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Jan 11, 2024

Manipulations sélectives complexes de la matière thermomagnétique programmable

Rapports scientifiques volume 12,

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 20767 (2022) Citer cet article

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La matière programmable peut changer sa forme, sa rigidité ou d'autres propriétés physiques sur commande. Des travaux antérieurs ont montré une matière contrôlée optiquement sans contact ou un actionnement magnétique, mais le premier est limité en force et le second en résolution spatiale. Ici, nous montrons un niveau de contrôle sans précédent combinant des motifs lumineux et des champs magnétiques. Un mélange de poudre thermoplastique et ferromagnétique est chauffé à des endroits précis qui deviennent malléables et attirés par les champs magnétiques. Ces zones chauffées se solidifient lors du refroidissement et le processus peut être répété. Nous montrons un contrôle complexe des dalles 3D, des feuilles 2D et des filaments 1D avec des applications dans les écrans tactiles et la manipulation d'objets. En raison de la faible température de transition et de la possibilité d'utiliser le chauffage par micro-ondes, le composé peut être manipulé dans l'air, l'eau ou à l'intérieur de tissus biologiques ayant le potentiel de révolutionner les dispositifs biomédicaux, la robotique ou les technologies d'affichage.

La matière programmable peut changer de forme, de densité, de modules ou d'autres propriétés physiques de manière programmatique1. Ces changements sont contrôlés de l'extérieur ou déclenchés par une détection et un traitement intégrés dans le matériau2. Les deux principales approches de mise en œuvre de la matière programmable sont : les robots modulaires3, qui apportent plus d'intelligence ; et l'actionnement externe4, qui donne une résolution spatiale et une évolutivité plus élevées. La matière programmable a des applications révolutionnaires dans les domaines de l'ingénierie et de la médecine, mais la granularité qui peut être atteinte dans ses manipulations est encore considérablement limitée.

La lumière a été utilisée comme méthode d'actionnement externe. Les matériaux associés aux azobènenes5 sont activés lorsqu'ils sont éclairés. Par exemple, déclencher un mouvement lorsqu'un objet réfléchissant ou opaque s'approche du matériau6, ou permettre la locomotion sur des filaments et des cylindres lorsqu'il est éclairé par des motifs lumineux dynamiques7. D'autre part, la chaleur générée par la lumière peut déplacer de petits objets à la surface de l'eau en raison de gradients de température8 ou de changement de phase dans les alliages à mémoire de forme9. L'actionnement avec la lumière ou son effet thermique a une résolution spatiale élevée compte tenu de la technologie existante pour projeter des images, mais la force d'actionnement est relativement faible et après actionnement, l'ensemble du matériau revient à son état initial ou conserve un état irréversible. De plus, la lumière ne peut pas traverser les matériaux opaques.

Les champs magnétiques sont un autre moyen de contrôler la matière à distance. Un fil flexible de polymère contenant de la poudre magnétique peut être piloté à distance pour naviguer dans des environnements tordus10, des feuilles de matériaux flexibles incrustées de particules ferromagnétiques ou magnétiques peuvent être translatées et fléchies de manière contrôlée pour la locomotion11,12, un tapis constitué de cils magnétiques peut être actionné pour contrôler les objets qui se trouvent dessus13, et la boue magnétique peut être déplacée magnétiquement pour piéger et transporter d'autres objets14. L'actionnement magnétique est puissant et peut traverser des matériaux non métalliques, mais il n'est pas possible d'avoir une résolution spatiale élevée car les champs magnétiques ne restent pas focalisés à distance. Pour un meilleur contrôle, l'attraction ou la répulsion magnétique sur le matériau peut être modulée en le chauffant jusqu'à sa température de Curie, soit par la lumière15, soit par l'induction électromagnétique16, mais ces méthodes sont appliquées sur toute la surface ne permettant pas une manipulation fine. Le métal liquide peut être traduit en gouttelettes17 par des champs magnétiques externes, et lorsqu'ils sont combinés dans une suspension magnétorhéologique, il peut également changer de rigidité18, servant de connexion électrique dynamique dans les circuits reconfigurables.

Ici, nous montrons des niveaux sans précédent de contrôle manipulant la matière en utilisant une combinaison de motifs spatiaux thermiques et d'actionnement magnétique sur un matériau composite constitué d'une matrice de thermoplastique réversible à basse température (Polycaprolactone, PCL) mélangé à de la poudre ferromagnétique (particules de fer), voir " Méthodes" "Mélange de composés".

Les thermoplastiques ont déjà été mélangés avec de la poudre de fer pour régler sa conductivité thermique19, sa résistance électrique20 ou son absorption d'oxygène21. Dans le cadre de la matière programmable, la combinaison de l'actionnement magnétique et thermique a été démontrée pour ce type de composé22,23, mais les manipulations n'ont été appliquées qu'aux feuilles 2D et la chaleur a été appliquée à l'ensemble du matériau, limitant considérablement les types et la complexité. des manipulations.

Dans nos manipulations présentées, le matériau est solide à température ambiante (25 \({^\circ }\)C) mais devient malléable au-delà de 50 \({^\circ }\)C par l'application de chaleur à des endroits précis. La chaleur peut être appliquée globalement, avec une lampe IR ; dans une zone localisée, en utilisant des pistolets à air chaud ; avec des motifs spatiaux, en utilisant un masque sur la lumière collimatée ; à un point focal, à l'aide de lampes halogènes focalisées ou de lasers ; et à l'intérieur de matériaux opaques, avec un rayonnement micro-onde (voir "Méthodes": "Sources thermiques"). Ensuite, un champ magnétique attire les particules de Fe qui sont intégrées dans la matrice, entraînant avec elles les parties malléables du PCL. Le matériau se solidifie lorsqu'il refroidit à température ambiante, ce processus pouvant être répété. Différentes applications allant de la formation de code braille à la sculpture de figures sont rendues possibles à l'aide de motifs thermiques spatialement complexes appliqués sur des filaments 1D, des feuilles 2D ou des blocs 3D (voir Film supplémentaire 1). Le principe de base est illustré à la Fig. 1.

Manipulations sur un thermoplastique ferromagnétique utilisant des motifs thermiques et des champs magnétiques. (a) L'air chaud rend le centre d'un filament malléable, un champ magnétique tire un côté du filament qui se plie le long de la zone chauffée, lors du refroidissement, le filament se solidifie. (b) Un laser chauffe des points spécifiques sur une feuille, un champ magnétique attire ces points vers le haut, lors du refroidissement, les points en relief sont fixes et peuvent être pressés sans déformation. (c) Un motif 2D est illuminé dans une feuille de matériau, lorsqu'un champ magnétique est appliqué, les zones chauffées montent et lors de la solidification, elles deviennent en relief. (d) Une goutte de matériau monte dans une colonne, un point de la colonne est chauffé et une branche secondaire en est extraite. (e) Les micro-ondes peuvent chauffer le matériau lorsqu'il se trouve à l'intérieur d'un matériau optiquement opaque, par exemple pour dilater son récipient ou l'actionner.

Un modèle qualitatif du principe de fonctionnement est présenté dans le film supplémentaire 2. Les équations suivantes ont été combinées dans une simulation du domaine temporel des particules connectées pour éclairer les expériences présentées dans l'article. Le champ H généré par l'aimant est approximé comme un dipôle24 : \(\textbf{H}(\textbf{r}) = \frac{1}{4\pi }\left( \frac{3 \hat{\textbf{r}}(\textbf{m} \cdot \ hat{\textbf{r}})-\textbf{m}}{r^{3}}\right)\) où \(\textbf{r}\) est le vecteur du dipôle au point dans le champ , et \(\textbf{m}\) est le moment magnétique du dipôle. Cette force magnétique exercée par le champ H sur une particule de fer est calculée comme suit25 : \({\rm{F}}_{\rm{m}}=\mu _{0} {\rm {~V}}_ {\rm{p}} {\textbf{M}}_{\rm{p}} \nabla \left( {\textbf{H}}_{\rm{p}}\right)\) où \( \mu _{0}\) est la perméabilité magnétique sous vide,\({\rm {~V}}_{\rm{p}}\) est le volume des particules et \({\textbf{M}}_{ \rm{p}}\) est l'aimantation de la particule calculée comme25. La distribution de la chaleur à l'intérieur du matériau est modélisée à l'aide de l'équation de chaleur commune \(\frac{\partial u}{\partial t}=\alpha \Delta u\) où \(\alpha\) est la conductivité thermique. La viscosité du matériau détermine son déplacement en cisaillement pour une force donnée \(F=\mu A \frac{u}{y}\) où \(\mu\) est la viscosité, A est l'aire et \(\ frac{u}{y}\) est le taux de déformation par cisaillement ; pour un thermoplastique, sa viscosité (\(\mu\)) décroît logarithmiquement avec la température26.

Plusieurs échantillons avec différentes proportions de particules de fer ont été créés et moulés en cylindres (voir "Méthodes": "Mélange de composés"), les caractéristiques mécaniques et magnétiques ont été mesurées. Les échantillons ont été étiquetés de S10 (10 % de fer en volume) à S50 (50 % de fer en volume), l'ajout de poudre de fer au-delà de 50 % en volume a rendu l'échantillon cassant et incapable de maintenir sa structure.

La conductivité thermique a été contrôlée à travers les cylindres de 5 cm de diamètre et de 3 cm d'épaisseur (Fig. 2a) lorsqu'ils ont été placés sur un lit chauffé en boucle fermée à 50 \({^\circ }\)C (Fig. 2b,c) . Plus la teneur en fer est élevée, plus la conductivité thermique à travers le matériau est élevée, la température a été mesurée sur la surface supérieure des cylindres. La conductivité de surface a également été surveillée (Fig. 2d – f), plus la teneur en fer est faible, plus la température atteinte est élevée et plus le refroidissement est long ; cela peut arriver parce que la chaleur ne peut pas être distribuée à travers le matériau. Plus de détails dans "Méthodes": "Mesures thermiques". L'intensité lumineuse peut être régulée pour augmenter la température du matériau à différentes vitesses (voir image supplémentaire 7).

Les forces de traction magnétiques ont été mesurées sur les différents échantillons et sont présentées sur la figure 2g. Plus la teneur en fer est élevée, plus la force magnétique est forte. La distance d'attraction magnétique maximale était similaire pour tous les échantillons (\(\approx\)6 cm) car les échantillons avec plus de volume de fer étaient plus fortement attirés mais pesaient également plus. Plus de détails dans "Méthodes": "Mesures magnétiques". Des caractérisations supplémentaires (essais de dureté Shore et de traction ainsi que des images microscopiques, confocales et SEM) sont disponibles dans les figures supplémentaires. 8, 9, 10, 11, 12 et 13 respectivement.

Le matériau était de couleur homogène après préparation et actionnement. De plus, la densité des différentes parties a montré un très petit écart (SD \(=\) 0,006 g/ml) comme le montre l'image supplémentaire 6. Cela indique que la poudre avait une distribution homogène même après actionnement et qu'aucune agglomération de poudre s'est produit après l'actionnement du champ magnétique.

(a) Température sur le dessus des échantillons au fil du temps lorsqu'ils sont placés sur un lit chauffé à 50 \({^\circ }\)C, la chaleur est retirée après 60 min ; avec des images thermiques couleur (b,c). ( d ) Température au fil du temps sur le côté des échantillons lorsqu'un point focal est appliqué au centre, la chaleur est supprimée après 20 min; avec images thermiques couleur (e,f). (g) Force de traction magnétique sur les échantillons.

Les opérations de base sur le matériau sont effectuées en chauffant une zone spécifique, en attirant cette zone avec un champ magnétique puis en la refroidissant par dissipation passive ou activement avec un jet d'air froid. Le matériau peut être utilisé dans différentes dimensions : filament 1D, feuilles 2D et dalles 3D.

Manipulations de base. (a) Pliage et dépliage. b) Étirement et contraction. (c) Fractionnement. (d) Fusion. (e) En hausse. Les barres d'échelle sont de 3 cm.

Lorsque le matériau est à l'état solide, un champ magnétique peut le déplacer le long des surfaces en utilisant une manipulation magnétique attrayante régulière. Comme nous avons utilisé des particules ferromagnétiques de Fe, le composé est toujours attiré par l'aimant. Un contrôle précis et sélectif est possible. À l'aide de deux aimants, la rotation de morceaux de matériau allongés a été obtenue. L'application de chaleur peut faire fondre et aplatir des parties spécifiques du matériau ou la pièce entière si elle est appliquée globalement, soit avec des forces magnétiques tirant par le bas, soit par l'action de la gravité. Ces manipulations de base sont illustrées dans la Fig. 5 supplémentaire.

La flexion de pièces allongées peut être obtenue à un emplacement ciblé en appliquant une chaleur focalisée sur le point de pivot souhaité, puis en appliquant un champ magnétique au-dessus du pivot ; l'autre partie peut être maintenue en place : par son propre poids si elle est assez grande, par un autre aimant ou en la collant avec de la chaleur ; les opérations de dépliage sont effectuées avec le processus inverse (Fig. 3a). L'étirement et la contraction sont accomplis lorsque les deux parties (au-dessus et au-dessous de la zone chauffée) sont déplacées en les séparant ou en les rapprochant respectivement (Fig. 3b). Si les parties solides sont séparées davantage, la partie malléable chauffée se brise et le matériau se divise en deux parties (Fig. 3c). L'assemblage de pièces séparées peut être effectué en les chauffant sur les zones d'assemblage cibles, puis en poussant ces zones ensemble (Fig. 3d). La montée d'une pièce peut être obtenue en chauffant l'ensemble de l'échantillon, puis en appliquant un champ magnétique par le haut (Fig. 3e).

Le chauffage de la surface du matériau peut être réalisé en 1 min avec de la lumière, le chauffage de la pièce entière peut être réalisé en 10 min. La flexion était effectuée à 5\(^\circ\)/s, la manipulation d'étirement et de contraction prenait 10 s, la durée était similaire pour le fendage. Pour obtenir une séparation complète en deux parties, une distance minimale de 5 cm. Était demandé. La vitesse de montée était de 5 mm/s, il est possible d'aller plus vite mais un contrôle précis est nécessaire pour éviter que la matière n'entre dans l'aimant. La hauteur maximale était de 10 cm, des branches plus longues peuvent être obtenues mais elles devaient être refroidies à l'extérieur pour éviter l'effondrement.

Différentes lettres peuvent être créées à partir d'un seul brin de filament en combinant des opérations de base. Le filament est divisé en différents segments qui formeront chaque lettre. Les pièces séparées ont été pliées à des positions ciblées à des angles spécifiques. Ensuite, certains segments ont été réunis. Chaque lettre peut être déplacée dans son ensemble par la suite. Les lettres S, M, A, R, T ont été créées à l'aide de ce processus (Fig. 4a).

Manipulation complexe. (a) Former des lettres avec un filament 1D. (b) Motifs Braille réversibles sur une feuille. (c) Lettre M en relief sur une feuille. (d) Ramification. (e) Sculpture en 3D. Les barres d'échelle sont de 3 cm.

Des motifs arbitraires peuvent être soulevés dans une feuille en appliquant des motifs légers pour la rendre malléable à des positions spécifiques. Puis, un champ magnétique venant d'en haut, fait monter les zones malléables. Des motifs en braille (Fig. 4b) et le contour de la lettre M (Fig. 4c) ont été gaufrés sur des feuilles. Ce processus est réversible en appliquant de la chaleur sur toute la surface pour l'aplanir.

Une forme d'arbre organique a été créée en faisant monter une goutte de matériau dans un tronc principal, puis des sous-branches ont été extrudées (Fig. 4d). Une sculpture d'une créature marine a été créée à partir d'un morceau de matériau. Tout d'abord, il a été aplati par fusion. Ensuite, la forme générale de la queue, du cou et des nageoires a été étirée. Deuxièmement, des pointes ont été relevées le long de la queue. Troisièmement, le décolleté était chauffé puis relevé en tirant par le haut. Enfin, la partie terminale du cou a été moulée en tête en la pliant et en relevant deux petites antennes (Fig. 4e), on remarque que toutes ces étapes se faisaient à distance.

Des filaments flexibles dopés avec de la poudre magnétique peuvent être utilisés pour naviguer dans des environnements tordus10, ici nous pouvons également contrôler quelles parties du filament deviennent flexibles ou rigides en les chauffant, cela permet d'utiliser le filament comme un crochet pour saisir des objets dans l'air (Fig. .5a,b) ou de l'eau (Fig. 5c).

Cas d'utilisation. (a) Un crochet pour saisir un petit objet. (b) Un crochet plus grand pour traîner un objet plus lourd, peut tirer jusqu'à 20 kg. (c) Fonctionnement sous l'eau. (d) Colonne levée comme structure de support. (e) Filament collé à des endroits séparés pour les connecter. (f) Filaments empilés à différentes distances pour un filtrage sélectif. (g) Chauffage du matériau à l'intérieur d'un récipient à l'aide de micro-ondes pour pouvoir le dilater et le contracter dynamiquement, après solidification, il maintient le récipient dilaté. Les barres d'échelle sont de 3 cm.

Les propriétés mécaniques du thermoplastique permettent au matériau de jouer le rôle de support pour les structures (Fig. 5d). Lorsque le matériau est chauffé au-delà de 80 \({^\circ }\)C puis refroidi, il adhère à différentes surfaces, cela peut être utilisé pour connecter des zones séparées (Fig. 5e) et filtrer les objets qui passent (Fig. 5f) .

Le matériau peut également être chauffé lorsqu'il se trouve à l'intérieur d'un support optiquement opaque à l'aide de micro-ondes. Un magnétron de 2,45 Ghz a chauffé le matériau, le rendant malléable alors qu'il se trouvait à l'intérieur d'un ballon simulateur pulmonaire. Ensuite, avec un champ magnétique, il a pu être dilaté et rétréci de manière contrôlée, lorsque le matériau s'est solidifié, il a maintenu le ballon dilaté (Fig. 5g).

Les champs magnétiques ont une portée limitée à \(\approx\)6 cm, mais les aimants employés étaient des cylindres de néodyme ordinaires. Des champs magnétiques plus puissants provenant d'équipements spécialisés offriraient une plus grande portée.

La diffusion de la chaleur est nécessaire pour rendre le matériau malléable au-delà de la surface où la lumière éclaire le matériau. Cependant, la diffusion rend les motifs thermiques moins nets et limite la pente réalisable sur les déformations de surface. Les matériaux avec moins de concentration de fer ont moins de conductivité à travers le matériau et deviennent plus chauds à la surface, ils sont donc mieux adaptés aux manipulations de surface comme les codes Braille. Les composés contenant plus de fer conviennent mieux aux manipulations sur le volume (par exemple, plier, fendre, lever ou fondre). Le chauffage par micro-ondes peut être utilisé pour le chauffage en vrac même si la conductivité thermique est faible car il pénètre dans le matériau, tandis que les méthodes à base de lumière ou d'air sont plus adaptées au chauffage de surface.

Des composés homogènes ont été obtenus en mélangeant le polymère thermoplastique avec des particules de fer. Compte tenu de la taille des particules et de la viscosité du matériau, le composé a conservé son uniformité après de multiples manipulations (c'est-à-dire que les particules ont entraîné le plastique avec elles) sur une même pièce. L'oxydation des particules de fer ou le changement de couleur n'a pas été observé dans les matériaux tout au long des expériences, même sur les échantillons qui ont été immergés dans l'eau.

Les champs magnétiques étaient contrôlés en boucle fermée en déplaçant et en faisant tourner les aimants en fonction de l'observation visuelle des réactions des matériaux. Cependant, le chauffage était appliqué en boucle ouverte, plus de contrôle pourrait être obtenu dans les motifs thermiques s'ils étaient appliqués en boucle fermée avec une caméra thermique.

Le thermoplastique utilisé (PCL) est biocompatible, les particules de fer (ou leur oxyde) sont d'usage courant dans les applications médicales. De plus, le rayonnement micro-ondes peut chauffer les particules de fer sans chauffer de manière significative les tissus biologiques environnants27. Cela rend le composé viable pour des opérations à l'intérieur du corps humain en le manipulant de l'extérieur, par exemple le long du tube digestif ou des voies respiratoires supérieures.

Dans cet article, nous nous sommes concentrés sur les manipulations mécaniques qui ne sont possibles que grâce à l'actionnement thermomagnétique, différentes fonctionnalisations peuvent être ajoutées au matériau. Par exemple, ajouter des composés d'argent pour le rendre conducteur et fonctionnel dans des circuits reconfigurables, ou des microcapsules antibiotiques au centre qui se libèrent lorsque le matériau est divisé.

Des manipulations à distance d'une complexité sans précédent ont été montrées contrôlant un thermoplastique ferromagnétique avec des motifs thermiques et des champs magnétiques. Ce travail ouvre des applications dans les écrans tactiles et la manipulation d'objets. Nous mettons en évidence la capacité des champs micro-ondes et magnétiques à traverser des matériaux optiquement opaques, ce qui rend ces manipulations adaptées à une utilisation dans des tissus biologiques ou des récipients en plastique.

Les échantillons ont été préparés par coulée en solution d'un mélange de polycaprolactone (PCL, Polydoh Materialix) avec des particules de fer de 100\(\mu\)m avec une pureté de 98 % (Alquera). Des solvants dichlorométhane (DCM) et hexane (Sigma Aldrich) ont été utilisés pour assurer un bon mélange.

Dans ce processus, cinq échantillons (S10, S20, S30, S40 et S50) avec différentes teneurs en fer en volume ont été préparés à l'intérieur d'une cabine avec une hotte aspirante et dans des conditions normales à température ambiante. Un bécher d'une capacité de 1L a été placé sur une plaque chauffante IKA C-MAGHS7 avec un contrôleur de température IKA ETS-D5 et un agitateur numérique LaboLan OS40-S, équipé d'une palette de mélangeur. Tout d'abord, la température du solvant DCM est réglée à 30 \(^{\circ }\)C à l'intérieur du bécher. La quantité de solvant était de dix fois en volume la masse de polymère à dissoudre, par exemple 200 ml de solvant pour 22 g de PCL. Ensuite, le polymère a été ajouté. La réaction a été effectuée à \(30{\pm }2 \,^{\circ }\)C et agitée pendant 2 h à une vitesse de 300 tr/min. Une fois le polymère totalement dissous, la poudre de fer a été incorporée à la solution et mélangée pendant 1 h, en augmentant la vitesse d'agitation mécanique jusqu'à 500 tr/min. Une fois les particules de fer complètement dispersées, 100 ml d'hexane ont été ajoutés pour favoriser la précipitation du composite et la température de la solution a été augmentée à \(50{\pm }2 \, ^{\circ }\)C afin d'évaporer les deux solvants .

Une fois que le mélange est homogène et que les solvants ont disparu, le mélange peut être retiré et mis dans un moule. Pour minimiser les différences au sein des expériences, un volume d'environ 21,34 cm\(^{3}\) a été défini pour chaque échantillon en tenant compte de la capacité du moule et de la densité des matériaux : PCL (\(\rho =\) 1 145 g/cm\(^ 3\)) et fer (\(\rho =\) 7874 g/cm\(^3\)). Ces moules en silicone ont été utilisés pour créer des échantillons de forme cylindrique 3D. Les feuilles 2D ont été fabriquées de la même manière, mais au lieu de les mettre dans un moule, elles ont été aplaties avec un rouleau à pâtisserie en acier inoxydable sur un tapis en silicone. Pour les filaments 1D, le compound a été déchiqueté en pastilles et introduit dans une extrudeuse (FelFil Evo équipée d'une buse de section circulaire 1,75 mm) à 60 \(^{\circ }\)C et 6 mm/s de vitesse. Les échantillons peuvent être vus dans la Fig. 1 supplémentaire et le poids résultant des proportions volumiques dans le tableau 1.

Différentes sources thermiques ont été utilisées au cours des expériences : une lampe halogène focalisée, un pistolet à air chaud, une lampe IR, un projecteur à masques en acétate, un laser et un micro-onde. Ils sont illustrés à la Fig. 6.

(a) Chauffage avec une lampe GE 4405 PAR36 de 12,8 V et 30 W focalisant la lumière avec une lentille asphérique plan-convexe LAF6075. (b) Chauffage avec une station de soudage à air chaud MMOBIEL Yihua 858D. (c) Chauffage avec lampe infrarouge Beurer IL21. (d) Chauffage avec un rétroprojecteur 3M 9000 AHKS : à l'aide d'un masque et d'une lentille acrylique asphérique plan-convexe focalisante de 90 mm \(\varnothing\) et F \(=\) 20 mm. (e) Chauffage avec un micro-ondes Taurus W750MG. (f) Chauffage avec un laser bleu Vevor 3B 450 nm et 2500 mW. ( g ) Évolution de la température à l'aide de différentes sources de chaleur sur 60 s.

Une caméra thermique RS PRO T-10 (RS Components) a été utilisée pour mesurer la température sur les échantillons en différents points. Dans l'expérience de conductivité thermique en vrac, les échantillons ont été chauffés sur un lit chaud à partir d'une (imprimante 3D Ender 3 PRO) réglée en boucle fermée à 50 \({^\circ }\)C. Dans l'expérience thermique à diffusion ponctuelle, la lampe halogène focalisée (GE 4405 PAR36 30 W) a été utilisée pour chauffer le point médian de la surface de chaque échantillon. La lumière focale a été réglée à une distance de 5 cm de la pointe d'une lentille acrylique asphérique (Knight Optical LAF6075). La lampe fonctionnait à sa puissance nominale.

Différents aimants ont été utilisés pour générer les champs magnétiques qui ont manipulé les échantillons qu'ils peuvent voir sur la Fig. 3 supplémentaire. Leur champ a été mesuré avec un teslamètre (WT10A). Les aimants étaient déplacés manuellement, avec des trépieds ou avec des platines linéaires.

Pour la mesure de la force magnétique, chaque échantillon a été attaché à un aimant (Wukong 304 M8 néodyme N52) et une force croissante vers le bas a été appliquée jusqu'à ce que l'échantillon s'en détache. L'aimant a été suspendu à un dinamomètre numérique (GPISEN 50 kg, erreur de 5 g) comme le montre la figure 6g. La force a été enregistrée comme la force maximale nécessaire pour détacher l'aimant.

Les données générées ou analysées pour cette recherche sont incluses dans l'article publié et ses fichiers d'informations supplémentaires.

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Cette recherche est financée par le programme de recherche et d'innovation de l'UE Horizon 2020 dans le cadre de la convention de subvention n° 101017746 TOUCHLESS.

UPNA ISC, UpnaLab, 31006, Pampelune, Espagne

Josu Irisarri, Iñigo Ezcurdia & Asier Marzo

Département de physique, UPNA, 31006, Pampelune, Espagne

Xavier Sandua

Département des sciences, APPLICATIONS INAMAT2, 31006, Pampelune, ​​Espagne

Itziar Galarreta-Rodriguez & José Ignacio Pérez-Landazabal

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JI, IE, XS et IG ont mené des expériences. JI et AM ont rédigé l'article. JI et IE ont enregistré et monté des vidéos supplémentaires. JI et IE ont créé les figures. JI et IG ont conçu les échantillons. AM a imaginé la recherche et réalisé les simulations. Tous les auteurs ont contribué en éditant le manuscrit.

Correspondance à Asier March.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Vidéo supplémentaire 1.

Vidéo supplémentaire 2.

Vidéo supplémentaire 3.

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Réimpressions et autorisations

Irisarri, J., Ezcurdia, I., Sandua, X. et al. Manipulations sélectives complexes de la matière thermomagnétique programmable. Sci Rep 12, 20767 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-24543-5

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Reçu : 10 septembre 2022

Accepté : 16 novembre 2022

Publié: 13 décembre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-24543-5

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