[發明專利]一種基于微納光纖的空氣環境光力驅動微納馬達系統

有效

• 申請號: 201710300107.1
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107161943B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 盧錦勝;李強;仇旻
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B81B5/00
• 分類號: B81B5/00;B81C3/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開一種基于微納光纖的空氣環境光力驅動微納馬達系統，包括至少一光纖支撐臺，所述光纖支撐臺懸空搭載有兼作定子的微納光纖，非對稱放置在微納光纖上且兼作轉子的微米金屬片；在所述的微納光纖內通入激光，驅動微米金屬片繞微納光纖旋轉。本發明利用光力驅動微納結構，以微納光纖作為定子，以微米金屬片為轉子，提出基于微納光纖的空氣環境光力驅動微納馬達系統，能在空氣中實現光力驅動微米金片繞光纖旋轉運動。

技術領域

本發明涉及光力驅動領域，具體涉及一種基于微納光纖的空氣環境光力驅動微納馬達系統。

背景技術

微納馬達是指在外界化學能、電能、光能、熱能、磁能等能量輸入下，微納米級的器件能夠產生運動，包括轉動、平移、收縮等。微納馬達在未來的微納機械、臨床生物、環境治理等領域具有廣泛的應用。

在人造微納馬達領域的開創工作為Whitesides在《Angewandte ChemieInternational Edition》(應用化學期刊)2002，41：4上發表的“Autonomous Movement andSelf-Assembly”(自主運動和自組裝)，以及Sen和Mallouk在《Journal of the AmericanChemical Society》(美國化學學會雜志)2004，126：41上發表的“Catalytic Nanomotors:Autonomous Movement of Striped Nanorods”(催化型微納馬達：條紋納米棒的自主運動)。前者是過氧化物為燃料的柱狀微納馬達，后者為雙金屬(Pt-Au)或金屬-絕緣體(Pt-SiO₂)微納馬達，兩者都是通過Pt金屬催化過氧化氫將化學能轉換為馬達運動的機械能。此后微納馬達的驅動能量以及結構材料都呈現多樣化發展。驅動方式包括：以HCl、N₂H₄、I₂等為燃料驅動、以紫外光和紅外光的光驅動、以直流電或交流電為能源的電驅動、以及超聲波驅動、磁場驅動等。而微納馬達的結構則包括：Janus球、齒輪狀、螺旋線等。

然而，這些微納馬達都是在溶液中實現的。主要原因是在空氣環境中，微納結構小尺寸效應，短程吸引力如范德瓦耳斯作用力非常大，驅動力難以使微納物體運動，而溶液環境中這種短程吸引力會大大減弱。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種基于微納光纖的空氣環境光力驅動微納馬達系統，即利用非常細的微納光纖作為定子，微米金屬片作為轉子，向微納光纖中通入激光，即可在空氣中用光力驅動微米金屬片繞微納光纖旋轉運動。

本發明具體是通過以下技術方案實現的：

一種基于微納光纖的空氣環境光力驅動微納馬達系統，包括至少一光纖支撐臺，所述光纖支撐臺懸空搭載有兼作定子的微納光纖，非對稱放置在微納光纖上且兼作轉子的微米金屬片；

在所述的微納光纖內通入激光，驅動微米金屬片繞微納光纖旋轉。

在空氣環境中，將微納光纖搭載在光纖支撐臺上，然后將微米金屬片放置在光纖上，放置時微米金屬片與光纖要非對稱。微米金屬片和微納光纖間的短程吸引力使得微米金屬片不會脫離微納光纖。向微納光纖中通入激光，即可驅動微米金屬片繞光纖旋轉，通過改變激光的功率，可以改變金屬片旋轉的速度。

所述的微納光纖是由單模光纖拉細制成，其形狀可以是均勻拉細的或者拉錐狀的，直徑為亞微米量級。

優選的，所述的微納光纖呈U型，兩端搭設在同一光纖支撐臺上，所述微米金屬片放置在微納光纖的中部；或者并列優選的，所述的光纖支撐臺為間隔設置的兩個，微納光纖的兩端分別搭設在兩光纖支撐臺上。

本發明中，光纖支撐臺可以是任意材料和任意形狀的，微納光纖搭載的方式可以是光纖兩端分別搭載在不同的光纖支撐臺上，也可以是光纖兩端搭載在同一個支撐臺上，其最終目的是使得微納光纖懸空。