【摘 要】
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微纳米马达是一种能够将环境中的能量转化为自身动能的应激响应型微纳米执行器。它具有制备简单、驱动方式多样等优点,有着广泛的应用前景,因此在基础研究和工程实践两个领域都备受瞩目。近年来,一种基于银-氯化银振荡反应的微纳米马达引起了学界的注意。其在过氧化氢和紫外线照射下能振荡运动,在非线性物理、周期给药等领域展现出独特的模型和应用潜力。本组也对其运动机理、群体行为等科学问题进行了较为深入的研究。本文重点
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微纳米马达是一种能够将环境中的能量转化为自身动能的应激响应型微纳米执行器。它具有制备简单、驱动方式多样等优点,有着广泛的应用前景,因此在基础研究和工程实践两个领域都备受瞩目。近年来,一种基于银-氯化银振荡反应的微纳米马达引起了学界的注意。其在过氧化氢和紫外线照射下能振荡运动,在非线性物理、周期给药等领域展现出独特的模型和应用潜力。本组也对其运动机理、群体行为等科学问题进行了较为深入的研究。本文重点关注该振荡马达在复杂环境中运动方式的改变,以期在个体和群体两个层面进一步探究其机理细节,从而实现复杂环境中的精准调控,为未来投入实际应用提供帮助。本文首先对马达之间的相互影响进行了研究,发现振荡马达在颗粒密度提高时,个体颗粒的运动变得更加短促,化学波速变得更快。为了解释该现象,提出了化学平衡以及化学物质梯度两个机理,并进行了相应的对照试验和数值模拟分析。同时,我们将自电泳型马达和振荡马达相混合,置于相同的溶液环境中,并给以紫外光照,观察到自电泳型马达从线性运动转变为振荡运动,且也可以受到振荡马达化学波的调控。本文推测并验证了其机理为银离子在双金属棒自电泳型马达上的还原沉积。在对马达之间的相互调控有一定了解的前提下,为了进一步研究振荡马达在更接近于体内血液的环境中的运动情况,利用乙二醇水溶液配置了不同粘度的溶液。实验表明随着粘度的提高,振荡马达的个体运动峰值速度和化学波速都呈下降的趋势。同时,我们也研究了不同改性处理(亲疏水性、电性)的基板对振荡马达波速的影响,并验证了玻璃基板的zeta电位在振荡马达群体行为中的作用。通过本课题的探索,初步掌握了振荡马达在同种马达、异种马达、粘性环境和不同基板上运动状态的变化规律,取得了一定的科研成果,为振荡马达的实际应用打下了坚实的理论基础。
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