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气泡推进型中空Janus微球运动特性的实验研究

发布时间:2018-08-02 10:34
【摘要】:本文通过Pt-SiO_2型(铂-二氧化硅型)中空Janus微球在低浓度2%~4%H_2O_2溶液中的气泡驱动实验,观察到在每个气泡生长-溃灭周期内,Janus微球的运动呈现3个特征阶段,分别为自扩散泳、气泡生长和气泡溃灭。其中气泡溃灭阶段微球在射流驱动下的推进速度可达每秒几十毫米,比前2个阶段的平均速度大2~3个数量级。实验观察到气泡生长阶段其半径与时间存在Rb~t1/3和Rb~t1/2两种标度率。由于气泡在Janus微球催化剂表面(Pt侧)的生长点偏离对称轴位置,Janus微球的运动轨迹呈圆周形。随H_2O_2溶液浓度的增加,还可以进一步提高Janus微球的运动速度。此研究不仅定量分析了Janus微球的运动特性,而且为实际应用中提高Janus双面微马达的运动速度和能量利用率提供了参考依据。
[Abstract]:In this paper, the bubble driving experiments of Pt-SiO_2 hollow Janus microspheres in low concentration 2%~4%H_2O_2 solution are carried out. It is observed that there are three characteristic stages of the motion of Pt-SiO_2 microspheres in each bubble growth and collapse cycle, which are self-diffusion swimming. Bubble growth and bubble collapse. The propelling speed of the microspheres driven by the jet can reach tens of millimeters per second in the bubble collapse stage, which is 2 ~ 3 orders of magnitude higher than the average velocity of the first two stages. It is observed that there are two scaling rates, Rb~t1/3 and Rb~t1/2, for the radius and time of bubble growth. Because the growth point of bubbles on the surface of Janus microspheres (Pt side) deviates from the symmetry axis, the trajectory of Janus microspheres is circular. With the increase of the concentration of H_2O_2 solution, the velocity of Janus microspheres can be further increased. This study not only quantitatively analyzes the motion characteristics of Janus microspheres, but also provides a reference for improving the speed of motion and energy utilization of Janus double-sided micromotors in practical application.
【作者单位】: 西安建筑科技大学环境与市政工程学院;中国科学院力学研究所;
【基金】:国家自然科学基金(11572335,11272322,11672358) 陕西省教育厅重点实验室项目(15JS045)
【分类号】:O347.7

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本文编号:2159147

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