近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院、人形機器人研究院李木軍副教授聯(lián)合裴剛、張世武教授等研究人員，提出了一種由磁控像素陣列構(gòu)成的功能表面，其表面像素的功能狀態(tài)可快速重復(fù)編程并且能夠穩(wěn)定自維持，實現(xiàn)了表面顏色、潤濕性、反射率以及磁驅(qū)動表面變形的靈活調(diào)制。成果以“Reprogrammable and bistable magnetically driven pixel array with customizable surface properties”為題發(fā)表于Cell Press（細(xì)胞出版社）儀器設(shè)備相關(guān)領(lǐng)域旗艦期刊Device上。

可編程功能表面可對光學(xué)性質(zhì)、潤濕性、粘附性等表面性質(zhì)進(jìn)行按需調(diào)控，在自適應(yīng)偽裝、疏水防冰以及建筑節(jié)能等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有可編程功能表面面臨著表面狀態(tài)穩(wěn)定自維持和快速可重構(gòu)能力需要權(quán)衡的挑戰(zhàn)。場響應(yīng)材料的集成為功能表面的重復(fù)編程提供了便利，但需要持續(xù)的能量輸入來維持已編程的功能；形狀記憶材料和功能涂層等技術(shù)可用于穩(wěn)定保持表面狀態(tài)，但會使重編程過程變得復(fù)雜耗時。

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圖1.可快速重編程和穩(wěn)定自維持的磁控功能表面

針對上述問題，研究團隊提出了一種形狀類似于書頁的磁控柔性結(jié)構(gòu)作為表面像素，并開發(fā)了脈沖磁針用于快速編程像素的狀態(tài)（圖1）。像素中磁性“片”和“條”之間的三極鎖定機制能夠鎖定像素的狀態(tài)，從而無需外部能量輸入即可維持已編程的表面功能。同時，可通過移動脈沖磁針編程表面上任意位置的像素狀態(tài)，實現(xiàn)局部表面功能的靈活定制。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了磁驅(qū)可編碼功能表面（圖2）。通過編程顏色像素可顯示不同字符圖案，實現(xiàn)信息存儲或動態(tài)偽裝；通過編程潤濕性像素可定制表面特定區(qū)域的親水性，從而實現(xiàn)液滴輸運；通過編程反射率像素可在相同輻射熱源下調(diào)控表面特定區(qū)域的溫度響應(yīng)，有望應(yīng)用于建筑或設(shè)備表面的快速控溫。此外，通過可逆地調(diào)控表面像素的磁化方向，同一表面在磁場驅(qū)動下能可編程地展現(xiàn)出不同的形狀，展示了該方法應(yīng)用于軟體機器人領(lǐng)域的潛力。

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圖2.表面顏色、潤濕性、反射率以及變形的像素級調(diào)控

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)精密機械與精密儀器系碩士研究生吳紀(jì)旸是該論文的第一作者，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李木軍副教授，裴剛、張世武教授為共同通訊作者。澳大利亞伍倫貢大學(xué)李衛(wèi)華教授為論文共同作者。該研究得到了科技部國家重點研發(fā)計劃、安徽省自然科學(xué)基金、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)“雙一流”計劃研究基金支持。部分實驗獲得了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微納研究與制造中心、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)理化科學(xué)實驗中心等平臺支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.device.2025.100891