[發明專利]一種基于液態金屬的磁控馬達、制造方法及其應用

有效

• 申請號: 201510543961.1
• 申請日: 2015-08-28
• 公開（公告）號: CN105071688B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 張潔;劉靜
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;G01N35/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明涉及流體機械領域，具體涉及一種基于液態金屬的磁控馬達、制造方法及其應用。

背景技術

微小物體的運動在未來的工業、環境治理以及生物醫學應用等領域有著極大的應用前景。現在主要研究的應用主要集中在藥物遞送、傳感檢測等方面，如有研究利用微小物體的自驅動運動進行捕獲與分離腫瘤細胞，也有研究將微小物體的表面進行化學修飾，標記抗體，進行抗原檢測，或者標記含有ATP與α-凝血酶的配體，使其具有選擇性裝載蛋白，然后運動至靶向位置進行釋放。這些微小物體的運動使得其相應的應用不再完全限于空間某一位置，因而更具實際意義。

近年來，多種驅動微小物體的運動方式已被廣泛研究，如采用電場、磁場、光、超聲、溫度梯度等方法進行驅動或控制運動。這些運動依靠外界供能，部分能量轉化為動能，因而其運動具有很好的可控性，自損耗性相對較小，壽命得以延長。但是，這些微小物體的運動必須在外部能量供應器械存在的情況下才能實現，而這些能量供應器械的存在使得整個運動實現體系所需空間增大。再者，用外部能量供應的方式驅動微小物體的運動，會限制微小物體運動應用范圍。如若想應用拓展到生物體上，所引入的電場強度不能過大，否則易誘發不安全因素，但不夠強的電場又可能無法驅動微小物體的運動。再如，采用光來觸發或實現微小的物體的運動，則需考慮若光無法直射或者沿程衰減的情景，進而也限制其應用范圍。綜合考慮，采用磁場或者超聲等方式為微小物體的運動提供能量，是一種較為穩妥的方法，可得微小物體的運動具有更好的實用性。

除了上述靠外部能量供應來實現微小物體的驅動運動外，現在很多研究開始聚焦于微納尺度下的人工合成馬達(也有稱之為微型發動機、微型機器、微型運輸機等等)，此類馬達可以自驅動運動，即不再需要外部的能量供應即可運動。現今研究出的各種自驅動馬達，仍有許多方面需要加以改進，才能提升或擴展其應用價值。比如，許多的自驅動運動的可控性不高，多為隨機運動，因而運動軌跡定向性不好，使得馬達不能按需到達目標位置。此外，微納尺度下的馬達的運動速度雖相對于其自身體長而言足夠快，但是，其實際相對于宏觀環境而言卻很小，多在微米量級。因而，在長距離的運輸方面則會有耗時過長或壽命不足等問題。再者，馬達的大小在微納尺度下，則其攜載能源物質的能力非常有限，進而其運動壽命很短，多為幾秒鐘到幾分鐘，這使得其能完成的使命都是簡單而短暫的，而對于復雜度稍高的任務則無用武之地。

為解決上述微小物體的運動或自驅動運動所面臨的各種問題，一方面考慮將物體尺寸增大，另一方面采用外加磁場進行控制是較為科學的辦法。其中，增加物體的尺寸，可以增強其供能原料的攜載能力，可以解決其壽命短以及絕對運動速度低等問題。而外磁場不僅可以驅動其運動，還可以采用外磁場控制自驅動運動的軌跡或起止，可以解決自驅動運動的可控性問題，而且磁場可在微小物體自驅動運動耗完能源材料后驅動其繼續運動，最終完成任務。

因而，若能實現微小物體即可自驅動運動，又可通過外磁場來進行控制或驅動，則將拓展微小物體運動的范圍，更具有實際意義。本發明則提出一種可行的磁控基于液態金屬的馬達的設計方法。并在此基礎上設計一系列相關的實際應用，以增強其實際應用價值。此種小型磁控液態金屬馬達的相關技術從未見于文獻和專利。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供基于液態金屬的磁控馬達、制造方法及其應用，使得馬達的驅動運動在不依賴外界能量的供給的前提下，具有高度可控性，且馬達的設計與控制簡單易行，填補了自體供應能量驅動物體運動可控性的空白，具有極大的自主能動性以及可控性。

為達到這些目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于液態金屬的磁控馬達，包括液態金屬2，電鍍在液態金屬2部分表面的鎳層3。

所述液態金屬2采用在室溫條件下具有流動性的液態金屬或合金材料，包括鎵或鎵銦或鎵銦錫合金，通過不同的配比使其在室溫下呈液體狀態，便于取用，其用量根據需要從10μL～1000μL。

所述部分表面為液態金屬2表面的1/5～1/2。