Magnetisch reagerende microtextuuroppervlakken hebben het voordeel dat ze op afstand kunnen worden bestuurd (d.w.z. er is geen contact vereist) bij omgevingscondities en korte reactietijden. Eerder werden gesynchroniseerde buig- of draaibewegingen van micropillar-arrays gedemonstreerd door de opstelling van de magnetische deeltjes te programmeren en door gebruik te maken van anisotrope micropillar-geometrie. In dit geval worden magnetische deeltjes in lage concentraties in een polymeermatrix opgenomen om magnetische interferentie te vermijden en daardoor een gesynchroniseerde activering te bereiken. Onderzoekers van Inha University (Jeong Eun Park en Jeong Jae (JJ) Wie), Air Force Research Laboratory (Augustine Urbas en Zahyun Ku) en Lawrence Livermore National Laboratory (Sei Jin Park) rapporteerden onlangs een tegenovergestelde strategie om magnetische zelfassemblage te induceren van micropillar-arrays. Sterk geconcentreerde magnetische micropilaren fungeren als micromagneten en assembleren gezamenlijk met aangrenzende pilaren onder een aangelegd magnetisch veld. Voor gemakkelijke bediening wordt flexibel rubber gebruikt voor de pilaarbasis, terwijl relatief stijve en magnetisch reagerende pilaartoppen de magnetische montage ondergaan. Omdat de pilaarbasis magnetisch inert is en aan het substraat is bevestigd, kan zelfassemblage van periodiek geplaatste micropilaren omkeerbare en reproduceerbare montage en herstel herhalen door het externe magnetische veld te moduleren.

Wanneer een magnetisch veld wordt aangelegd evenwijdig aan de lange as van rechthoekige micropillar-arrays, worden magnetische dipolen (namelijk N- en S-polen) in de micropilaren gecreëerd. Naarmate de magnetische fluxdichtheid toeneemt, worden twee aangrenzende dipolaire micropilaren paarsgewijs geassembleerd door middel van quadrupolaire aantrekking. Ondertussen worden de paren geassembleerd met een van de andere paren (d.w.z. quad-body) waarbij de lange as van rechthoekige micropilaren is geplaatst om 45 graden te verspringen ten opzichte van de magnetische veldas. Magnetische torsievervorming van de micropilaren wordt ook gegenereerd, omdat micromagneetachtige micropilaren evenwijdig willen zijn aan de lange as van de pilaren en het aangelegde magnetische veld. Vervolgens worden onder voortdurend verhoogde magnetische fluxdichtheid quad-lichamen geassembleerd met andere quad-lichamen terwijl ze een verdere draaiende beweging ondergaan. Als resultaat wordt een zeer verbindende langeafstandsvolgorde bereikt bij de pilaartoppen met een draaiingsgraad van ~40 graden. Bovendien toonden de onderzoekers aan dat de magnetisch geassembleerde micropilaren op hun plaats kunnen worden bevroren, zelfs nadat het magnetische veld is verwijderd door ze te behandelen met een in water oplosbaar bindmiddel.

Bovendien werd het effect van magnetische pilaargeometrieën op de minimale magnetische fluxdichtheid die nodig is om de assemblage te starten onderzocht door de assemblages van vierkante en cirkelvormige micropilaren met identieke interpijlerafstand en breedtes vastgesteld op 30 µm te vergelijken. Lagere magnetische fluxdichtheidsdrempel werd geregistreerd voor cirkelvormige doorsneden van constructies dan die met vierkante doorsneden vanwege hun lagere traagheidsmoment. De drempelwaarde voor magnetische fluxdichtheden was ook lager voor structuren met een hogere aspectverhouding. De lagere drempels werden waargenomen voor zowel assemblages van twee enkele structuren in een paar als de assemblage van gepaarde structuren om connectiviteit op lange afstand te bereiken.

Hierna volgen functionele demonstraties om de brede impact en macroscopische uitbreidbaarheid in vorm-herconfigureerbare microtextuuroppervlakken met stapsgewijze magnetische zelfassemblage te benadrukken. Ten eerste presenteren de onderzoekers magnetisch geschakelde zichtbare/onzichtbare letterpatronen door twee contrasterende gebieden in het letter- en achtergrondgedeelte te lokaliseren. Terwijl de micropilaren in het lettergedeelte verbindend zijn geassembleerd, worden de micropilaren in het achtergrondgebied niet geassembleerd, zelfs niet als de magnetische fluxdichtheid toeneemt tot 0,6 T. De letter wordt duidelijk waargenomen direct nadat het magnetische veld is aangelegd vanwege contrastverschillen, die verdwijnt onmiddellijk wanneer het magnetische veld wordt verwijderd, aangezien de pilaren terugkeren naar de oorspronkelijke staat. Ten tweede toonden de onderzoekers ook de macroscopische verspreiding van vloeistof in twee richtingen aan (x - en y -assen) die van elkaar zijn losgekoppeld. De vloeistofdruppel is aanvankelijk vastgemaakt op hydrofobe micropillar-arrays, maar onder een magnetisch veld wordt de paarsgewijze (//x ) en verbindend (//y ) assemblage verkleint de interpijlerafstanden, waardoor de druppel zich kan ontvouwen en verspreiden.

Dit ongekende mechanisme van stapsgewijze microscopische zelfassemblage zal inzicht verschaffen in magnetische vorm-herconfiguratie van actuatoren en zachte robotsystemen, en de macroscopische demonstratie van de oppervlakteverandering kan in de toekomst mogelijk profiteren van een breed scala aan toepassingen. + Verder verkennen

Team ontwikkelt nieuw oppervlakteontwerp geïnspireerd op slangenhuid