随着纳米颗粒的聚集 ， 水油界面会挤满纳米颗粒 ， 形成一层类似固体的壳 ， 实现阻塞相变 。 这层由“界面阻塞（interfacial jamming）”效应形成的壳 ， 可以使液体稳定在各种非平衡形貌结构状态 ， 3D 打印技术即可以由此制备任意形貌的液态器件 。 最终磁流体从顺磁状态变成铁磁性 ， 也即变成液态磁铁 ， 也由这一界面阻塞相变引起 。
在水油界面 ， 自组装形成的纳米颗粒-表面活性剂会挤满整个界面 。 图中上半部分表示油相 ， 下半部分表示铁磁液滴（FLD）；红色曲线表示表面活性剂 POSS-NH2 ， 黑点表示磁性纳米颗粒 | 图片来源：[1]
研究人员将打印出的液滴放在电磁线圈旁边 ， 以使其具有磁性 。 不出所料 ， 线圈将这些铁铁磁液滴拉向了自己 。 但当他们改变线圈磁场方向的时候 ， 出人意料的事发生了 。
一个液滴调头进入线圈 。 | 图片来源：[1]
如同彼此协调的游泳运动员 ， 这些液滴步调一致地运动 ， 形成优美的漩涡 ， “好像在跳舞” ， 刘绪博这样说道 。 这些液滴不知怎地就变成了永磁体 。 Russell 说：“我们几乎不敢相信 。 在这项研究之前 ， 大家一直都觉得永磁体只能是固体 。 ”
液滴随着磁场旋转 。 | 图片来源：[1]
可重构铁磁液滴的奇特性质
不论大小 ， 所有磁体都有南极和北极 。 同极相斥 ， 异极相吸 。 研究人员通过磁性测量发现 ， 一旦对液滴施加磁场 ， 所有纳米颗粒的南北极都会一齐响应 ， 无论是液滴内部的七百亿个纳米颗粒 ， 还是液滴表面的十亿个纳米颗粒都是如此 ， 与固态磁体毫无二致 。 室温下测量液滴的磁滞回线发现 ， 不同于传统顺磁性磁流体 ， 这种液滴表现出一定强度的剩磁和矫顽力 ， 转变为铁磁性 。
这一发现的关键之处在于液滴表面拥挤的铁氧化物纳米颗粒 。 数十亿计的纳米颗粒 ， 彼此距离只有 8 纳米 ， 它们相互挤压 ， 难以移动 ， 在液滴表面形成了一层坚固的壳 ， 既可以支持液滴的形状 ， 也可以获得并保持磁性 。
纳米颗粒紧密排列在液滴表面 ， 被外加磁场磁化后即可获得磁性 。 即使在外力下改变形状 ， 磁性仍不会消失 。 形状也在外力撤去后得以保持 。 | 图片来源：[2]
当表面挤在一起的纳米颗粒被磁化 ， 磁化的南北极取向会以某种方式传递到液滴内部的纳米颗粒 ， 然后整个液滴就成为了永磁体——就像固体形成的永磁体一样 。 即使把液滴分得更小更细碎 ， 小到头发粗细一般 ， 磁性特点依然保持不变 。
在可重构铁磁液滴众多令人着迷的特性当中 ， 最突出的性质是它们根据周围环境改变形状的能力 。 球形液滴可以变成柱体、薄饼、一根头发丝粗细的管子 ， 甚至是一只章鱼的形状 ， 而它们的磁性特点并不会因此消失 。
刘绪博解释说：“一旦液滴变形 ， 表面积增加会形成空位 ， 新的纳米颗粒-表面活性剂瞬间就会在空位处形成并牢牢贴附 。 这样当液滴想通过表面张力的收缩作用回复到原来的球形时 ， 液滴表面的纳米颗粒并不会掉落 ， 从而可以成功维持住新增的表面积 ， 稳定液滴形变 。 这样可以很好地支撑水相在油相里塑造成任意形状并稳定存在 。 ”
球形液滴被挤压成柱形 ， 形貌重构之后磁性并未消失 。 | 图片来源：[1]
由于界面磁性纳米颗粒的自组装是可逆的 ， 通过改变水相酸碱环境 ， 纳米颗粒可以在界面吸附或者解吸附 ， 从而使得液滴在磁性模式和非磁性模式之间相互转换 ， 实现可逆磁化或消磁 。 在磁性模式下 ， 外加磁场就可以远程控制它们的运动 。
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