[發明專利]一種軟凝膠自驅動微型馬達及其制備方法

有效

• 申請號: 201610175651.3
• 申請日: 2016-03-27
• 公開（公告）號: CN105693923B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 王朝陽;王薈
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08F220/56
• 分類號: C08F220/56;C08F222/38;C08F220/06;C08J7/04;C08F220/54;B01J32/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及智能高分子材料領域，具體涉及一種軟凝膠自驅動微型馬達及其制備方法。

背景技術

開發新型自驅動微型馬達并探索其在實際生產中的多種應用是目前的一個研究熱點。微型馬達大多數是通過催化過氧化氫產生氧氣，利用氧氣泡推動自身前行，從而得到可在含有過氧化氫的溶液中游動的微型裝置。不同推進機理的微型馬達已經在藥物和蛋白的運輸、去油、生物解毒以及水處理等方面有了許多應用的探索。然而，使其真正應用于實際環境時，這些微型馬達仍然有一些不可避免的缺點。首先，現有的微型馬達的制造多采用電化學沉積法，粒子束噴射法，這些制造方法相對復雜，設備要求較高，高昂的制造成本對其在工業上的應用（比如水處理）造成一定的限制。其次，由于現有的微馬達的尺寸較小，使得對其進行進一步的修飾和改進變得更加困難，因而對其功能化以及功能的集成化造成了制約。第三，納米馬達由于其尺寸的限制，在運動中想要克服布朗湍流的影響進行牛頓運動也比較困難。第四，現有的微型馬達大多是基于對一些無機顆粒進行修飾和改性得到的，屬于剛性馬達，剛性馬達不會在外力作用下產生屈服，不足以應對外界環境變化從而保持運動狀態。

發明內容

本發明的首要目的在于克服現有微型馬達在實際應用方面的缺點與不足，提供一種軟凝膠自驅動微型馬達。該馬達是通過對軟凝膠進行功能化以及功能集成化，得到的一種具有良好驅動能力、可實現多種功能并且可重復使用的軟馬達；該微型馬達的制備無需借助一些高能耗的實驗設備，只需要采用簡單的注射方式即可完成驅動所需催化劑的負載過程。

本發明的另一目的在于提供上述一種軟凝膠自驅動微型馬達的制備方法，該方法工藝簡單，設備要求較低，適用于工業化生產，具有良好的工業化應用前景。

本發明的目的通過以下技術方案實現。

一種軟凝膠自驅動微型馬達，該軟凝膠自驅動微型馬達采用了親水性的軟凝膠作為馬達制造的基體材料；在馬達自驅動所需催化劑的負載過程中，利用了水凝膠自身的親水性，采用簡單的注射方法來完成催化劑的負載；利用了高錳酸鉀和過氧化氫之間的化學反應作為微型馬達驅動力的來源。

上述的一種軟凝膠自驅動微型馬達的制備方法，包括以下步驟：

(1) 取一定量的水凝膠的單體，將其分散在水中，得單體溶液；通氮氣除氧后，加入交聯劑、引發劑以及催化劑，超聲振蕩均勻。然后將所得溶液置于馬達形狀所對應的模具中并密封，置于室溫下反應10～20小時，即得符合馬達形狀需求的水凝膠。

(2) 將該水凝膠表面進行均勻的高真空硅脂涂覆處理，留下催化劑負載面不做處理。

(3) 將步驟 (2)處理過的水凝膠平置，使水凝膠未涂覆高真空硅脂的一面向上。把一定量的催化劑水溶液，注射到水凝膠的上表面，將其置于暗室10～20 min，待催化劑溶液被水凝膠完全吸收，即得到軟凝膠自驅動微型馬達。

上述的基于軟凝膠的微型馬達的自驅動過程，是將其放入過氧化氫溶液中來實現的。

進一步地，步驟 (1) 所述的水凝膠的單體是指一類水溶性的單體，其通過原位聚合法可得到水凝膠。水凝膠的單體具體為丙烯酰胺、丙烯酸、異丙基丙烯酰胺等中的一種或者幾種。單體溶液的固含量一般為 8 wt%～25 wt%，優選為15 wt%～25 wt%。

進一步地，步驟 (1) 所述交聯劑可為物理交聯劑或者化學交聯劑，優選為化學交聯劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，化學交聯劑中N,N-亞甲基雙丙烯酰胺相對于單體的質量為0.025 wt%～0.125 wt%，優選為0.025 wt%～0.05 wt%。

進一步地，步驟 (1) 所述的引發劑為過硫酸銨或者過硫酸鉀，催化劑為四甲基乙二胺。引發劑相對于單體的質量為0.25 wt%～0.5 wt%，催化劑相對于單體的質量為1 wt%～2 wt%。

進一步地，步驟 (1) 所述的模具形狀可以根據馬達的設計需求來決定，優選為柱狀，所得到的微型馬達最大長度的范圍為1～20 mm，優選為3～10 mm。

進一步地，步驟 (3) 所述的催化劑是指一些水溶性的、可與過氧化氫反應產生氣體的物質，優選為高錳酸鉀。高錳酸鉀溶液的濃度為4.3～6.3 g/mL。

進一步地，步驟 (3) 所述的注射方式優選采用移液槍準確移取一定量的催化劑溶液。催化劑溶液的移取量與其作用面積相對應，也會影響最終的馬達運動速度，催化劑溶液的移取量相對于作用面積的優選范圍為0.8～2 μL/mm²。

本發明相對于現有技術具有以下優點及技術效果：