一、 【科学背景】
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。
二、【科学贡献】
近日，香港理工大学陶肖明教授、蒲俊宏助理教授团队在Nature发表了题为“Vector-stimuli-responsive magnetorheological fibrous materials”的论文。本研究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。研究团队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。
三、【图文导读】
图 1. 具备矢量刺激响应功能的磁流变纤维材料示意图。© 2025 Springer Nature
图 2. 磁流变纤维与纱线的设计与制备过程。© 2025 Springer Nature
图 3. 磁流变纱线的弯曲与刚度增强特性。© 2025 Springer Nature
图 4. 机织与割绒型磁流变织物的结构与性能。© 2025 Springer Nature
图 5. 基于磁流变织物的智能纺织应用展示。© 2025 Springer Nature
四、【科学启迪】
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。
原文详情：Pu, J., Li, H., Liu, J. et al. Vector-stimuli-responsive magnetorheological fibrous materials. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09706-4
本文由jiojio供稿
