北京化工大學Science：液態(tài)磁鐵新發(fā)現，未來空間大無窮！

第一作者：劉緒博

第一單位：北京化工大學

通訊作者：Thomas Russell

通訊單位：馬薩諸塞大學安姆斯特分校

磁性材料的廣泛使用大大提升了人類的生活水平，小到家用電器如冰箱，大到航天設備如磁導航儀，固態(tài)磁性材料的身影無處不在。而一般液態(tài)磁性材料，如傳統(tǒng)鐵磁流體，雖具有靈活形態(tài)但本身不存在磁極，只有在外加磁場作用下被持續(xù)磁化才能表現出特定磁性。

有鑒于此，北京化工大學軟物質高精尖中心博士生劉緒博（第一作者）、馬薩諸塞大學安姆斯特分校的Thomas Russell教授（通訊作者）等人報道了一種新型磁性液體，這種可重構的鐵磁性液滴也被稱為液態(tài)磁鐵。

通過控制磁性納米粒子在水油界面的自組裝，研究人員成功引導鐵磁流體從順磁性轉變成鐵磁性。該研究中發(fā)現的鐵磁性液滴（FLD）既擁有類似固態(tài)磁鐵的磁性，又具備液體的可流動性，二者結合形成一種全新的磁性軟物質材料。通俗來講，磁鐵不再一定是堅硬的固體，也可以是流動的液體。

這里，將水基磁流體材料與有機相混合，分散于水相中的羧基化四氧化三鐵磁性納米粒子（Fe3O4-COOH NPs）與溶解于相鄰油相中的氨基化籠形倍半硅氧烷（POSS-NH2）在水油界面相互作用，原位自組裝形成磁性納米粒子表面活性劑，吸附到界面處并實現阻塞相變，形成磁流體液滴。

（A） 示意圖表示水相中的磁性納米粒子與油相中的配體在水油界面自組裝形成致密的二維納米薄膜及鐵磁液滴；磁滯回線表明鐵磁流體在組裝前后發(fā)生的順磁-鐵磁轉變；

（B） 水油界面發(fā)生阻塞相變的磁性納米粒子的透射電子顯微鏡照片；

（C）懸浮在油相中的鐵磁液滴在外部磁場作用下旋轉，紅色染料記錄了液滴周圍液體的湍流軌跡。

室溫下測量該液滴磁滯回線發(fā)現，不同于傳統(tǒng)順磁性磁流體，這種液滴表現出一定強度的剩磁和矯頑力，轉變?yōu)殍F磁性。結合最新的全液相3D打印和微流控成型技術，研究人員可在全液態(tài)條件下，制造任意形貌的磁性液態(tài)器件。此外，已成型的液體還可以通過改變液體內酸堿環(huán)境進行重構，實現可逆磁化或消磁。

這種新型鐵磁液滴具有諸多奇特性質，未來有望用于磁控液態(tài)機器人、可編程液態(tài)微反應器等領域，并推動新型液態(tài)磁材料表征技術如極化中子磁場成像等向前發(fā)展。