可见光驱微纳马达运动机理及集群行为研究

发布时间：2025-07-09 06:01

　　微纳马达是一种能将外部环境能量（光能、热能、化学能、磁场、声能等）转化为自身运动动能的微纳尺度装置。因其具有体积小、推重比高、比表面积大等优势,未来将在生物医疗、微纳传感、环境污染处理、微纳货物运输等领域具有广阔的应用前景。微纳马达的众多驱动方式中,光驱微纳马达因其具有非接触式能量传递、控制简单、驱动效率高等优势,成为了微纳马达方向的研究热点。然而,由于光驱微纳马达驱动机理研究不足,现有光驱微纳马达多只能以紫外光或红外光为驱动源,在特定溶液内运动。由于紫外光在自然光中比例小、毒害性大、且环境适应能力差,极大地限制了光驱微纳马达的应用潜力。同时,由于尺度限制,单个微纳马达负载能力、作用效果等方面受到制约,无法有效在大范围、大尺度下开展微纳马达的应用。因此,针对上述问题,本文以光驱动微纳马达为研究对象,从光驱微纳马达的主要组成部分——半导体与金属的物化特性出发,开展可见光驱动微纳马达驱动机理及集群行为的研究,补充现有理论研究的不足,提高光驱微纳马达的应用潜力。针对氧化物半导体光驱微纳马达,以P型氧化物半导体Cu₂O及N型氧化物半导体Fe₂O

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1典型微纳马达驱动方式

动微纳马达运动。超声驱动是利用超声波的声流效应或声辐射力作用，使非对称微纳米结构产生前后非对称辐射力作用，从而推动自身运动或集群[52-54]。同时，通过超声微纳马达与一些微纳颗粒及细胞的相互作用，可实现一些生物医疗方面的应用[55-57]。典型微纳马达驱动方式如下图1-1所....

图1-2光驱自电泳驱动微纳马达[50,51,64-66]

-5-图1-2光驱自电泳驱动微纳马达[50,51,64-66]Fig.1-2Light-inducedelectrophoresisdrivenmicromotors[50,51,64-66]驱扩散泳微纳马达半导体的光催化分解作用，当其催化分解某种物质时，....

图1-3光驱扩散泳驱动微纳马达[67-70]

哈尔滨工业大学工学博士学位论文ZnO等）的自扩散泳机理进行了研究[69]。该方法通过控制光体局部受到激发，促进半导体局部催化性能，产生局部双氧形成浓度梯度，从而推动微纳马达运动。此外，Zhang等人金后，修饰WO3半导体颗粒，使得该半导体颗粒在光照条件成浓度梯度，产生梯度力....

图1-4光热驱动微纳马达[42,71-73]

第1章绪论球及1064nm的红外光实现了微纳马达的光热驱动。其中，半面Au结激光能量，并将其转化为热能，从而在微纳马达两端形成2K左右的，产生温度梯度流，推动微纳马达运动[42]。而后，He教授及其团队针效应微纳马达开展相关实验及仿真分析，并应用层层自组装技术....

本文编号：4057273