靠微粒子推動的新型微齒輪問世
意大利、德國和西班牙的科學家合作,設計出一種由微粒子推動的新型微齒輪。微粒子以周圍過氧化氫溶液為燃料推動自身前進,就像微型馬達,當它們進入齒間就會推動微齒輪旋轉。將來這種微齒輪有望作為自動微機器的基本構件。相關論文發(fā)表在納米和微型科學技術雜志《小》(Small)上。
![]() 雅努斯粒子卡入微齒輪齒間,推動它前進。 現(xiàn)代納米技術能造出在結構和形態(tài)上高度可控的微米和納米級物質。最近,研究人員開始探索能否給這些結構“賦予生命”,讓它們能自我推進。論文第一作者、意大利羅馬大學的克勞迪奧·麥吉說,他們正在研發(fā)的一類名叫“主動物質”的先進材料,能把一些內置能源直接轉化成運動。 據物理學家組織網近日報道,本研究中的“主動物質”微馬達是一種5微米大小的雅努斯(Janus,羅馬神話中的兩面神)粒子,有兩個不對稱面,其中一面涂有一層鉑,把它們浸入過氧化氫溶液時,會只向一個方向移動,沿齒輪一邊前進卡在齒間。齒輪約8微米,有6個齒,最多可容納6個雅努斯粒子。 研究人員說,以往也有類似方法利用細菌或人造微泳器的集體運動產生主動運動,但需要很高的細菌或微粒濃度,同時也很難控制它們的運動。新方法的最大優(yōu)點是所需粒子濃度低,而且運動高度確定。他們發(fā)現(xiàn),嵌入微齒輪齒間的雅努斯粒子在1到3個時,齒輪旋轉速度隨粒子數增加而線性增加;粒子增加到4個以后,齒輪速度放緩,可能是因為增加的粒子耗盡了過氧化氫燃料,使所有粒子總體速度下降了。 論文合著者、意大利國家研究委員會的羅伯托·迪·萊奧納多說,他們的研究證明了“主動物質”系統(tǒng)中的相互作用,為造出高度可重復、可控制的微機器開辟了新途徑。他們還將探索是否可通過調整過氧化氫濃度來控制微馬達轉速,因為速度可控是將微機器用于芯片實驗室及其他設備的關鍵。 |