近日，來自北京航空航天大學(xué)的謝勇、陳子瑜和科羅拉多大學(xué)博爾德分校的Ivan Smalyukh合作領(lǐng)導(dǎo)的研究小組制備了可編程超輕的磁性氣凝膠，有望用于航空航天飛行器及智能器件領(lǐng)域，從而減輕設(shè)備質(zhì)量，降低運行成本，同時實現(xiàn)人和設(shè)備的遠程、非接觸互動。
月宮上是否真的住著孤獨的嫦娥？云層之上是否真的有金碧輝煌的天宮？浩瀚的宇宙中是否真的有絕地武士？我們都曾夢想著可以遨游宇宙，親自去尋找答案。近年來，高速發(fā)展的航空航天飛行器使我們離夢想越來越近，太空旅行計劃已經(jīng)啟動，但是，高昂的發(fā)射成本卻讓大多數(shù)人望而卻步。在現(xiàn)有的技術(shù)下，發(fā)射1克物體的成本約等價為1克黃金。
制備流程
將鐵磁納米顆粒均勻地分散于氣凝膠前驅(qū)物溶液中，然后施加均勻的磁場使鐵磁顆粒擁有一致的磁化取向，等待溶液逐漸固化后，鐵磁顆粒將緊束縛在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，從而保持一致的磁化方向，最后通過臨界干燥，獲得密度僅為0.12 kg m-3的超輕磁性氣凝膠-即“空氣磁體”（aero-magnet）。
多樣的可編程性
由于內(nèi)部鐵磁納米顆粒（單分散的鈷納米棒以及鋇鐵氧體納米盤）一致的磁化取向，磁性氣凝膠具有較高的磁各向異性。樣品的可編程性體現(xiàn)在：一方面，樣品的磁化強度大小可以通過控制鐵磁顆粒的摻雜濃度來進行線性調(diào)節(jié)。另一方面，可以通過設(shè)計施加外場的陣列來實現(xiàn)“空氣磁體”中磁疇的有序、可控取向。據(jù)此，研究者已經(jīng)制備了單疇和雙疇的“空氣磁體”，研究了其磁性質(zhì)，展示了相關(guān)的磁響應(yīng)。對于單疇“空氣磁體”，研究者以環(huán)形磁鐵為底座，實現(xiàn)了單疇磁性氣凝膠的磁懸浮展示。對于雙疇“空氣磁體”，研究者將之制作成簡單的磁開關(guān)，實現(xiàn)了電路通斷的控制。除了以上超輕材質(zhì)和可編程磁疇的性質(zhì)，發(fā)展的“空氣磁體”還具有良好的疏水性和絕熱性，可以適用于真空、低溫的太空環(huán)境，以及潛在的節(jié)能材料領(lǐng)域。
此外，研究者們還探索了在磁場下“空氣磁體”的穩(wěn)定性、力學(xué)性能以及內(nèi)部鐵磁納米顆粒和氣凝膠網(wǎng)絡(luò)的相互作用，研究結(jié)果證明所得“空氣磁體”在強磁場下具有良好的穩(wěn)定性，并估算了楊氏模量等力學(xué)參數(shù)，分析結(jié)果與實驗結(jié)果相吻合。
應(yīng)用前景
可編程超輕的“空氣磁體”可應(yīng)用于航空航天及智能器件領(lǐng)域，例如輕質(zhì)微型衛(wèi)星、航天飛機元器件等方面，以及空間站內(nèi)宇航員和設(shè)備，以及宇航員之間相對進程的非接觸控制單元，已實現(xiàn)的“空氣磁體”將會減少航天航空設(shè)備的發(fā)射成本，不斷推動航空航天事業(yè)向前發(fā)展。
