飞秒激光制备磁响应微结构及其多功能液滴操纵应用研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:myeclipse75
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
生物为了适应极端的生存环境,进化出了许多独特的液体操纵能力。受这些行为的启发,多种基于激励响应材料的主动式液滴操纵方法被开发出来,并成功应用于精细化学和生物医疗等领域。其中磁响应微结构表面可以在磁场激励下发生可逆变形,从而实现对液滴的主动操纵。但是,现有的基于磁响应微结构的液滴操纵方式灵活性差,且只能在单一平面内操纵液滴。磁响应微结构表面的制备方法也十分繁琐,进一步限制了磁激励液滴操纵的实际应用。飞秒激光微纳加工技术作为一种新兴的高精度、高效率加工手段,为磁响应微结构的制备提供了一种新思路。本文利用飞秒激光微纳加工技术,制备了多种磁响应微结构,实现了多样化的液滴操纵,提升了液滴水平推进速率,扩展了液滴空间操纵维度,并展示了磁响应液滴操纵在微化学反应和聚合酶链式反应等方面的应用。本文的主要研究内容概述如下:1.结合飞秒激光加工技术与聚苯乙烯材料,提出了一种高效的高深宽比(~8.73)矩形孔结构模板制备方法。基于该模板实现了磁响应微板阵列结构的快速制备。2.利用激光选择性修饰制备了具有差异润湿性的双面神磁响应微板阵列结构,通过磁场控制实现了结构表面液滴接触角从~158°到~40°的大跨度可逆调谐。通过表面颜色涂覆及磁控弯曲,实现了仿生变色及伪装的功能。最后,制备了一种具有透明基底的磁响应微板阵列结构,展示了其作为磁控光闸的应用。3.提出了一种超疏水磁响应微板阵列结构,通过空间变化周期性磁场激励实现了液滴在水平面内的快速运输。此外,基于微板顶部局部高黏附性及结构磁控弯曲变形能力,实现了液滴竖直平面内的可控捕获与释放。最后,展示了磁响应微板阵列结构在连续流体混合及液态金属运输方面的应用。4.设计了一种磁响应双面神薄膜机器人,通过周期性磁场驱动实现了对液滴的自发包裹及可控运输。基于定向翻滚特性及外表面的超疏水特性,薄膜机器人在毛细力作用下实现了对子液滴的可控分发及释放。利用旋转磁场驱动薄膜机器人实现了对液体的快速混合。此外,通过结合薄膜机器人的光热特性和搅拌能力,实现了加热搅拌。最后,通过对磁响应双面神薄膜机器人表面进行壳聚糖修饰,进一步扩展了其在聚合酶链式反应中的应用。
其他文献
众所周知,目前移动机器人已在社会生产生活中取得了广泛的应用,如室内服务、医院物流运输等。长期自主导航能力是移动机器人安全、可靠地执行任务的基础和前提。环境感知和路径规划是移动机器人导航的关键核心技术。其中,基于视觉的环境感知及路径规划凭借视觉传感器采集信息量丰富及高性价比等优势受到研究人员的广泛关注。但是,当前的视觉环境感知及路径规划方法大多依赖低维的像素级路标及其构建的几何度量地图,一方面,像素
学位
负责任研究行为是指科学家和科研机构在开展研究计划、实施和报告过程中,遵守职业和伦理行为规范,履行科学研究的专业职责。近年来,我国科研不端行为事件频发,科研诚信和科研伦理问题受到国家部委和社会的广泛关注,负责任研究行为及其实现进路的研究显得日益重要。本研究以负责任研究行为的“现实困境何样”“结构模型如何”“责任向度何在”“何以能实现”四个研究问题为导向,综合运用文献研究法、元分析方法、案例分析法、文
学位
智能电网作为一种新兴电力技术,将逐步取代传统电网,成为未来电网的发展方向。随着形式多样的可再生能源、电池能源存储系统等新型分布式能源的引入,智能电网的供电侧呈现多元性、间歇性、随机性等特点。与此同时,随着新能源汽车以及智能楼宇等新型用电单元的出现,智能电网的用电侧呈现多样性、随机性、灵活性等特点。因此,智能电网背景下能源管理与需求响应的优化运行面临新的挑战。解决智能电网能源管理和需求响应问题通常转
学位
并合和恒星形成是驱动星系质量增长演化的两种主要机制。目前对星系并合方面的研究主要在:(1)并合对恒星形成和AGN活动性的影响;(2)星系的并合率随红移的演变关系和对不同类型星系形成的影响;(3)通过数值模拟来研究星系的并合过程、并合参数和宿主星系的性质。对宇宙中真实的星系并合系统的并合参数及与星系整体演化的内在关联方面的研究却比较少。在本文的第一个工作中,我们对一个log(M*/M☉)≥9.5红移
学位
伴随人口老龄化加速发展及老龄人口规模的迅速扩大,为满足不断增长的养老服务需求,从量和质上增加养老服务供给、调整供给结构已经成为亟需解决的重要社会问题,而居家养老服务发展是养老服务体系的重要组成部分,也是当前国家老龄事业发展的重要内容。2017年国务院印发了《“十三五”国家老龄事业发展和养老体系建设规划》的通知,明确提出“按照供给侧结构性改革的要求,要大力发展居家社区养老服务、加强社区养老服务设施建
学位
大型涡轮盘是重型燃气轮机的核心部件,其制备技术难点主要在于大规格均质化合金锭的制备以及涡轮盘锻件的模锻成型两个方面。得益于我国800MN模锻液压机的设备能力,大型涡轮盘锻件的模锻成型能力问题得到了有效解决,而大规格均质化合金锭的制备成为了当前最迫切需要攻克的难题。此外,与航空发动机1000-3000h的寿命要求不同,重型燃气轮机要求稳定服役20000h以上,因此,提高涡轮盘材料的长时组织与性能的热
学位
前体RNA经过加工形成成熟的RNA。RNA转录物经过5’加帽、3’末端加工、剪接和修饰;并在协同转录和转录后加工过程中形成动态二级结构。与编码RNA一样,非编码RNA(nc RNA)也经历了广泛的加工。转录组研究揭示了RNA在协同转录和转录后水平在调控基因表达、植物发育和植物-环境互作中的作用。植物可以在转录和转录后水平响应胁迫应答。干旱胁迫能够引起植物形态、生理、生化和分子等特征的改变。不同植物
学位
航空发动机主轴承在高温、高速、重载的苛刻环境下服役,采用具有优异高温硬度、尺寸稳定性和耐磨性的高温轴承钢制造。高温轴承钢凝固过程中由于合金元素(C、Cr、Mo、V)的偏析,极易形成超大尺寸的一次碳化物,在服役过程中作为疲劳裂纹的萌生源导致轴承发生疲劳破坏。因此,高品质高温轴承钢的制备是实现高端轴承长寿命、高可靠性制造的保障。为制备大尺寸、均质化的高温轴承钢坯料,本文提出利用金属构筑成形技术避免金属
学位
气候变化和全球变暖是人类面临的重要环境问题,对人类生存和健康构成巨大威胁,在此背景下,中国提出碳达峰和碳中和目标。汽车排放召回符合当前我国低碳经济发展的要求,也是践行碳达峰、碳中和的务实之举。逐级降低汽车大气污染物的排放量是重要的发展趋势,汽车排放召回将对防治大气污染发挥重要作用。汽车排放召回的顺利实施依赖监管部门、企业和消费者的三方配合,其中消费者积极主动地参与汽车排放召回十分重要。然而,汽车排
学位
在化石能源日益消耗和环境污染不断加剧的背景下,研发符合可持续发展理念的新型清洁能源是迫在眉睫的任务,氢气(H2)因其有高热值、低污染、来源广的突出优势,成为新能源中的最佳候选。随着电化学技术的高速发展,电解水制氢吸引了科技界和产业界的广泛关注,电解水过程包括析氧反应(OER)与析氢反应(HER),高活性的电催化剂在电解水过程中可以有效降低能耗。OER是一个四电子转移过程,动力学较为迟缓,是电解水制
学位