聚合物多层管状纳米马达的构筑及磁驱形变运动研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luo311
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微纳米马达指在微米及纳米尺度上可以将化学能或其他类型的能量将其转化为机械能,并使其在不同类型环境中可以进行运动的人造装置,而微纳米马达也被称为胶体马达。现今,研究者们已经设计并研发出利用化学能、磁能、超声能及光能等多种外场驱动下的微纳米马达。但在多种不同驱动方式的微纳米马达中,由于磁场驱动的微纳米马达具有可以远程精准操控且不需有毒的化学燃料等优点均使微纳米马达在生物医学应用中具有很大的潜力。但目前具有柔性结构进行磁驱仿生运动的微纳米马达仍亟需发展。本论文是以精子及细菌鞭毛的自身螺旋形运动为基础,并利用层层组装的方法对聚碳酸酯薄膜模板进行组装来构筑聚合物多层管状纳米马达。采用旋转磁场对聚合物多层管状纳米马达运动进行控制,研究运动行为,统计运动速率。并根据磁场驱动后自身形变来探究聚合物多层管状纳米马达的力学性质,进而探究其磁驱运动机理。通过改变组装层数、聚电解质溶液材料、磁性微球直径、聚碳酸酯薄膜直径及真空溅射时间等条件,制备不同类型聚合物多层管状纳米马达。对直径为100 nm的聚碳酸酯薄膜模板进行240 s的真空溅射时,可制备得到纳米级别长度的聚合物多层管状纳米马达。随后对其进行磁驱动,可以发现其自身为柔性结构,会发生不同程度的变形。同时统计了不同条件的管状纳米马达的运动行为和运动速率。其运动速率会随着磁场频率的提升而呈现先升高后降低的关系。得出了当组装层数为5个双层,固定磁场强度为10 m T,在去离子水的运动介质中其在6~7 Hz时会呈现运动速率的峰值,速率可达16.85μm/s。进而对其在磁驱动前后的形变和力学性质进行探究。利用荧光标记聚合物多层管状纳米马达在旋转磁场中驱动后形变进行观察,随后测定不同组装层数的管状纳米马达的压入深度、杨氏模量等力学信息,其组装为5个双层时的压入深度最大为554.4 nm,其杨氏模量最小为3.35 MPa,符合其运动速率的规律。本论文基于层层组装的方法制备了不同类型聚合物多层管状纳米马达。并在此基础上利用旋转磁场统计其运动行为及运动速率。并根据自身形变程度和力学性质成功地探究其磁驱运动的机理与自身柔性结构和磁驱形变相关。
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