用于3D打印無約束快速變形軟材料的鐵磁疇

軟質材料能夠響應諸如光、熱、溶劑、電場和磁場等刺激而發生三維（3D）形狀變化，在柔性電子、軟體機器人以及生物醫學等多種領域有廣泛應用。其中，磁場條件為生物醫學應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行遠程驅動。隨著磁場控制技術的進步，磁響應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為在聚合層中生成的非均勻磁化剖面。本文研究報告了一種利用程序化的鐵磁疇對軟材料進行3D打印的技術，能夠通過磁性驅動實現復雜三維形狀的快速轉換。該方法基于直寫成型技術，利用一種含有鐵磁微粒的彈性復合材料作為打印墨水。通過在打印時改變噴嘴處的磁場，對作用區域的粒子進行重新定向，從而使印絲具有圖案化的磁極性。通過這種方法，可以對復雜3D打印軟材料中的鐵磁疇進行程序化控制，實現一系列以往難以實現的形變模式。利用這種程序化控制鐵磁疇方法打印的軟材料，其驅動速度和功率密度與現有的3D打印活性材料相比具有數量級的優勢。本文研究還進一步演示了復雜形變衍生出的多種功能，包括可重構的柔性電子器件、可跳躍的機械超穎材料以及能夠爬行、翻滾、抓住快速移動物體和傳輸藥物劑量的軟體機器人。

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