[發(fā)明專利]一種基于光熱效應(yīng)的熱氣泡驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910086383.1
• 申請(qǐng)日: 2019-01-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109665585B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 欒添;宋成軼;孟凡臣;郝偉;喬一鳴;王心語(yǔ);陶鵬;尚文;鄧濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/00
• 分類號(hào): C02F1/00;B01D17/035
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發(fā)明涉及一種基于光熱效應(yīng)的熱氣泡驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)裝置，通過(guò)光照驅(qū)動(dòng)在液體中水平運(yùn)動(dòng)，所述熱氣泡驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)裝置由具有親水表面的親水材料體和具有疏水表面的疏水材料體復(fù)合組裝而成，所述疏水材料體由具有光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)的光熱轉(zhuǎn)化材料制成，其表面還經(jīng)處理形成可束縛氣泡的微納米結(jié)構(gòu)層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了基于光熱效應(yīng)的熱氣泡驅(qū)動(dòng)裝置的液體中水平運(yùn)動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)了光能到動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，并且此方法突破了液體中潛浮運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的應(yīng)用限制，具有廣泛的適用范圍，可用于藥物輸運(yùn)和釋放，污水凈化等眾多領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能材料新型驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于光熱效應(yīng)的熱氣泡驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)裝置。

背景技術(shù)

實(shí)現(xiàn)液體中物體的可控運(yùn)動(dòng)對(duì)液體環(huán)境中物質(zhì)運(yùn)輸與釋放、污水凈化、油水分離等領(lǐng)域有著重要的意義。目前，液體中物體的可控運(yùn)動(dòng)方式主要以潛浮運(yùn)動(dòng)為主，而針對(duì)液體中物體的可控水平運(yùn)動(dòng)研究較少。同時(shí)現(xiàn)有的物體驅(qū)動(dòng)方法對(duì)液體環(huán)境要求較高，如利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體對(duì)物體進(jìn)行驅(qū)動(dòng)這一方法只能在特定液體中實(shí)現(xiàn)，限制了液體中物體的可控運(yùn)動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于光熱效應(yīng)的熱氣泡驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)裝置，使用光源作為驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)通過(guò)合理選擇材料，設(shè)計(jì)裝置結(jié)構(gòu)以及形狀，實(shí)現(xiàn)了液體中光驅(qū)動(dòng)裝置的持續(xù)可控水平運(yùn)動(dòng)。該方法以光源作為能量來(lái)源，無(wú)特定液體環(huán)境要求，同時(shí)不受液體表面張力、粘度、pH等性質(zhì)的影響，具有廣泛的應(yīng)用范圍。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種基于光熱效應(yīng)的熱氣泡驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)裝置，通過(guò)光照驅(qū)動(dòng)在液體中水平運(yùn)動(dòng)，所述熱氣泡驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)裝置由具有親水表面的親水材料體和具有疏水表面的疏水材料體復(fù)合組裝而成，所述疏水材料體由具有光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)的光熱轉(zhuǎn)化材料制成，其表面還經(jīng)處理形成可束縛氣泡的微納米結(jié)構(gòu)層。

本發(fā)明的裝置中，光熱轉(zhuǎn)化材料可以采用高效光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)的金屬、合金、無(wú)機(jī)非金屬、有機(jī)聚合物以及上述復(fù)合材料等。親水材料體可以采用與疏水材料體材質(zhì)相同的材料制成，也可以換用其他密度大于水的材料，如使用金屬塊體來(lái)配合疏水部分調(diào)節(jié)整體密度。

進(jìn)一步的，親水材料體與疏水材料體的復(fù)合程度滿足：熱氣泡驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)裝置的整體密度稍稍大于液體的密度，使得平常狀態(tài)時(shí)，熱氣泡驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)裝置浸沒(méi)在液體中，同時(shí)，當(dāng)光照設(shè)疏水材料體使得表面束縛微氣泡膨脹時(shí)，整體密度即會(huì)大于液體密度上浮。

疏水材料體與親水材料體的重量與形狀滿足：整個(gè)裝置靜置浸沒(méi)在液體中時(shí)，兩者不會(huì)呈垂直狀態(tài)。進(jìn)一步的，所述疏水材料體在親水材料體側(cè)部對(duì)稱布置有若干塊，使得兩者可以呈水平狀態(tài)靜置浸沒(méi)在液體中，這樣，更利于整個(gè)裝置水平運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步的，所述微納米結(jié)構(gòu)層為其表面不被液體潤(rùn)濕的微納米尺度的陣列式的孔、圓柱、圓錐、片狀結(jié)構(gòu)或球狀結(jié)構(gòu)。整個(gè)裝置在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，微納米結(jié)構(gòu)層束縛的微氣泡保持附著在其表面。

進(jìn)一步的，所述疏水材料體的疏水表面通過(guò)附著疏水材料制成。

更進(jìn)一步的，疏水材料附著在疏水材料體的方式為浸泡，浸漬，霧化噴涂，化學(xué)氣相沉積，物理氣相沉積或原位合成。

進(jìn)一步的，親水材料體與疏水材料體復(fù)合組裝后，兩者固有特性不被破壞。

進(jìn)一步的，親水材料體與疏水材料體復(fù)合組裝的方式為粘接或咬合，包括表面特定形狀的咬合及鎖定、通過(guò)外加物質(zhì)如膠體對(duì)兩者進(jìn)行粘接或外加特定形狀的金屬或非金屬對(duì)兩者進(jìn)行連接、通過(guò)熱處理或化學(xué)方法對(duì)兩者進(jìn)行連接及固定等，但不破壞兩者固有的特性。

進(jìn)一步的，液體為水或含水的混合溶液等，包括純水、純水與其他物質(zhì)的混合溶液，如海水等，以及具有不同特性如溫度、pH值等的純水與其他物質(zhì)的混合溶液。