又发AFM，西交大联合团队再发力！用剪纸重新定义磁控柔性器件

在微尺度光调控、微流控等前沿应用中，如何在有限空间内实现精确、可逆且可编程的结构调控，已成为智能材料与微系统领域的重点突破方向。相比传统机械或电驱动方案，磁控柔性微器件因其非接触、远程操控、响应迅速且易于集成的优势，展现出独特潜力。然而，其性能高度依赖于对微小结构内部磁畴分布的精细编程，目前仍面临效率低、复杂度高的问题。针对这一挑战，西交大联合团队提出了一种基于应力辅助预变形的磁化策略，直接利用激光直写层间应力来完成微磁畴的精密编程，并首次将其用于构建可磁控旋转的微型单元阵列，实现了透光率连续可调的智能遮光功能。相关研究成果以《Programmable Magnetization of Small-scale Soft Kirigami Pads via Interlayer Stress for Light Modulation》为题，于2026年1月4日发表在国际顶级学术期刊《Advanced Functional Materials》（IF:19.0）

图1. 剪纸结构柔性磁驱器件的透光率调控结构设计及应用示意

光线的调控在智能家居、光学仪器等领域至关重要。传统的调光器件往往依赖复杂的机械结构或慢速的环境响应材料。近日，西安交通大学、香港城市大学及北京控制工程研究所联合团队在磁控功能器件的制造领域再次取得突破。他们将古老的剪纸艺术（Kirigami）与磁控技术相结合，提出了一种基于层间应力驱动预变形的无模板磁化策略。

✦痛点：如何让“软”器件“硬”气地响应？

磁控软体器件因其响应速度快、可无线操控等优点，在微执行器研究中备受青睐。然而，要让这些软材料按照我们的意愿动起来，核心在于“三维磁畴编程”，即需要精确调控器件各区域的磁畴方向。目前研究的核心痛点在于：

①模板依赖：传统方法需要先做一个模具把软体材料“掰弯”固定，再充磁。对于微小尺度的周期性阵列结构而言，其操作难度和批量制造精度始终无法突破。

② 效率低下：3D打印可编程磁畴等工艺虽然加工灵活，但逐点/逐层打印的速度太慢，且充磁效率较低（<75

%饱和充磁）无法满足批量化生产需求。

✦创新：工艺再进化，层间应力“一石二鸟”

研究团队构筑了干凝胶-激光诱导石墨烯-磁性弹性体（Xerogel-LIG-mPDMS）这一具有多物理场响应特性的异质功能材料，通过激光精加工即可对周期性阵列的毫米级单元进行高精度“层间应力”编程，且仅依靠环境温/湿度即可调控微器件实现原位形变控制，从而直接进行磁化。

图2. 层间应力诱导异质薄膜结构精准预变形

该技术的显著优势在于工艺的极致简化。通过去除传统定制模具与组装步骤，使制造过程变得更加清洁、快速，真正实现了由繁化简。在简化工艺的同时，该策略依然保持了极高的加工精度，实现了100 µm的特征分辨率和20 µm的位置精度。此外，该方法可在数十秒内完成数百个单元的批量编程，效率远超传统的模具制造及3D打印技术，为微型磁控器件的批量化生产提供了新的思路。

✦应用：微型“智能百叶窗”，光影随心而动

基于这一策略，团队设计并制造了一种磁控软体剪纸阵列（Soft Kirigami Pad）。这就好比给窗户装上了无数个微米级的“小眼睑”。在该结构中，每个菱形结构单元通过仅170 µm宽的柔性铰链连接，在外部磁场作用下，这些被预编程了特定磁矩的菱形单元会像百叶窗叶片一样发生旋转。其创新性在于将磁场驱动的旋转运动所需的磁畴分布，通过层间应力诱导的弯曲变形实现，这体现了磁畴编程阶段与驱动阶段响应的特异性对应关系，是团队在磁畴分布与运动特性关系深入思考后的初步尝试，为未来磁驱器件的设计提供了新颖思路。

透光率调控：在柔性铰链构建的柔性剪纸结构驱动中，仅需通过调控磁场强度及可实现0-180°的旋转角度调控。该器件实现了从10%（近乎关闭）到62.6%（最大开启）的大范围透光率调节。更重要的是，这种调节是高度线性、可逆且迅速的。

图3. 磁场驱动微型剪纸单元结构的旋转运动与透光率调控表征

此外，在经过1200次以上的循环测试后，这些微小的“叶片”依然表现出极好的驱动稳定性。

✦展望未来：从光学到微流控

这篇发表在《AFM》上的工作，是团队在“层间应力三部曲”系列研究后又一重要拼图，也是从可编程磁畴工艺开发到柔性功能器件应用拓展的重要探索

论文通讯作者孔春才教授表示：“这项工作展示了层间应力在简化制造工艺方面的巨大潜力。通过飞秒/皮秒激光对异质膜材料的多参数编程制造，我们将工艺简化到了极致，为未来大规模生产磁控超表面器件铺平了道路。”

论文共同第一作者韩捷博士与郑志强博士补充道：“虽然我们展示的是透光率调控功能，但这种可精确驱动的剪纸微结构阵列在微流控混合、自清洁表面以及可重构电磁波吸收材料等领域都有着广阔的应用前景。它就像一个通用的物理平台，你可以往上面搭载各种功能。”

物理场驱动微型智能体研究方向的探索中，联合团队始终秉持多学科交叉协同创新的理念，致力于解决微尺度柔性功能器件的制造瓶颈及应用场景开发。未来，他们将面向生物医学与高端精密制造领域的应用需求，继续探索更高效的物理场驱动模式与更丰富的机电功能集成，让磁控柔性微器件不断向应用端和产品端看齐。

✦论文信息

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

期刊：Advanced Functional Materials

单位：西安交通大学、香港城市大学、北京控制工程研究所

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202520548