Science：可以反复“蹂躏”！基于可逆顺磁-铁磁转变的铁磁流体液滴

来源：研之成理

第一作者：刘绪博

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北京时间7月19日，《Science》在线刊登了北京化工大学软物质高精尖中心最新研究成果 “Reconfigurable ferromagnetic liquid droplet” ，即可重构的铁磁性液滴，或称液态磁铁。该研究发现一种新型磁性液体，通过控制磁性纳米粒子在水油界面的自组装，最终成功引导铁磁流体从顺磁性转变成铁磁性。通俗来讲，磁铁不再一定是坚硬的固体，也可以是流动的液体。

本文亮点

磁性材料的广泛使用大大提升了人类的生活水平，小到家用电器如冰箱，大到航天设备如磁导航仪，固态磁性材料的身影无处不在。而一般液态磁性材料，如传统铁磁流体，虽具有灵活形态但本身不存在磁极，只有在外加磁场作用下被持续磁化才能表现出特定磁性。该研究中发现的铁磁性液滴 （FLD），或称液态磁铁，既拥有类似固态磁铁的磁性，又具备液体的可流动性，二者结合形成一种全新的磁性软物质材料。这里，将水基磁流体材料与有机相混合，分散于水相中的羧基化四氧化三铁磁性纳米粒子（Fe3O4-COOH NPs）与溶解于相邻油相中的氨基化笼形倍半硅氧烷（POSS-NH2）在水油界面相互作用，原位自组装形成磁性纳米粒子表面活性剂，吸附到界面处并实现阻塞相变，形成磁流体液滴。室温下测量该液滴磁滞回线发现，不同于传统顺磁性磁流体，这种液滴表现出一定强度的剩磁和矫顽力，转变为铁磁性。结合最新的全液相3D打印和微流控成型技术，研究人员可在全液态条件下，制造任意形貌的磁性液态器件。此外，已成型的液体还可以通过改变液体内酸碱环境进行重构，实现可逆磁化或消磁。这种新型铁磁液滴具有诸多奇特性质，未来有望用于磁控液态机器人、可编程液态微反应器等领域，并推动新型液态磁材料表征技术如极化中子磁场成像等向前发展。

图文解析

图一、通过调控油-水界面上的磁性纳米颗粒-表面活性剂复合物拥挤程度，可以使超顺磁状态的铁磁流体转变为铁磁性液滴。

图二、铁磁性液滴的磁偶极相互作用

图三、铁磁性液滴的变形过程

图四、通过外加静态磁场或旋转磁场，实现对铁磁性液滴的筛选。