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(yùn)行成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)人和設(shè)備的遠(yuǎn)程、非接觸互動(dòng)。
月宮上是否真的住著孤獨(dú)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(mèng)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(mèng)想越來越近，太空旅行計(jì)劃已經(jīng)啟動(dòng)，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(jià)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(chǎng)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(qiáng)度大小可以通過控制鐵磁顆粒的摻雜濃度來進(jìn)行線性調(diào)節(jié)。另一方面，可以通過設(shè)計(jì)施加外場(chǎng)的陣列來實(shí)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(duì)于單疇“空氣磁體”，研究者以環(huán)形磁鐵為底座，實(shí)現(xiàn)了單疇磁性氣凝膠的磁懸浮展示。對(duì)于雙疇“空氣磁體”，研究者將之制作成簡(jiǎn)單的磁開關(guān)，實(shí)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(chǎng)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(qiáng)磁場(chǎng)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(shí)驗(yàn)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(jī)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(duì)進(jìn)程的非接觸控制單元，已實(shí)現(xiàn)的“空氣磁體”將會(huì)減少航天航空設(shè)備的發(fā)射成本，不斷推動(dòng)航空航天事業(yè)向前發(fā)展。
