非变性状态

磁性软体机器人已有多种应用，特别是在与人体密切相关的生物医学领域。如自折叠式“折纸”机器人可以在肠道中爬行、修补伤口、将吞下的物体取出来；胶囊状的机器人可以沿着胃的内表面滚动，进行活组织检查并运送药物。此外，科学家们还研制出了尺寸从几百微米到几厘米不等的更薄的线型机器人，它们有可能在大脑血管中穿行，以治疗中风或动脉瘤。磁性软体机器人的进一步小型化可能带来新的应用，如在小的血管中进行操作甚至操纵单个细胞，但制备这样的微型机器人并非易事[1]。 2019年11月，瑞士联邦理工学院的Cui Jizhai（现任职复旦大学） 、Huang Tian-Yun 及其同事在Nature发表了名为“Nanomagnetic encoding of shape-morphing micromachines”的文章[2]，该工作使用电子束光刻技术，制造出了只有几微米大小的可磁重组机器人，通过对单个区域的纳米磁体进行设计，将形状变化指令通过编程的方式输入微型机器人，对纳米磁体施加特殊的磁场序列后，实现微型机器人的形状变化，如图一所示。图一 四片式变形微机械的设计 a.磁体磁态随尺寸增大的示意图：i.超顺磁性；ii.室温下稳定的单畴；iii.多畴态。b. 部，四个面板微机械，面板I上有520 nm×60 nm（I型）纳米磁体阵列，面板II上有398 nm×80 nm（II型）纳米磁体阵列；底部，纳米磁体阵列的相应SEM图像。c. 体积相同但长宽比不同的单畴纳米磁体的磁光克尔效应磁滞回线。d.根据矫顽力的不同选择两个磁场对微机械进行编码的示意图。e. 应用控制磁场B=15 mT时的磁性结构（I型和II型纳米磁体）和微机械折叠行为示意图，光学显微镜图像显示了所制造器件的四种不同结构。从左到右，上/下折叠的面板数为4/0、3/1、2/2（折叠方向不同的对面面板）和2/2（折叠方向相同的对面面板）。 这项工作构建了一个模块化单元的集合，这些模块化单元可以编程为字母表中的字母，此外还构建了一个微型的“鸟”，能够进行复杂的行为，包括“拍打”、“悬停”、“转弯”和“侧滑”，如图二所示。这为创造未来的智能微系统建立了一条路线，这些智能微系统可以重新配置和原位重新编程，可以适应复杂的情况。图二 折纸式的微型“鸟”与多种形状变形模式 文章中，作者使用了英国Durham Magneto Optics Ltd.公司的磁光克尔效应系统-NanoMOKE3对不同型的纳米磁体进行了磁滞回线测试，同时使用该设备的电磁铁产生的磁场对纳米磁体阵列进行了编程。NanoMOKE3可以进行微区的超高灵敏度测试，在本工作中，作者通过激光聚焦在不同的纳米磁体上获得对应的磁滞回线，如图一c所示，为微型机器人的磁学编码工作提供了帮助。图三 磁光克尔效应系统-NanoMOKE3 NanoMOKE3主要技术特点：超高灵敏度~10-12emu微区磁滞回线，激光光斑~2μm超快测试速度，1秒内可获得磁滞回线克尔角检测＜0.5 mdeg纵向/横向/向克尔磁畴成像扩展无液氦低温MOKE图四 与Montana S50超精细多功能无液氦低温光学恒温器联用的低温MOKE 温度范围4.2K~350K磁场纵向＞0.4T，向＞0.3T 参考文献：[1] X H,zhao. et al. Nature 575, 58-59 (2019)[2] Cui, J. et al. Nature 575, 164–168 (2019).

美国麻省理工学院物理学家在单原子薄材料中发现了一种奇异的“多铁性”状态。他们的观察首次证实了多铁性可存在于完美的二维材料中。发表在最新一期《自然》杂志上的这一发现，为开发更小、更快、更高效的数据存储设备铺平了道路，这些设备由超薄的多铁性比特和其他新的纳米级结构组成。　　研究作者、麻省理工学院物理学教授努格迪克称，二维材料就像乐高积木，不同组合会出现百变形状。“现在我们有了一个新的乐高积木：单层多铁体，它可与其他材料堆叠在一起，诱导出有趣的特性。”　　实验证实，碘化镍在其二维形式中是多铁性的。更重要的是，这项研究首次证明了多铁有序可存在于二维中，这是构建纳米级多铁存储位的理想维度。　　在材料科学中，“多铁性”指的是材料电子中任何属性在外场下的集体转换，如它们的电荷或磁自旋方向。材料可以表现为几种铁性状态中的一种。例如，铁磁材料是电子自旋集体沿着磁场方向排列的材料，就像向日葵向着太阳转一样。同样地，铁电材料由自动与电场对齐的电子电荷组成。　　在大多数情况下，材料要么是铁电性的，要么是铁磁性的。它们很少能同时体现这两种状态。“这种组合非常罕见，”研究作者之一里卡多科明教授说。“即使对整个元素周期表都不加限制，也不会有太多这样的多铁材料生产出来。”　　但最近几年，科学家们在实验室里以奇特的耦合方式合成了表现出多铁性的材料，既表现为铁电体，又表现为铁磁体。电子的磁自旋不仅可受磁场影响，还可受电场影响。　　这种耦合的多铁性状态令研究人员十分兴奋，因为它具有开发磁性数据存储设备的潜力。在传统的磁性硬盘驱动器中，数据被写入快速旋转的磁盘上，磁盘上刻有微小的磁性材料域。悬浮在磁盘上的一个小尖端会产生一个磁场，它可以共同将域的电子自旋切换到一个方向或另一个方向，以表示编码数据的基本“位”——“0”或“1”。　　尖端的磁场通常是由电流产生的，这需要大量的能量，其中一些能量可能会以热的形式损失。除了硬盘过热外，电流产生磁场和切换磁位的速度也有限制。科明和努格迪克等物理学家认为，如果这些磁性比特可由多铁性材料制成，它们就可使用更快、更节能的电场而不是电流感应磁场来切换。如果使用电场，写入比特的过程将会快得多，因为在电路中可在几分之一纳秒内产生场，这可能比使用电流快数百倍。

无论是生产制造应用，还是复杂的工艺过程，确保机器装置正常工作及保障正常运行时间至关重要。状态维护系统有助于确保产量和质量，并降低因意外断电和维护维修产生的成本。今天，小菲就来和大家说说某台湾技术集成商ADE，基于FLIR AX8热像仪探测器的强大功能，面向公用事业单位开发了一套结构紧凑、价格经济的状态监控解决方案。降低成本的迫切性如今，大多数半导体行业的制造企业开始根据统计分析与预定义周期对关键设备进行预防性维护。虽然，此类实践在管理设备可用性与产品产量方面已取得可观成就，但时间成本和物料成本始终居高不下。有时，会造成对不必要的机器进行干预的浪费。此外，遗漏维护作业将导致机器故障、产品质量不佳与意外停机。FLIR台湾销售经理Wayne Sun表示：“维护是现代半导体制造企业的一个关键问题。过去，状态维护与监控曾被一些公用事业公司与高端行业采用，因设备停机产生的成本对公司的盈利能力起到关键影响。但随着时间的推移，像台湾的一些半导体与电子产品行业逐渐开始意识到状态维护与监控的必要性。”传统状态监控的局限性状态监控是识别设备内部性能的有效方法，对检测设备健康状况与潜在功能衰退过程具有指导意义。机器内部的热积聚是一项仅次于振动与功耗的重要指示参数。预测机器与系统故障的能力可显著降低各类成本，提高可用性能。 ADE位于台湾新台北市，为了在物联网领域发挥更多作用，依托无缝集成工业设备与其它数据探测器的先进视频处理技术，已在工业市场驰骋多年。Wayne Sun表示：“就预防性维护而言，ADE深知公用事业单位与生产企业的各项需求。如今，常用的预防性监控技术为可见光CCTV摄像头与热电偶。这两种技术已证实了其使用价值，但在预防性维护环境中，这些设备又存在一定的局限性。”毫无疑问，可见光相机能对设备进行全天候监控，并能及时识别某些生产问题，但却无法观察到导致设备发生故障的热积聚问题。为了检测设备温度，常用的设备有热电偶。由于热电偶只能在某个时间测量物体某个点的温度，并不能显示问题的完整热分布，因此，也具有一定的局限性。FLIR红外热像仪目前，红外热像仪在全球状态监控与过程控制应用领域得到了广泛应用。需要监控的典型设备包括：高低电压装置、水轮机、压缩机等机电设备。Wayne Sun表示：“热像仪能够观测预示设备故障的发热问题，为生产专家及决策者们提供更详细的信息。而且，它们能实现连续监控，无需中断生产，防微杜渐，将问题消灭在萌芽阶段。ADE作为FLIR热像仪的解决方案集成商与经销商，深知热成像技术的强大功能。公司已将热像仪机芯与部件集成于更庞大的系统中，用于许多垂直市场。但是，也仅仅是在FLIR AX8热像仪问世后，ADE才决定为生产企业及公用事业单位打造一套专用的状态监控解决方案：T-Guard。FLIR AX8 FLIR AX8尺寸仅为54x25x95mm，能轻松安装于空间狭小的区域，价格经济实惠，其将红外热像仪和可见光相机合二为一，提供连续温度监控和报警功能。FLIR AX8有助于您防止意外断电、非计划停机、服务中断和机电设备故障等。专属监控方案：T-GUARD温度监控系统ADE的T-Guard解决方案包含FLIR AX8热像仪与ADE的AD-TG200网络视频录像机，旨在帮助工厂与公用事业单位管理由FLIR AX8探测器触发的警报。此外，该解决方案还能提供其它探测器信息，如：IP摄像头、电压测量与环境温度测量。T-Guard基于数据采集、实时用电管理、光伏太阳能管理、环境控制系统(