磁流变（MR）材料是一类在外加磁场下可逆改变流变和力学性能的智能材料，由软磁性颗粒分散于流体或弹性体中组成。磁场作用时，颗粒间的偶极相互作用使其形成纤维状结构，从而提高材料的黏度和刚度。各向异性磁流变弹性体因具有预设的纤维状磁结构，可在磁场下产生方向性响应，如剪切增强和旋转驱动，但受限于弹性体基质的刚性，需要较强磁场才能发挥效果，存在安全隐患。近年来，含硬磁颗粒的磁性纤维在软体机器人、医疗器械和智能纺织领域展现潜力，但其作为织物驱动器仍面临磁相互作用、磁化精度不足、织物结构松散及磁化设备空间受限等问题，导致磁化图案易错位且运动控制不稳定。
据此，香港理工大学陶肖明教授、蒲俊宏助理教授团队提出了一类可响应矢量刺激的磁流变纤维材料，其设计基于一种融合纺织结构力学与软磁材料磁学特性的工程模型。成功批量制备出具备优异力学与磁学性能的软磁性高分子复合纤维，并将其组装成同心螺旋状纱线结构。该纱线可在外加磁场方向和强度的调控下，产生显著的弯曲与刚度增强效应，从而实现具备多种驱动与强化功能的可定制智能织物。在此基础上，开发了多种创新应用，包括：用于个体湿度调节的主动通风织物、可适应不同形状与硬度物体的柔性抓取器，以及能远程操控并再现织物硬度与光滑触感的触觉手套。该研究为刺激响应型纤维材料的发展提供了新思路，使其从标量控制迈向复杂的矢量控制，开启了智能纺织技术创新的全新篇章。
2025年11月5日，相关工作以 “ Vector-stimuli-responsive magnetorheological fibrous materials ” 为题在Nature上发表研究论文。蒲俊宏助理教授为第一作者兼通讯作者，陶肖明教授为共同通讯作者。
从左：陶肖明教授、蒲俊宏教授
图文介绍
总之，本研究通过将纺织结构力学与软磁材料磁学相结合，构建了一种用于多层级纤维驱动结构的工程设计指南。研究团队采用可扩展的制备工艺，成功制备出具有多层级结构的矢量刺激响应型磁流变纤维材料。所得连续磁流变纤维长度可达公里级，直径约57 μm，磁性颗粒含量为70 wt%，在不超过300 mT、对人体安全的弱磁场下即可实现优异的取向性能。由此制得的磁流变纱线表现出6.5 N·m·kg⁻¹的高弯矩密度以及较其他刺激响应材料高出30倍的宽范围刚度调控能力。进一步地，研究团队利用这些纱线制备了机织与割绒结构的磁流变织物，展现出多样化的驱动性能，包括弯曲、剪切、线性运动及在弯曲与压缩下的刚度增强效应。最终，团队展示了多种智能纺织应用实例，如主动通风织物、柔性可调抓取装置及无线控制的全织物触觉手套。该研究不仅推动了刺激响应型材料领域的发展，也为智能纺织在日常生活及各类产业中的实际应用开辟了新途径。
原文链接
https://doi.org/10.1038/s41586-025-09706-4
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