永磁吸盘

自然界中有许多水生生物具有令人惊叹的吸附能力，例如，章鱼可以利用手臂上的吸盘在海中爬行并捕捉猎物，鮣鱼可以使用背上的粘性圆盘附着在鲨鱼身上 “搭便车”，爬岩鱼将它们的整个身体用作吸附系统抵御湍流的冲击。这些生物大多具有基于负压效应的吸盘黏附系统，尽管生物吸附器官的种类和形式不同，但学者们在生物黏附器官表面均发现了特殊的微/纳米级结构。有报道指出，这些微细结构在提高生物表面适应性、增加各向异性摩擦力等方面发挥了至关重要的作用。为了制造出表面覆盖微纳结构的仿生黏附器件，基于立体光刻的微型 3D 打印方法越来越受欢迎。近期，中国科学院合肥物质科学研究院的吴晅副研究员团队受爬岩鱼吸附现象的启发，研制了一款边缘具有分层微结构的仿生吸附器件（图1），并从毛细力和Stefan黏附相关的角度解释了微结构边缘在增强粘附力所起的作用。该团队利用新型面投影微立体光刻技术(nanoArch S140，摩方精密)和胶体球刻蚀技术制造了具有不同仿生特征（图2）的仿生吸盘，通过实验验证了微结构形状和规模、表面粗糙度和边缘材料对仿生吸盘粘附力的影响。最后，团队进行了拉脱实验以表征仿生边缘的剥离行为，并说明微结构在吸盘边缘从基底动态剥离中的作用。相关成果以“Enhanced Adhesion of Synthetic Discs with Micro-Patterned Margins”为题发表在《Biomimetics》期刊上。图1 爬岩鱼生物吸盘和仿生吸盘结构：（a-e）爬岩鱼生物吸盘边缘结构；（f）仿生吸盘边缘；（g）仿生分层微结构；（h）仿生吸盘 图2 不同仿生特征的微结构示意图该研究中，团队发现常规吸盘的吸附力曲线在 0–1 s 和 1.2–1.5 s 处显示两个峰值，在 1–1.2 s 和 1.5–1.8 s 处显示两个谷值。 另一方面，对于具有微观结构的吸盘，它们在 0.5 秒后只显示一个峰值和一个谷值（图3）。这表明与仿生吸盘相比，常规吸盘的性能不稳定，可能由于边缘突然从基板上剥离导致粘附力突然下降，这也很容易导致黏附完全失效。相反的，随着拉力的逐渐增加，仿生吸盘边缘的剥离平缓，粘附力曲线相对平滑。通过对仿生吸盘和含水基底的界面接触观察，团队发现，液体在单层六边形结构表面产生了聚集，导致部分液膜厚度不均匀。然而，这种液体聚集现象并没有发生在分层微结构的表面上（图4）。此外，液膜在分层微结构表面出现了分层现象：初级液层沿着六边形凹槽流出，次级液层受摩擦粘滞力作用被困在纤维阵列间（图5）。该团队认为，这种现象有助于维持湿黏附状态，增强仿生吸盘的剪切强度。该研究提出的仿生吸附器件和协同黏附策略表现优异，在攀爬机器人和水下抓取方面极具应用潜力。图3 具有不同仿生特征的吸盘吸附力测试图4 不同仿生特征边缘从基底上剥离时的接触界面变化：（a）单层微结构和基底间的液膜；（b）分层微结构和基底间的液膜；（c）单层微结构和基底接触截面示意图；（c）分层微结构和基底接触截面示意图；图5 液膜在单个分级微结构单元中的迁移过程：(a) 分层结构被液膜覆盖；(b) 液膜开始分离为初级层和次级层。浅蓝色箭头表示次级液层边界，深蓝色箭头表示初级液层边界； (c–g) 次级液膜迁移到单个二级结构上； (h) 单个分层微结构单元完全从基底上剥离。

1月8日，包头市稀宝博为医疗系统有限公司自主研发、具有完全知识产权的首台高性能0.45T(特斯拉)稀土永磁磁共振系统顺利调试完成，发往中东。这标志着全球规模最大的一体化永磁磁共振生产基地正式建成下线。　　磁共振成像(MRI)是当今医学诊断中最有效的临床影像诊断设备之一，被用于人体各部位的检查，尤其对肿瘤的早期诊断和软组织病变诊断具有不可替代的作用。　　MRI按成像主磁场形成方式可分为超导MRI和永磁MRI两种。超导MRI磁场强度高、成像物理环境好，但制造工艺和使用成本“双高”，其磁场维持需有产自美国的液态氦，价格昂贵，国内医院无法普及。永磁MRI的制造、使用成本低，但传统永磁MRI磁场强度低，成像物理环境受涡流、剩磁破坏及磁场均匀性限制，系统成像质量低于超导MRI系统。　　稀宝博为于2010年4月组建，成立一年半即建立了年产300台一体化永磁MRI的生产基地，并组建了同行业规模最大、配置最全面的研发团队。该团队利用独创的动态平衡技术解决了困扰永磁MRI多年的涡流、剩磁和磁场均匀等行业性、世界性难题，使永磁MRI系统的成像物理环境达到了超导MRI系统的标准，从而使系统的常规临床诊断图像达到了超导系统的水平，而其价格仅为超导系统的1/3。　　我国有16000家县级以上的医院，MRI的普及程度仅为发达国家的1/20。稀宝博为生产基地的落成投产，将为解决基层民众“看病贵、看病难”的社会难题作出贡献。

2018 年 8 月 27 至 30 日，国内外稀土永磁领域科研和产业界大咖云集北京大学，隆重举行了第 25 届国际稀土永磁与先进磁性材料应用研讨会（REPM2018）。此次会议由北京大学、北京工业大学、中科院宁波材料所、中国钢铁科技集团公司、中科三环和中国工程院共同主办，由北京大学杨金波老师、北京工业大学岳明老师共同主持，共 12 位院士莅临了此次会议，与会人员超过 400 人，稀土永磁领域重要科研单位和企业几乎全部到场。一排右起 Sagawa、李卫、王震西、干勇、王辰、杨应昌、都有为、Coey 我国稀土储量为世界之最，不仅总量大，而且品类全。借此优势大力发展稀土永磁材料行业，我国已成为世界上生产和销售钕铁硼最多的国家，年产销量在 10 万吨左右，占全球的 80-90%。世界其他国家只有德国的真空熔炼、日本 Neomax、TDK 和信越四家企业生产稀土永磁。稀土永磁具有机械能与电磁能相互转换的功能及磁的各种物理效应（如磁共振效应，磁力学效应，磁光效应，磁化学效应，磁生物效应，磁阻效应和霍尔效应等）而被制作成磁性功能器件广泛应用于计算机、汽车、风电、航空航天、工业自动化和医疗等领域。飞纳电镜作为本次会议赞助商，在会议现场做了台式扫描电镜的展示，吸引了各位老师专家的注意。由于飞纳电镜采用 CeB6 灯丝，背散射信号显著强于 W 灯丝电镜，非常适合观测钕铁硼磁体等双相材料。许多与会老师表示，由于自己的样品属于磁性材料，往往会被测试中心拒绝。而飞纳电镜的物镜磁透镜采用了无漏磁设计，样品不会受到物镜磁场的影响，更适合磁性材料的观测。飞纳电镜以及拍摄的照片，还多次出现在钢铁研究总院、大地熊磁铁和耐驰机械仪器公司的学术报告和宣传资料之中。（钢铁研究总院和安徽大地熊新材料股份有限公司为飞纳电镜在中国的用户）最后，在大会的闭幕式上，宣布了第 26 届国际稀土永磁与先进磁性材料应用研讨会将于 2020 年 8 月 24 至 26 日在美国马里兰州巴尔的摩市举行，新任会议主席 Coey 进行了邀请致辞，希望大家能够再次相聚一堂。