[發明專利]一種化學能驅動的納米發動機及其提供動力的方法和納米機器人

有效

• 申請號: 201910164094.9
• 申請日: 2019-03-05
• 公開（公告）號: CN111663995B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 孫若為;孫一綺
• 申請（專利權）人: 湖南早晨納米機器人有限公司
• 主分類號: F02B43/10
• 分類號: F02B43/10;F02B43/12
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 藏斌;趙青朵

本發明屬于納米科技領域，尤其涉及一種化學能驅動的納米發動機及其提供動力的方法和納米機器人。本發明提供的納米發動機包括：殼體，殼體內上部為油層，下部為水層；殼體上部設置有開口，開口覆蓋有允許氣體通過的半透膜；和可脫離設置于殼體上部內壁的金屬鈉，金屬鈉的密度＞油層。本發明提供的納米發動機可利用金屬鈉與水反應釋放大量氫氣作為納米發動機的推動力，可以很好的保證裝配有該納米發動機的納米機器人的運動速率。同時，根據鈉元素的化學性質，本發明提供的納米發動機采用不同的液體構建雙層反應空間，通過調整油層和水層的比例，可合理控制鈉與水的反應速率，提高納米發動機運轉過程的安全系數，延長納米發動機的制動時長有效。

技術領域

本發明屬于納米科技領域，尤其涉及一種化學能驅動的納米發動機及其提供動力的方法和納米機器人。

背景技術

納米機器人是人們進軍微觀領域后最熱門的研究之一，納米機器人的興起將會為人類提供極大的便利，解決大量的醫學難題。為了給納米機器人的運動供給足夠的動能，保障其安全穩定的運動，人們從物理化學等多個領域對其關鍵部件—納米發動機進行了探索。

目前，國內外微型納米發動機的驅動方面的研究主要有化學能驅動、外部場驅動、激光供能等方式。其中激光供能是利用激光對納米發動機進行加熱，利用聚合物中包裹的金屬離子聚集和分解過程中存儲和釋放能量的原理為納米機器人提供動能，但能量的釋放無法進行合理地控制，無法保障納米機器人的運動速率。因此，科學家們想到了利用化學反應產生氣體來推動納米機器人的運動，在利用化學能轉化為動能的過程中，化學物質、催化劑以及反應環境有各種各樣的選擇。目前多數采用在電解質溶液中發生氧化還原反應來產生無毒氣體，利用氣體釋放的反沖原理來獲得前進的動能。

目前一種納米發動機的制備采用陰極電化學反應2H₂O₂＝2H₂O+O₂↑，在高錳酸根離子溶液中分解為水，同時釋放氧氣，在管道型微納米發動機中通過氣體釋放產生向前的推動力，但是由于采用MnO₂作為催化劑，其活性和催化效率有限，因此過氧化氫的分解速率很慢，提供的動能也相對較少，無法保證納米機器人在運動過程中所需的能量。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種化學能驅動的納米發動機及其提供動力的方法和納米機器人，本發明提供的納米發動機可提供充足且穩定的動力。

本發明提供了一種化學能驅動的納米發動機，包括：

殼體，所述殼體內上部為油層，下部為水層；所述殼體上部設置有開口，所述開口覆蓋有允許氣體通過的半透膜；

和可脫離設置于殼體上部內壁的金屬鈉，所述金屬鈉的密度＞所述油層。

優選的，所述殼體沿水平方向的一端為半球形，所述開口設置在與其相對的另一端。

優選的，所述油層和水層的高度比為(7～20)：34。

優選的，所述金屬鈉表面的部分區域覆蓋有鋁箔。

優選的，所述金屬鈉表面包裹有水溶性膜。

優選的，所述金屬鈉通過可熱脫粘的粘合劑粘附在所述殼體上部內壁。

優選的，所述油層為煤油層。

本發明提供了一種化學能驅動的納米發動機提供動力的方法，包括以下步驟：

a)提供上述技術方案所述的納米發動機；

b)將所述金屬鈉從所述納米發動機的殼體上部內壁脫離；

c)脫離后的金屬鈉與所述水層接觸反應，反應產生的氫氣從所述納米發動機的殼體開口處釋放，提供推動力。

優選的，步驟a)中，納米發動機內，所述金屬鈉通過可熱脫粘的粘合劑粘附在所述殼體上部內壁；