又發AFM，西交大聯合團隊再發力！用剪紙重新定義磁控柔性器件

在微尺度光調控、微流控等前沿應用中，如何在有限空間內實現精確、可逆且可編程的結構調控，已成為智能材料與微系統領域的重點突破方向。相比傳統機械或電驅動方案，磁控柔性微器件因其非接觸、遠程操控、響應迅速且易于集成的優勢，展現出獨特潛力。然而，其性能高度依賴于對微小結構內部磁疇分布的精細編程，目前仍面臨效率低、復雜度高的問題。針對這一挑戰，西交大聯合團隊提出了一種基于應力輔助預變形的磁化策略，直接利用激光直寫層間應力來完成微磁疇的精密編程，并首次將其用于構建可磁控旋轉的微型單元陣列，實現了透光率連續可調的智能遮光功能。相關研究成果以《Programmable Magnetization of Small-scale Soft Kirigami Pads via Interlayer Stress for Light Modulation》為題，于2026年1月4日發表在國際頂級學術期刊《Advanced Functional Materials》（IF:19.0）

圖1. 剪紙結構柔性磁驅器件的透光率調控結構設計及應用示意

光線的調控在智能家居、光學儀器等領域至關重要。傳統的調光器件往往依賴復雜的機械結構或慢速的環境響應材料。近日，西安交通大學、香港城市大學及北京控制工程研究所聯合團隊在磁控功能器件的制造領域再次取得突破。他們將古老的剪紙藝術（Kirigami）與磁控技術相結合，提出了一種基于層間應力驅動預變形的無模板磁化策略。

?痛點：如何讓“軟”器件“硬”氣地響應？

磁控軟體器件因其響應速度快、可無線操控等優點，在微執行器研究中備受青睞。然而，要讓這些軟材料按照我們的意愿動起來，核心在于“三維磁疇編程”，即需要精確調控器件各區域的磁疇方向。目前研究的核心痛點在于：

①模板依賴：傳統方法需要先做一個模具把軟體材料“掰彎”固定，再充磁。對于微小尺度的周期性陣列結構而言，其操作難度和批量制造精度始終無法突破。

② 效率低下：3D打印可編程磁疇等工藝雖然加工靈活，但逐點/逐層打印的速度太慢，且充磁效率較低（<75

%飽和充磁）無法滿足批量化生產需求。

?創新：工藝再進化，層間應力“一石二鳥”

研究團隊構筑了干凝膠-激光誘導石墨烯-磁性彈性體（Xerogel-LIG-mPDMS）這一具有多物理場響應特性的異質功能材料，通過激光精加工即可對周期性陣列的毫米級單元進行高精度“層間應力”編程，且僅依靠環境溫/濕度即可調控微器件實現原位形變控制，從而直接進行磁化。

圖2. 層間應力誘導異質薄膜結構精準預變形

該技術的顯著優勢在于工藝的極致簡化。通過去除傳統定制模具與組裝步驟，使制造過程變得更加清潔、快速，真正實現了由繁化簡。在簡化工藝的同時，該策略依然保持了極高的加工精度，實現了100 μm的特征分辨率和20 μm的位置精度。此外，該方法可在數十秒內完成數百個單元的批量編程，效率遠超傳統的模具制造及3D打印技術，為微型磁控器件的批量化生產提供了新的思路。

?應用：微型“智能百葉窗”，光影隨心而動

基于這一策略，團隊設計并制造了一種磁控軟體剪紙陣列（Soft Kirigami Pad）。這就好比給窗戶裝上了無數個微米級的“小眼瞼”。在該結構中，每個菱形結構單元通過僅170 μm寬的柔性鉸鏈連接，在外部磁場作用下，這些被預編程了特定磁矩的菱形單元會像百葉窗葉片一樣發生旋轉。其創新性在于將磁場驅動的旋轉運動所需的磁疇分布，通過層間應力誘導的彎曲變形實現，這體現了磁疇編程階段與驅動階段響應的特異性對應關系，是團隊在磁疇分布與運動特性關系深入思考后的初步嘗試，為未來磁驅器件的設計提供了新穎思路。

透光率調控：在柔性鉸鏈構建的柔性剪紙結構驅動中，僅需通過調控磁場強度及可實現0-180°的旋轉角度調控。該器件實現了從10%（近乎關閉）到62.6%（最大開啟）的大范圍透光率調節。更重要的是，這種調節是高度線性、可逆且迅速的。

圖3. 磁場驅動微型剪紙單元結構的旋轉運動與透光率調控表征

此外，在經過1200次以上的循環測試后，這些微小的“葉片”依然表現出極好的驅動穩定性。

?展望未來：從光學到微流控

這篇發表在《AFM》上的工作，是團隊在“層間應力三部曲”系列研究后又一重要拼圖，也是從可編程磁疇工藝開發到柔性功能器件應用拓展的重要探索

論文通訊作者孔春才教授表示：“這項工作展示了層間應力在簡化制造工藝方面的巨大潛力。通過飛秒/皮秒激光對異質膜材料的多參數編程制造，我們將工藝簡化到了極致，為未來大規模生產磁控超表面器件鋪平了道路。”

論文共同第一作者韓捷博士與鄭志強博士補充道：“雖然我們展示的是透光率調控功能，但這種可精確驅動的剪紙微結構陣列在微流控混合、自清潔表面以及可重構電磁波吸收材料等領域都有著廣闊的應用前景。它就像一個通用的物理平臺，你可以往上面搭載各種功能?！?/p>

物理場驅動微型智能體研究方向的探索中，聯合團隊始終秉持多學科交叉協同創新的理念，致力于解決微尺度柔性功能器件的制造瓶頸及應用場景開發。未來，他們將面向生物醫學與高端精密制造領域的應用需求，繼續探索更高效的物理場驅動模式與更豐富的機電功能集成，讓磁控柔性微器件不斷向應用端和產品端看齊。

?論文信息

標題：Programmable Magnetization of Small-scale Soft Kirigami Pads via Interlayer Stress for Light Modulation

期刊：Advanced Functional Materials

單位：西安交通大學、香港城市大學、北京控制工程研究所

原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202520548