刺激響應(yīng)微結(jié)構(gòu)，即在外界激勵下結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出可控可逆的變形，在軟體機器人、可調(diào)控超表面、高精度傳感與致動、生物器件等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而，目前響應(yīng)微結(jié)構(gòu)的材料組分和驅(qū)動構(gòu)型一般是固定的，在外部驅(qū)動條件下往往只能呈現(xiàn)單一的變形模式，驅(qū)動具有一次性、不可重復編程等限制，制約了響應(yīng)微結(jié)構(gòu)的進一步發(fā)展與實際應(yīng)用。
應(yīng)對此挑戰(zhàn)，武漢大學土木建筑工程學院工程力學系王正直副教授課題組提出了基于力學設(shè)計的固液核殼結(jié)構(gòu)，制備了可動態(tài)調(diào)控驅(qū)動變形模式的磁性微柱陣列表面，實現(xiàn)了對微柱彎曲變形的再編程驅(qū)動。微柱由彈性體空心殼與封裝于殼體內(nèi)部的液態(tài)磁性納米復合樹脂核構(gòu)成。在軸向磁場的作用下，樹脂內(nèi)磁性納米顆粒的空間分布可在單個微柱內(nèi)動態(tài)遷移（圖一左），進而調(diào)節(jié)微柱在橫向驅(qū)動磁場下的彎曲變形。理論預測和實驗表征發(fā)現(xiàn)，在相同的驅(qū)動磁場下，顆粒的不同分布（向柱根分布或向柱尖分布）可導致微柱彎曲角度變化一個量級左右（圖一右）。
圖一：核殼微柱結(jié)構(gòu)的動態(tài)調(diào)控機制（左），磁致微柱變形理論與實驗對比（右）
進一步，課題組利用模板復制技術(shù)將可動態(tài)調(diào)控的微柱組裝成陣列，實現(xiàn)了對微柱彎曲變形的定點、定量、程序化與再編程驅(qū)動。實驗演示了再編程驅(qū)動微柱陣列在微觀字符動態(tài)顯示方面的應(yīng)用前景，通過循環(huán)施加全局和局部磁場，實現(xiàn)了對微觀字符的重復擦除與再寫（圖二）。該工作通過對傳統(tǒng)材料的力學設(shè)計與微結(jié)構(gòu)制備，為再編程刺激響應(yīng)微結(jié)構(gòu)提供了新的思路與方法。
圖二：再編程驅(qū)動用于微觀字符的動態(tài)顯示
以上成果以“Core-Shell Magnetic Micropillars for Reprogrammable Actuation”為題發(fā)表于ACS Nano。論文的共同第一作者為武漢大學工程力學系碩士研究生倪克，彭奇副研究員和高恩來副研究員，合作者包括武漢大學土木建筑工程學院邵倩副研究員、北京理工大學前沿交叉院黃厚兵研究員和武漢大學動力與機械學院薛龍建教授，通訊作者為王正直副教授。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.0c09298
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