轉載 | 機械工程學報
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自然界的物質在外加磁場的作用下會產生附加磁場，表現出磁性(即磁化現象)。根據磁介質中所產生的附加磁場與外磁場方向，弱磁性物質可分為順磁性和抗磁性。順磁性物質中產生的附加磁場與外磁場方向相同；而抗磁性物質相反。當抗磁性物質處於外加磁場中時，由於附加磁場與外磁場方向相反，會產生微弱的斥力，即抗磁力。利用抗磁性物質的抗磁性使其在磁場中穩定懸浮的技術稱為抗磁懸浮技術。
抗磁懸浮技術利用物質的抗磁特性，無需外界能量輸入即可實現常溫被動靜態穩定懸浮，獲得眾多學者的關注。尤其是近30 年來，隨著微細製造與強磁場技術的發展，抗磁懸浮相關研究持續增加。目前，國外眾多研究機構基於抗磁懸浮原理已經開展了較為豐富的相關研究工作，但國內在該領域的研究成果相對較少，研究內容較為單一。
南京航空航天大學的徐園平、周瑾、金超武和瑞士洛桑聯邦理工學院的BLEULER Hannes在《機械工程學報》2019年2期發表了《抗磁懸浮研究綜述》一文，他們針對國內該領域這一研究現狀，從抗磁懸浮機理、抗磁懸浮特點及抗磁懸浮相關應用研究成果進行全面的綜述。提出抗磁懸浮不僅具備無磨損、無需潤滑、低能耗等優點外，還具有常溫被動靜態穩定懸浮、微納米尺度應用、低剛度等特點；指出該技術在微納旋轉機械、振動能量捕獲、高靈敏度傳感器、生物細胞/微粒子操縱等領域具有非常廣闊的應用前景。為國內學者開展相關抗磁懸浮研究提供了綜述資料。
基於抗磁懸浮技術的典型研究成果
抗磁效應示意圖
高壓靜電驅動抗磁懸浮轉子
研究展望
抗磁懸浮技術經過近 30 年的發展，已經取得了豐碩的成果，但弱抗磁效應始終是抑制抗磁懸浮技術發展的瓶頸。因此，抗磁懸浮未來發展的方向將會側重以下方面。
(1) 基於抗磁懸浮的微納器件研究。雖然在超強磁場的作用下，可以產生較大的抗磁力，但這種極為耗能的方式並不實用。如上文所述，抗磁力與物質重力之比將隨著系統整體尺寸的減小而急劇增大，因而抗磁懸浮原理適宜於微器件中。現有的研究成果大多集中於毫米量級及以上的宏觀領域，在微納米尺寸研究較少。未來抗磁懸浮微納器件的研究將會側重於微納永磁體陣列製作工藝、永磁體排布的優化，面向生命領域的基於抗磁效應的微流控芯片、磁生物細胞/微粒子操縱、分離，面向旋轉機械的高速微納米電動機等。
(2) 抗磁性物質研究。抗磁性物質的磁化率是抗磁效應強弱的決定因素。現有發現的物質在常溫下抗磁效應都很微弱，若能提高抗磁物質的磁化率，將會增強抗磁效應。因此，在化學及材料領域研製具有更強磁化率的抗磁性物質是未來抗磁懸浮技術發展的趨勢。
(3) 低頻高靈敏度傳感器。無摩擦、微弱的抗磁懸浮支承剛度，使得基於抗磁懸浮的傳感器對低頻振動具有先天的高靈敏度特點。這個方向現有的研究相對較少，未來具有進一步研究的空間。
重要結論
(1) 隨著微細製造與強磁場技術的發展，抗磁懸浮相關研究開始興起。針對國內對抗磁懸浮研究相對較少的現狀，本文從抗磁懸浮原理、抗磁懸浮特點及相關抗磁懸浮應用研究進行了詳細綜述。
(2) 首先追述了物質的抗磁性被發現的歷史及基於抗磁特性相關經典研究成果。其次詳述了物質的抗磁效應、實現抗磁懸浮的條件及抗磁懸浮的特點。最後本文詳細歸納了抗磁懸浮在微納旋轉機械、振動能量捕獲、高靈敏度傳感器、生物細胞/微粒子操縱等領域的典型及最新研究成果，並介紹了作者所在研究組在抗磁懸浮在微納旋轉機械方面的研究成果。
(3) 為國內開展相關抗磁懸浮研究提供了綜述資料。
作者簡介
徐園平，男，1989 年出生，博士。主要研究方向為磁懸浮技術。
周瑾，女，1972 年出生，博士，教授，博士研究生導師。主要研究方向為磁懸浮技術、轉子動力學、機電系統控制。
金超武，男，1980 年出生，博士，副教授，碩士研究生導師。主要研究方向為磁懸浮技術。
BLEULER Hannes，男，1954 年出生，博士，瑞士洛桑聯邦理工學院終身教授，博士研究生導師。主要研究方向為磁懸浮技術、醫療機器人。
引用本文
徐園平, 周瑾, 金超武, BLEULER Hannes. 抗磁懸浮研究綜述[J]. 機械工程學報, 2019, 55(2): 214-222.
XU Yuanping, ZHOU Jin, JIN Chaowu, BLEULERHannes. Diamagnetic Levitation: A Review. Journal of MechanicalEngineering, 2019, 55(2): 214-222.
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