金属微颗粒的超声驱动旋转与一维自组装研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhushaoxiang2009
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微纳米马达是一种能够将外界的能量转换为自身机械能的微纳米颗粒,在药物靶向运输、环境监测治理、疾病诊断治疗等方面具有广泛的应用前景。其中,超声波驱动的微纳米马达所需的超声频率在人体安全范围内,在生物医学领域有潜在应用价值,近几年相关研究也逐年增多。超声波驱动的微纳米棒具有较高的运动速度,通过调节超声波的频率和电压,相应的可以控制马达的运动状态及组装形态。超声驱动的马达常见的运动形态有无规则运动、环状自旋运动以及绕马达自身长轴旋转。为了能够实现利用超声对马达的灵活操控,我们有必要对超声驱动的马达常见的运动形态做进一步的机理研究。我们用模板辅助电化学沉积的方法制备了长度为2μm、直径在300 nm的金微米棒。我们发现棒状微纳米马达在超声驱动下会做环状自旋运动,并且随着超声驱动电压的升高,金棒做环状自旋运动的线速度与角速度均加快,并且线速度、角速度与超声驱动电压近似成二次函数关系;而金棒做环状自旋运动的半径随驱动电压的变化则倾向于不变。超声驱动频率越接近超声反应腔的共振频率,金棒运动的线速度越快,而当驱动频率超出一定范围后,金棒则难以维持环状自旋运动,倾向于做无规则运动。在进行超声驱动微颗粒绕自身轴向旋转规律研究中,我们制备了一面镀有金属的Si O2小球,通过追踪小球明暗变化的频率,我们可以推测出小球旋转的角速度。发现随着超声驱动电压升高,小球旋转角速度加快,角速度与超声驱动电压近似成二次关系,超声驱动频率越接近超声反应腔的共振频率,小球旋转越快。材料的亲疏水性对微纳米马达运动状态有很大影响。本文研究了疏水修饰对超声驱动的马达运动状态的影响,发现经过疏水修饰后金棒在超声驱动下的运动速度加快。在实验中我们还发现超声驱动的马达在特定频率下会排列组装成特定的形状。通过提高溶液中的离子强度,能够使金微米棒在超声驱动下排列组装成一维的链状,并且具有很好的稳固性。通过本文的研究,我们阐明了超声驱动马达旋转的机理;通过疏水修饰,提高了马达在超声驱动下的运动速度;通过提高离子强度的方法,使微纳米马达在超声驱动下成功排列组装成稳固的一维链状。本课题为超声驱动微纳米颗粒,在器件的组装与生物医疗应用方面打下了基础。
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