保罗·谢勒研究所和苏黎世联邦理工学院的研究人员开发出一种具有磁性形状记忆的新材料

by: 保罗·谢勒研究所

保罗·谢勒研究所（Paul Scherrer Institute psi）和苏黎世联邦理工学院（Eth Zurich）的研究人员开发出一种新材料，当将其放入磁场中时，这种材料可以保持一定的形状。它是由两种成分组成的复合材料。与以前的形状记忆材料不同的是，它由聚合物和所谓的磁流变液滴组成。这种新型复合材料的应用领域包括医学、航空航天、电子和机器人技术。研究人员现在将他们的研究结果发表在科学杂志《先进材料》上。

这看起来像是一个魔术：磁铁远离黑色扭曲的带子，带子放松，没有任何进一步的效果。看起来像魔术的东西可以用磁力来解释。黑丝带由两种成分组成：硅基聚合物和小水滴和甘油，其中微小的羰基铁颗粒漂浮在其中。后者提供材料的磁性和形状记忆。如果用镊子将复合材料挤压成一定的形状，然后暴露在磁场中，即使镊子被取下，复合材料仍保持其形状。只有当磁场也被移除时，材料才会恢复到原来的形状。

到目前为止，类似的材料由聚合物和嵌入金属颗粒组成。相反，psi和ETH苏黎世的研究人员使用水滴和甘油将磁性粒子插入聚合物中。通过这种方式，它们产生了类似于牛奶中发现的分散液。在牛奶中，微小的脂肪滴在水溶液中被精细地分散。这些基本上是白色的原因。

同样，磁流变液滴在新材料中也有很好的分布。”由于分散在聚合物中的磁敏感相是液体，因此施加磁场时产生的力比先前报道的要大得多，”PSI介观系统组负责人、苏黎世理工学院教授Laura Heyderman解释说。如果磁场作用在复合材料上，它就会变硬。”这种新的材料概念只能通过来自两个完全不同领域的专家团队的合作来实现，磁性和软性材料，”Heyderman说。

通过与磁场对齐来形成记忆

研究人员利用瑞士光源SLS在磅/平方英寸的压力下对这种新材料进行了研究。通过用这种光源拍摄的X射线断层图像，他们发现聚合物中液滴的长度在磁场的影响下增加，并且液体中的羰基铁颗粒至少部分地沿磁场线排列。这两个因素使材料的刚度增加了30倍。

事实上，新材料的形状记忆是由磁场激活的，除了提供更高的力外，还提供了进一步的优势。大多数形状记忆材料对温度的变化有反应。在医学应用中，结果出现了两个问题。首先，过热会损坏身体的细胞。第二，不可能保证记住物体形状的物体均匀升温。这两个缺点都可以通过使用磁场打开形状记忆来避免。

用于医学和机器人的机械活性材料

“利用我们的新复合材料，我们已经朝着简化诸如医学和机器人学等广泛应用中的组件迈出了另一个重要的步骤，”该研究的第一作者Eth Zurich和psi材料科学家paolo tesa说。因此，我们的工作是新型机械活性材料的起点。”

形状记忆材料在医学、太空飞行、电子学和机器人学中有许多应用。例如，在微创手术中，导管通过血管被推到手术部位时会改变硬度。在太空探索中，形状记忆材料是对自行充气或折叠的月球车轮胎的需求。在电子技术中，软功能材料可以部署在可穿戴的柔性电源或数据电缆中，也可以部署在无需电机就能进行机械运动的机器人中。

原文链接：https://phys.org/news/2019-06-material-magnetic-memory.html

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