵌入軟磁或硬磁顆粒的聚合基質組成。軟磁材料具有低剩磁和矯頑力，易于再磁化并始終受到吸引力，可編程變形和可控運動始終受到限制。硬磁MSM材料具有高剩余力和矯頑力，允許編程非均勻磁化模式，以實現非均勻變形。
然而，硬磁MSM中磁化模式的重構通常需要強脈沖磁場或高溫，并且難以在軟磁和硬磁狀態之間轉換，從而限制了其在復雜環境下進行多模態磁操作的潛力。要實現這一目標，需要一種新的材料結構，可以在不需要強脈沖磁場或高溫的情況下實現軟硬磁狀態和磁化曲線的重新配置。
圖1. 同軸磁性纖維打印工藝及軟硬磁態可逆轉換示意
圖2. 多維樣品打印及定制化編程
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CMF內的軟磁或硬磁分布可以通過溶劑交換策略進行選擇性編程，實現軟磁狀態（Hc 45 mT和Mr 16 emu/g）和硬磁狀態（Hc 690 mT和Mr 61 emu/g）之間的轉換，其矯頑力Hc和剩磁Mr分別存在約15倍和4倍的大數值差異。
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CMF對全局磁場的響應可以在局部定制，以允許在CMF的各個區域的吸引力和排斥力共存，實現多模態磁主動變形和運動(圖2)。
- 通過為仿生蝴蝶的硬磁翅膀和軟磁身體設計不同的磁響應，實現了逼真的飛行行為，身體附著在樹枝上，翅膀在周期性磁場的驅動下拍打(圖3)。此外，磁性畫筆將折紙物體描繪得栩栩如生，成功地再現了馬良神筆故事中的場景(圖3)。
圖3.基于同軸磁性纖維的仿生蝴蝶及磁性畫筆
該工作是蔣樂倫教授團隊近期關于磁性材料研究的最新進展之一。在過去的兩年中，團隊探索了具有驅動和傳感功能的同軸打印磁機械電氣混合結構的纖維制造及應用(Nature Communications 2023,14,4428；ACS Appl. Mater. Interfaces 2021,13,3,4174–4184)。此外在磁響應軟體機器人制造及表面微結構方面也有所進展，將卷對卷磁性紙制造方法與中國傳統折紙技術結合，提供了磁控折紙機器人的2D-to-4D大規模制造策略大規模制造磁控折紙機器人(Nature Communications2022,13,4177)。團隊還綜述了磁響應微結構功能表面的研究進展，討論了限制其實際應用的挑戰，并提出了該領域的未開發展方向，對磁響應微結構功能表面領域的發展具有重要意義(International Journal of Extreme Manufacturing 2025, 7,012004)。團隊還仿生蛞蝓研究了磁控軟體微型機器人(TENG-Robot)它與摩擦納米發電機完全集成，可用于板載傳感和自供電充電(Nano Energy,2022, 99, 107367)。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202421254
