【摘 要】
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自驱动微型马达作为一种在液体介质中移动的微型器件,因为其超小的结构尺度和灵活的运动,使其在药物靶向治疗、污水处理、货物运输、微型发电机等尖端领域有广阔的应用前景。自驱动微型马达的研究已经成为科学界的研究热点之一,目前的自驱动微型马达大致可以分为外部能源驱动(物理驱动)和化学驱动。然而,外部能源驱动存在浪费能源的问题,化学驱动容易造成环境污染;另外,大部分自驱动微型马达存在运动单一,运动控制难等问题
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自驱动微型马达作为一种在液体介质中移动的微型器件,因为其超小的结构尺度和灵活的运动,使其在药物靶向治疗、污水处理、货物运输、微型发电机等尖端领域有广阔的应用前景。自驱动微型马达的研究已经成为科学界的研究热点之一,目前的自驱动微型马达大致可以分为外部能源驱动(物理驱动)和化学驱动。然而,外部能源驱动存在浪费能源的问题,化学驱动容易造成环境污染;另外,大部分自驱动微型马达存在运动单一,运动控制难等问题。因此,开发一种不需要外部能源或化学试剂、能够实现多种灵活运动且可控的自驱动微型马达,是目前研究面临的一大挑战。针对自驱动微型马达浪费能源、污染环境的问题,本论文利用飞秒激光微纳精密制造技术制备了一种新型液滴驱动微型马达,实现了自推进装置的绿色节能驱动。本研究受到水黾功能特性和结构特性的启发,设计并制备了具有结构/润湿性双梯度的液滴驱动微型马达,液滴驱动微型马达由带有超亲水楔形槽的超疏水铝片组成,仅需一滴水就可以驱动其实现直线运动,液滴驱动微型马达的运动距离超过70 mm,运动速度超过60 mm/s。针对自驱动微型马达运动单一、运动可控性差等问题,本研究对可实现直线运动的液滴驱动微型马达进行优化设计,利用飞秒激光微纳精密制造技术在微型马达上表面构造了三条超亲水楔形槽,三通道液滴驱动微型马达不仅可以实现直线运动,还可以实现复杂的曲线运动。此外,该研究构建了可以实现连续运动的具备储水区域的液滴驱动微型马达,设计了叶片状液滴驱动旋转马达,丰富了传统自驱动微型马达的运动模式。液滴驱动微型马达的设计与制备为自驱动研究领域开辟了新途径,提供了新思路和新方法,该研究提出了一种清洁环保、节能的驱动方式,在微机械与智能化系统、生物医学、污水净化、清除杂质等领域具有广阔的应用前景和研究价值。
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