东义大学·釜山大学·汉阳大学联合研究团队开发出可用磁场和光控制的“仿生鲨鱼皮肤”材料

Published 17 Jul.2025 09:34(KST)

Updated 30 Jul.2025 16:21(KST)

open/close

顶级国际学术期刊《Advanced Materials》选为封面论文

有望大幅降低飞机、船舶等空气与流体阻力实现突破性节油

韩国国内研究团队开发出一种“人工鲨鱼皮”材料，如果应用于飞机或船舶等外壳，可降低空气和流体阻力，大幅节省燃料，因而备受关注。

东义大学（校长 Han Suhwan）表示，化学工程学科教授 Jeong Sodam 与硕士研究生 Lee Donguk，与釜山大学教授 Kim Chaebin 研究团队、汉阳大学教授 Wee Jeongjae 研究团队共同开展研究，成功开发出一种类似鲨鱼皮、能够对磁场和光作出反应并精确控制形状的微观材料。

研究团队成员，从左起依次为釜山大学教授 Kim Chaebin、汉阳大学教授 Wi Jeongjae、东义大学教授 Jeong Sodan、硕士研究生 Lee Donguk。东义大学提供

研究团队注意到，鲨鱼皮上的微细肋状（riblet）结构可以降低流体阻力，使其能够高速游动，于是开发出了模仿这一结构的高性能人工表面。

鲨鱼皮并非简单的沟槽结构，而是由微小鳞片交叉、重叠构成的三维复合结构，现有的复制成型技术难以精确再现。对此，研究团队开发出一种新型功能性材料，通过在磁场中形成微观结构后再暴露于光线，可实时将其固定或解除，从而成功实现了精细的仿生结构。

以往即便施加磁场改变人工鲨鱼鳞片的肋状结构，一旦撤去磁场，结构就会恢复原状，这成为一大局限。本次研究中，通过利用光线可以将磁场诱导形成的结构直接固定下来，并可在需要时再次通过光与磁场将其恢复到原来的形态。

关键在于含有“动态共价键（Dynamic Covalent Bonds）”的交联高分子——可适应性共价网络（CAN，Covalent Adaptable Networks）。此类材料在光或热的作用下，分子键可重新连接，具有类似塑料的多次再加工能力，并可轻松修复受损部位。

研究团队将具有光反应性二硫键的 CAN 高分子与磁性颗粒结合，开发出可通过光与磁场进行形状控制的人工鲨鱼皮结构，并利用分子动力学模拟阐明了反应机理，通过热固化工艺制备出精密的微观结构。

在本次研究中，东义大学化学工程学科 Jeong Sodam 教授团队通过分子模拟，揭示了材料在不同光照和温度条件下可再加工程度的变化，以及材料恢复原状的分子层面机理，从分子尺度科学地证明了可自我修复智能材料的工作原理。

Jeong Sodam 教授表示：“通过本次研究，我们实现了接近真实鲨鱼皮的性能。该材料可在室温下通过光和磁场完成损伤修复与形状固定，有望应用于下一代智能表面、自修复涂层、柔性器件等多个领域，并在三维微结构制造和新材料开发方面展现出广阔前景。”

本研究由东义大学 Jeong Sodam 教授、釜山大学 Kim Chaebin 教授、汉阳大学 Wee Jeongjae 教授共同担任通讯作者，釜山大学应用化学工程学部博士研究生 Yoon Yeomyeong 与汉阳大学硕博连读研究生 Moon Hojun 共同担任第一作者，汉阳大学博士后研究员 Cho Woongbi 与东义大学硕士研究生 Lee Donguk 作为共同作者参与研究，并获得韩国研究财团资助。