刺激响应微结构，即在外界激励下结构呈现出可控可逆的变形，在软体机器人、可调控超表面、高精度传感与致动、生物器件等领域展现出广阔的应用前景。然而，目前响应微结构的材料组分和驱动构型一般是固定的，在外部驱动条件下往往只能呈现单一的变形模式，驱动具有一次性、不可重复编程等限制，制约了响应微结构的进一步发展与实际应用。
应对此挑战，武汉大学土木建筑工程学院工程力学系王正直副教授课题组提出了基于力学设计的固液核壳结构，制备了可动态调控驱动变形模式的磁性微柱阵列表面，实现了对微柱弯曲变形的再编程驱动。微柱由弹性体空心壳与封装于壳体内部的液态磁性纳米复合树脂核构成。在轴向磁场的作用下，树脂内磁性纳米颗粒的空间分布可在单个微柱内动态迁移（图一左），进而调节微柱在横向驱动磁场下的弯曲变形。理论预测和实验表征发现，在相同的驱动磁场下，颗粒的不同分布（向柱根分布或向柱尖分布）可导致微柱弯曲角度变化一个量级左右（图一右）。
图一：核壳微柱结构的动态调控机制（左），磁致微柱变形理论与实验对比（右）
进一步，课题组利用模板复制技术将可动态调控的微柱组装成阵列，实现了对微柱弯曲变形的定点、定量、程序化与再编程驱动。实验演示了再编程驱动微柱阵列在微观字符动态显示方面的应用前景，通过循环施加全局和局部磁场，实现了对微观字符的重复擦除与再写（图二）。该工作通过对传统材料的力学设计与微结构制备，为再编程刺激响应微结构提供了新的思路与方法。
图二：再编程驱动用于微观字符的动态显示
以上成果以“Core-Shell Magnetic Micropillars for Reprogrammable Actuation”为题发表于ACS Nano。论文的共同第一作者为武汉大学工程力学系硕士研究生倪克，彭奇副研究员和高恩来副研究员，合作者包括武汉大学土木建筑工程学院邵倩副研究员、北京理工大学前沿交叉院黄厚兵研究员和武汉大学动力与机械学院薛龙建教授，通讯作者为王正直副教授。
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c09298
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