会“变身”的智能纤维材料：磁场和外力一刺激，就能改变形状

磁流变（MR）材料是一类在磁场作用下能可逆改变流变和力学性能的智能材料，由软磁性颗粒分散在流体或弹性载体中构成。在外部磁场下，磁化颗粒通过偶极-偶极相互作用形成纤维状结构（即磁流变效应），从而增加材料的粘度和刚度。各向异性磁流变弹性体虽具有方向响应性，但受弹性基体固有刚性限制，需高磁场强度，对人体不安全。含硬磁性颗粒的磁性纤维在软机器人等领域有潜力，但在纺织品 actuator 应用中面临纤维间磁相互作用、制造精度低等挑战。

本研究提出磁流变纤维材料可结合各向异性磁流变材料的矢量刺激响应行为与纺织品的柔韧性，且无需预磁化。通过整合纺织品结构力学与软磁性材料磁学的工程模型，指导多层级纤维驱动结构设计。选用低密度聚乙烯（LDPE）为聚合物基体，羰基铁颗粒（CIPs）为磁性填料，经双螺杆挤出机制备复合材料，通过熔体纺丝和高速拉伸制成直径 57 μm、含 70 wt% CIPs 的连续磁流变纤维，长度可达数千米。将七根纤维加捻并热定型制成磁流变纱线，其具有高柔韧性和磁各向异性，弯曲 moment 密度达 6.5 N·m/kg，刚度调控范围宽达 30 倍。

磁流变纱线组装成机织和割绒磁流变面料。机织面料通过交织磁流变纱线和缝纫线制成，具有弯曲和 stiffening 性能，不同组织（平纹、斜纹、缎纹）影响 moment 密度和刚性。割绒面料将磁流变纱线垂直插入基布，可实现面内剪切和压缩模量的调控，在 10,000 次循环压缩后仍保持性能。

基于这些面料开发了智能纺织品应用：主动通风面料通过线性执行器控制微环境空气交换，透气率在 34.5-58.5 g/m²/h 间可调；集成柔性抓取器利用割绒面料的适应性，能抓取蠕虫、豆腐等不同形状和刚度的物体；无线全织物触觉手指手套结合机织和割绒面料，提供动觉和触觉反馈，重量轻、佩戴舒适，可模拟织物硬度和光滑度触感。

本研究不仅推动了刺激响应材料领域的发展，更为智能纺织品在日常生活和各行业的实际应用开辟了可能。