物性物理学：再構成可能なマルチスケールトポグラフィーを持つ多機能磁性流体含浸表面
Nature 559, 7712 doi: 10.1038/s41586-018-0250-8
外部刺激に応答して幾何学的形状が変化する適応材料の開発によって、関与する物理的な力と結果として得られる形状との間の関連についての基本的な知見が得られ、技術的に関連する動的な系の基礎が作られる。特に、磁気的に活性で滑らかな表面など、界面特性を制御する手段としての再構成可能な表面トポグラフィーが、応答性ゲル、形状記憶ポリマー、液晶、ハイブリッド複合材料を用いて、最近調べられてきた。しかし、これらの設計では、トポグラフィーが変化する範囲が限定されており、そのため機能の範囲が制限されている。本論文では、磁性流体を微細構造マトリックスに浸透させることによって作られた階層的な磁気応答性複合表面（磁性流体含有液体含浸多孔質表面、すなわちFLIPSと呼ぶ）について報告する。我々は、複数の長さスケールでのさまざまなトポグラフィー再構成とそれに伴う広範な創発的挙動を実証する。磁場勾配を印加すると、磁性流体中に懸濁した磁性ナノ粒子の動きが誘起され、これによって、最初に微細構造表面上に、次いで微細構造表面内に磁性流体の微小スケールの流動が生じる。この再分配によって、磁性流体の当初の平滑な表面（毛管力を通して多孔質マトリックスによって固定されている）が、磁場中の閉じ込め微細構造のサイズ、配置、配向によって形作られたさまざまなマルチスケールの階層的トポグラフィーに変わる。こうした再構成の時空間ダイナミクスを、毛管圧と磁気圧の平衡とFLIPS系の幾何学的異方性の関数として、理論的および実験的に分析したところ、3つの異なる長さスケールでのいくつかの興味深い機能が実証された。それらの機能とは、マイクロメートルスケールでのコロイド粒子の自己集合、ミリメートルスケールでの液滴の調節された流動、センチメートルスケールでの切り換え可能な付着と摩擦、液体ポンピング、バイオフィルムの剥離である。我々は、物質の操作と輸送、熱管理、マイクロ流体工学のための統合制御系の一部や防汚材料として、FLIPSを使用できる可能性があると考えている。
