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调节表面张力实现高速运转自驱动微马达点亮LED灯

来源:科技日报 吴长锋 访问:445 时间:2023-02-02
  记者近日从中国科学技术大学了解到,该校工程科学学院微纳米工程实验室吴东教授、褚家如教授课题组,基于数字微镜阵列(DMD)系统,利用激光光场调制技术,加工出一种新颖的高性能自驱动水凝胶微马达,并探究其在动能传输、微型发电机等方面的应用前景,为微型旋转机械的设计与制造开拓了新方向。相关研究成果近期发表在《自然·通讯》上。

  自驱动现象是由表面张力梯度引起的,被称为马兰戈尼效应。受此启发,研究人员基于DMD的激光光场调制技术,利用水凝胶和表面活性剂,设计并加工出具有非对称孔隙微结构和三次样条曲线外形的自驱动微马达。该自驱动微马达能如同突眼隐翅虫一般,在自身周围缓慢分泌表面活性剂,调节周围表面张力分布,从而驱动自身高速转动。相比于现有报道中的类似体系,该研究中的自驱动微马达性能得到极大提升。以转动输出和燃料效率这两个归一化参数为标准,该自驱动微马达的转动输出提高了15倍,燃料效率提高了34%。

  为进一步探索自驱动微马达的应用前景,研究人员将自驱动微马达应用于微型发电机中,通过自驱动微马达带动磁铁在线圈中运动,从而产生感应电压,在通过二极管整流和电容储能升压之后,产生的电能将LED灯点亮。

  为了更好地控制自驱动微马达的运动行为,研究人员在微马达中掺杂纳米铁粉。通过不同磁场,实现了对微马达自驱动行为的精准控制。此外,这种磁控行为还可以作用于多个微马达,实现多个微马达沿着同一或不同半径的轨道进行公转。

  (原载于《科技日报》 2023-02-02 第07版 成果)

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