微驱动系统的智能化及其应用

发布时间：2017-09-27 02:03

  本文关键词：微驱动系统的智能化及其应用

  更多相关文章： 智能表面 微驱动系统 可控运动 超疏水 Marangoni效应

【摘要】：自驱动器件(Self-propelled device)被认为是纳米材料、纳米技术、智能材料等的重要发展方向之一。通过自驱动器件,可以在人类无法到达的位置进行可控操作,如细胞操控,靶向给药,生物体检测,油水分离等。它利用体系内部具有的微驱动系统提供驱动力,并通过一定的智能材料或微驱动系统自身的刺激响应性,从而有效控制物体的运动行为。单一的微驱动系统无法实现有效且可控的物体运动,因此,本论文中,我们引用“功能协同智能器件”这一概念,利用微驱动系统为物体的运动提供驱动力,进一步通过刺激响应性智能材料控制驱动力的功能过程,从而控制物体的运动行为。进而,我们将物体的运动引入到宏观超分子组装中,实现了有序且稳定的宏观组装体的构筑；通过法拉第电磁感应定律将运动行为的机械能转换成电能,实现了能量转换过程。主要工作如下：1、引入Marangoni效应这一界面现象与金属铂催化双氧水产生氧气泡这一化学型驱动力,并利用具有减阻效果的超疏水涂层,实现了物体的快速运动；结合pH响应性超疏水-超亲水转变的智能表面作为开关,控制低表面能物质与水体之间或催化剂与双氧水溶液之间的接触,从而智能操控器件运动的开启与停止。通过有机结合驱动力与智能材料,制备了紫外光快速响应性微驱动器,通过控制紫外光辐照的光照强度,从而智能操控器件的开-停-开运动,有效避免了溶液pH转变及智能表面浸润性转变过程的时间消耗,实现了器件运动的快速响应；2、将Marangoni效应这一温和驱动力引入到宏观超分子组装中,实现了宏观构筑基元的快速运动；通过引入超疏水/超亲水特异性修饰,并增加宏观构筑基元的密度,为构筑基元提供组装路线,实现油水界面上以超亲水-超亲水相互作用为组装驱动力的组装过程；进一步在组装界面上引入分子识别对,通过主客体相互识别作用实现宏观组装体的稳定化；3、将金属铂催化双氧水这一化学驱动力引入到能量转换体系中,通过化学驱动力的驱动作用推动微发电机的快速旋转运动,实现了由双氧水的化学能向微发电机运动的机械能的转变；微发电机中的磁铁与螺线管之间发生相对运动,引起磁通量的改变,从而引起螺线管导线中产生感应电动势,实现了由器件的机械能向电能的转变过程。
【关键词】：智能表面 微驱动系统 可控运动 超疏水 Marangoni效应
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH703
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-31
• 1.1 微小物体的运动15-17
• 1.2 驱动力17-26
• 1.2.1 物理驱动力17-23
• 1.2.2 化学驱动力23-26
• 1.3 智能材料与功能协同智能器件26-28
• 1.4 本论文的研究思路及创新点28-31
• 第二章 pH响应性仿生智能运动31-43
• 2.1 前言31-32
• 2.2 实验部分32-35
• 2.2.1 试剂及仪器32
• 2.2.2 功能协同智能器件的制备32-34
• 2.2.3 功能性材料表面形貌、浸润性的表征34-35
• 2.2.4 智能器件在Marangoni效应驱动下的运动及其影响因素的考察35
• 2.3 结果与讨论35-42
• 2.3.1 船体表面超疏水涂层表征35-37
• 2.3.2 pH响应性超疏水-超亲水转变智能表面37-39
• 2.3.3 pH响应性智能运动39-41
• 2.3.4 运动的影响因素41-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第三章 pH响应性开-停-开智能运动43-57
• 3.1 前言43-44
• 3.2 实验部分44-47
• 3.2.1 试剂及仪器44-45
• 3.2.2 功能协同智能器件的制备45-46
• 3.2.3 功能性材料表面形貌、浸润性的表征46-47
• 3.2.4 溶液pH对双氧水分解速率及运动速度的影响47
• 3.3 结果与讨论47-56
• 3.3.1 船体表面超疏水涂层的减阻特性47-48
• 3.3.2 pH响应性超疏水-超亲水可逆转变智能表面48-49
• 3.3.3 微驱动器49-53
• 3.3.4 功能协同智能器件的智能运动53-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第四章 光响应性开-停-开智能运动57-67
• 4.1 前言57
• 4.2 实验部分57-60
• 4.2.1 试剂及仪器57-58
• 4.2.2 功能协同智能器件的制备58-59
• 4.2.3 智能器件在Marangoni效应驱动下的运动及其影响因素的考察59-60
• 4.3 结果与讨论60-66
• 4.3.1 表面活性剂的种类及其浓度60-63
• 4.3.2 紫外光响应性开-停-开智能运动63-65
• 4.3.3 智能器件运动方向的可控性65-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 运动在宏观超分子组装中的应用67-81
• 5.1 前言67-68
• 5.2 实验部分68-71
• 5.2.1 试剂及仪器68-69
• 5.2.2 宏观构筑基元的制备69-71
• 5.2.3 组装相互作用力的考察71
• 5.3 结果与讨论71-79
• 5.3.1 水/空气界面上宏观构筑基元的有序组装71-73
• 5.3.2 油/水界面上宏观构筑基元的有序组装73-74
• 5.3.3 油/水界面上宏观构筑基元的亲水组装74-76
• 5.3.4 通过分子识别稳定宏观组装体76-79
• 5.4 本章小结79-81
• 第六章 运动在能量转换中的应用81-95
• 6.1 前言81
• 6.2 实验部分81-84
• 6.2.1 试剂及仪器81-82
• 6.2.2 微发电机的制备82-84
• 6.2.3 功能性材料表面形貌、浸润性的表征84
• 6.2.4 反应前后溶液中双氧水浓度的测定84
• 6.3 结果与讨论84-93
• 6.3.1 微发电机的运动及其发电过程84-86
• 6.3.2 能源溶液的浓度对能量转换过程的影响86-88
• 6.3.3 线圈匝数对能量转换过程的影响88-90
• 6.3.4 双氧水驱动的持久性能量转换过程90-93
• 6.4 本章小结93-95
• 第七章 结论与展望95-97
• 参考文献97-105
• 致谢105-107
• 研究成果及发表的学术论文107-109
• 作者及导师简介109-111
• 博士研究生学位论文答辩委员会决议书111-112

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张希;;超分子自组装[J];科学观察;2012年06期

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本文编号：926983