棒状与球状微马达在不平整表面的运动研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shohoku23
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人工合成微纳米马达是一种微纳米级胶体颗粒,能将外界环境能量转化为自身动能,实现自主运动。微纳米马达由于其自主运动的特性,在生物载药及环境治理等领域有巨大的应用前景,例如由于癌症细胞可释放过氧化氢,双氧水驱动的载药双金属棒马达会自主靠近癌症细胞并释放药物,实现精准抗癌。目前,对于马达的应用研究很大部分集中在研究不同驱动方式下,马达在平整表面的运动方式及运动机理。但是将来实际应用中,无论是在人体内还是自然环境中,其表面都是不平整的。因此,研究马达在不平整表面的运动规律有着十分重要的意义。实验中通过电化学沉积法制备了金-铑(Au-Rh)双金属棒马达;通过电子束蒸发的方法,在二氧化硅(SiO2)微球上蒸镀一层铂(Pt)金属,得到SiO2-Pt Janus马达。通过扫描电子显微镜(SEM)以及能谱(EDS)分析表征马达的形貌与成分。另外,为了探究规则表面与不规则表面对马达运动的影响是否相同,我们尝试制备不同类型的不平整表面:(1)泡酸法:将聚二甲基硅氧烷(PDMS)旋涂在玻璃片表面,浸入硝酸硫酸混合液后使其表面变成亲水,再浸入去离子水中,PDMS表面吸水膨胀,而底部疏水体积不变,于是产生不规则褶皱。(2)等离子体轰击法:定制单向拉伸夹具,将薄片PDMS拉伸至120%,通过一定时间的等离子体轰击后卸下夹具,由于等离子体使PDMS表面产生硬化层,卸去应力后表层难以回缩,产生规则褶皱。(3)提拉熔融法:通过提拉法在玻璃片表面获得单层聚苯乙烯(PS)微球,通过加热熔融的方法,使得PS与基板粘黏紧密,以及通过融化程度控制表面起伏程度。实验中研究了化学驱动的双金属棒马达在泡酸法获得的无规则褶皱PDMS表面、等离子体轰击法获得平行褶皱的有规PDMS表面、提拉法获得的周期性密堆积晶体状有规则的PS微球表面的运动;以及电场驱动的Janus球马达在有规PS表面的运动。实验发现,在褶皱缝隙合适的情况下,化学驱动的双金属棒马达会沿着缝隙行走。电场驱动的Janus球马达在底板的PS球缝隙间速度更快,且Janus球马达也更倾向于沿着底部PS球缝隙行走。通过本课题的研究发现,马达在不平整表面尺寸合适的缝隙间,会沿着缝隙行走。马达这种沿沟槽行走的特性可应用于颗粒的导向和颗粒的收集,为马达将来在人体载药及自然环境治理等领域的实际应用打下基础。
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