各向同性铁颗粒/硅橡胶复合材料的简易制备及其优异的磁流变效应与循环稳定性研究

针对传统磁流变弹性体(MREs)制备工艺复杂、添加剂降低磁流变(MR)效应等问题，研究人员开发了无涂层纯铁(Fe)颗粒/硅橡胶复合材料。通过简化工艺实现填料均匀分布，获得1.4 MPa绝对MR效应和40%相对MR效应，循环压缩测试显示卓越稳定性，为智能减震器、可调支架等应用提供新方案。

　　

在智能材料领域，磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomers, MREs)因其机械性能可磁控调谐的特性，被誉为"会思考的材料"。传统MREs通常采用羰基铁粉(Carbonyl Iron Particles, CIPs)作为填料，虽具有高磁导率，但其表面羰基涂层会在颗粒与硅橡胶基质间形成间隙，削弱磁流变响应。更棘手的是，传统制造需外加磁场(H-field)定向排列颗粒，导致能耗高、工艺复杂。这些瓶颈严重制约着MREs在汽车悬架、建筑减震等领域的规模化应用。

日本物质材料研究机构的研究团队在《Materials Today Communications》发表突破性研究，提出用无涂层纯铁(Fe)颗粒直接复合硅橡胶的创新方案。他们设计专用模具实现填料均匀分布，省去磁场定向步骤，开发出各向同性Fe/硅橡胶复合材料。该材料展现出40%的相对磁流变效应和1.4 MPa的绝对MR效应，循环压缩测试中应力仅初始阶段轻微下降后即稳定，显示出卓越的耐久性。

关键技术包括：(1)采用5-10 μm多边形高纯Fe粉(99.9%)与硅橡胶(ELASTOSIL M4400)混合；(2)使用自制亚克力模具实现均匀成型；(3)通过SEM、XRD、VSM等技术表征材料特性；(4)磁流变测试系统量化MR效应；(5)循环压缩试验评估稳定性。

【Composite fabrications】
通过混合-浇铸-固化三步法，将Fe粉(5-10 μm)与硅橡胶前驱体以特定比例混合，采用实验室自制模具实现各向同性分布，催化剂(T40)用量精确控制为前驱体的0.03 wt.%。

【Fundamental analysis of Fe powders】
SEM显示Fe粉呈多边球形，XRD证实其为α-Fe相，VSM测得饱和磁化强度达200 emu/g，矫顽力仅5 Oe，说明材料具备良好软磁特性。

【Conclusions】
研究证实：(1)70 wt.%高浓度Fe填料可实现均匀分布；(2)无磁场固化工艺仍能获得显著MR效应；(3)循环压缩100次后应力保持稳定；(4)绝对/相对MR效应分别达1.4 MPa和40%，优于同类各向同性MREs。

该研究颠覆了"必须磁场定向才能获得强MR效应"的传统认知，其简化工艺降低能耗达30%，使MREs生产成本减少25%。这种"即插即用"型智能材料为开发新一代自适应减震系统、可穿戴机器人关节等提供可能，特别适用于需长期稳定工作的航天器隔振装置。团队提出的模具成型法已申请专利，其标准化生产流程有望推动MREs在汽车工业的大规模应用。