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AFM:液滴基自驱动微型船

2020-3-23 11:19| 发布者: 肥仔拳| 查看: 151| 评论: 0|来自: MaterialsViews

摘要: 自驱动装置是指无需外部动力仅依靠自身将其他形式能量转化为动能从而实现自发运动的装置。由于自驱动装置在污水处理、浮油清除、药物靶向运输甚至化学武器拆除等方面都存在重要的应用前景,因而得到了国内外学者的广 ...
自驱动装置是指无需外部动力仅依靠自身将其他形式能量转化为动能从而实现自发运动的装置。由于自驱动装置在污水处理、浮油清除、药物靶向运输甚至化学武器拆除等方面都存在重要的应用前景,因而得到了国内外学者的广泛关注。目前,已有自驱动装置按驱动机理不同可分为气泡驱动、热泳驱动、扩散泳驱动、电泳驱动等,且驱动过程中依赖于双氧水、表面活性剂等化学试剂或额外的外加电/热能。然而有毒化学试剂的使用易污染环境,额外电/热能的施加也因极低的能源转换效率易浪费能源。上述缺点限制了自驱动装置的实际应用。


针对这一问题,大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室孙玉文和宋金龙等人发明了一种无需有毒化学试剂和额外的外加电/热能驱动即可在水面运动的新型自驱动微型船。该微型船通过激光加工技术获得,且主要由超疏水表面和超亲水孔组成。当将微型船放置于水面并将水滴置于超亲水孔上时,水滴在不平衡的表面张力作用下穿过小孔并射入水中形成水母状射流,从而推动微型船实现自发定向直线运动。通过实验和动力学分析可知,孔尺寸和水滴体积对微型船的驱动距离、驱动时间和瞬时驱动速度的影响很大,且微型船的主要驱动力来源于拉普拉斯力。此外,为实现持续和长距离的自驱动运动,在自驱动微型船上设计并安装了由超疏水/超亲水图案构成的储水装置或雨水收集装置,并通过控制图案尺寸便可调节滴落水滴的体积和时间间隔,提高了效率。此外,通过在微型船上布置超亲水孔的数量和方向,还可实现自发旋转运动。

上述液滴基自驱动微型船可应用于水面侦查机器人和雨滴驱动发电领域。相关结果发表于Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201910778 )上。

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