[发明专利]一种非旋转轴对称碗状双面神微纳米马达及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种非旋转轴对称碗状双面神微纳米马达及其制备方法和应用。该非旋转轴对称碗状双面神微纳米马达，具有中空碗状结构和双面神组成，有且只有一个反射平面，具有非旋转对称的特点。其制备为：将中空球状双面神粒子在液体1中分散，使液体1充满粒子，干燥即可；或者将充满液体1的粒子再置于液体2中分散，通过搅拌或干燥或搅拌和干燥两者结合得到微纳米马达，其中：所述液体1为乙醇、水或聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液；所述液体2为乙醇或水，两者不相同。所得微纳米马达可通过调控双面神组成，在微观尺度下实现多种机理驱动，在增强液体混合与传质方面有广泛的应用前景，且其制备简单，具有较好的普适性和可重复性。

技术领域

本发明属于微纳米马达技术领域，具体涉及一种非旋转轴对称碗状双面神微纳米马达及其制备方法和应用。

背景技术

微纳米马达的是一种能够将环境中其他形式能量(化学能、光能、电能、磁能等)转化成自身动能的活性微纳米器件，在生物医学、环境净化、微纳加工等领域有着广泛的应用前景。微纳米马达的运动行为高度依赖于其周围非对称场的构建，主要源于其自身结构或组成的不对称性以及非对称外场诱导的非对称反应。因此，同时具有结构和组成多重不对称性(非旋转轴对称性)的微纳米粒子有可能赋予马达更为复杂的运动模式和增强的驱动力，从而在液体环境的混合与传质的相关应用中表现出增强的性能。

近年来，通过微纳米马达结构设计调控其运动行为的研究已经取得了重要进展。《美国化学会志》杂志(Journal of American Chemical Society,2020年,5期,142卷,2213页)报道了一种具有不同端面直径的Au/ZnO双联六棱棒状微米马达，该马达以双氧水为燃料，在紫外光照射下表现出一种集平动和转动于一身的多模运动行为。但是目前这种具有非旋转轴对称性的材料主要采用水热合成结合电化学沉积方法获得，制备过程较为繁琐且产量不高，导致其在实际应用中受到限制。

发明内容

本发明目的在于提供一种非旋转轴对称碗状双面神微纳米马达及其制备方法和应用，该微纳米马达可以通过调控双面神组成，在微观尺寸下实现多种机理驱动，制备方法简单，具有较好的普适性和可重复性，能广泛应用于非旋转轴对称碗状微纳米结构的制备。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种非旋转轴对称碗状双面神微纳米马达，具有中空碗状结构和双面神组成，其有且只有一个反射平面，具有非旋转对称的特点。

按上述方案，所述非旋转轴对称碗状双面神微纳米马达为中空球状双面神粒子在不同物质组成交界处发生塌陷所得。

按上述方案，所述中空球状双面神粒子包括中空球状基体和所述基体表面的半包覆层，其中所述中空球状基体粒径为1-1.2μm，所述半包覆层厚度为15-30nm。

按上述方案，所述中空球状基体物质为聚合物，所述半包覆层为金属或非金属氧化物。

按上述方案，所述聚合物为聚苯乙烯，所述金属为Au、Ag和Pt中的任意一种，所述非金属氧化物为SiO₂和TiO₂中任意一种。

按上述方案，所述半包覆层包覆在所述中空球状基体表面的方式为磁控溅射。

提供上述非旋转轴对称碗状双面神微纳米马达的制备方法，具体包括以下步骤：

将中空球状双面神粒子在液体1中分散，使液体1充满中空球状双面神粒子，然后将双面神粒子干燥即可；或者将充满液体1的中空球状双面神粒子再置于液体2中分散，通过搅拌或干燥或搅拌和干燥两者结合得到，其中：所述液体1为乙醇、水或聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液；所述液体2为乙醇或水，所述液体1和液体2不相同。优选地，所述搅拌为磁力搅拌。

按上述方案，所述的中空球状双面神粒子为中空球状基体通过磁控溅射半包覆溅射层制备得到。