[发明专利]一种自驱动型液态金属机器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及自动供应能量驱动运动技术领域，具体涉及一种自驱动型液态金属机器及其应用。

背景技术

自动驱动微型机器有着广阔且诱人的应用前景，其不需要外部的供能即可完成使命。这样的微型机器也称微型马达或者微型机器人正被广泛加以研究，它们在药物递送、环境治理、离子探测等方面的应用中扮演着极为重要的角色。其中，生物马达通过所摄入的食物合成ATP等生物能量存储单元，然后利用自发分解储能单元产生的能量来维持自身的运动。这一高效的能量转换模式激发了人们设计制作人工合成的自动驱动机器的灵感。现今已有各种人工合成的微型机器相继被研制出，研究者还深入探讨了这类机器的实际应用功能。然而，这些机器仍存在诸多问题需要进一步改进，才可望提升其应用价值。例如，许多现已研制的微型机器虽可以自主运动，但其运动轨迹多为随机的，因此运动的可控性需要提升，以适应实际功能上的需要。此外，微型机器常设计成微纳尺度下的颗粒(多为球形或棒状)以便于减小驱动自身运动所需的动力，但这种纳观尺寸问题会极大的限制了机器携载能量原料的能力，导致其运动寿命一般仅为数秒到数分钟，而寿命过短会使得其只能完成简单易实现的使命，对于需要持续时间稍长或复杂度高一些的任务，则显力不从心。再者，自动驱动的速度与机器的尺寸大小密切相关，而微型机器自动驱动运动的速度相对于自身尺寸来说很快(每秒可达200身长)，但其绝对速度实际上很小，多在几十微米每秒的量级。设想，运动物体前进1m需要一个多小时的时间，必然会丧失很多重要价值。

为解决微型机器所面临的诸多问题，增加机器的尺寸是一种可行的方法。将微纳米尺度下的微型机器尺寸增加到毫米/厘米量级，可以有效解决其运动寿命短及绝对运动速度低的问题。但是，增加机器的尺寸，势必需要增加其驱动力。许多研究采用外部供能的方法，如借助于外电场、电磁场、温度梯度场等将外部能量转化为机械能来提供足够的动力，但是对外部能源的依赖性使小型机器不再具有自主供能驱动的真实意义。

因此，若能实现一种自动驱动机器的装置，将极大拓展小型机器在外部能量不便于介入时的应用范围。本发明提供一种可行的自动驱动机器及其制造方法。在此基础上，本发明设计了一系列相关实际应用，以说明其实际应用价值。这种小型自动驱动机器的相关技术从未见于文献和专利。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种自驱动型液态金属机器及其应用，本发明使得机器的驱动可不再依赖于外界能量的供给，具有广阔的应用前景。

为达到上述目的，本发明采取的主要技术方案如下：

一种自驱动型液态金属机器，包括预设浓度的加热到20-90℃的水溶液1，放置于水溶液1中的液态金属材料2，置于液态金属材料2上的铝片3；使用时，将水溶液1置于驱动对象的通道中或容器中，相应的，将液态金属材料2置于驱动对象的通道的凹槽中或粘附在驱动对象上，铝片3与水溶液1进行电化学腐蚀反应，随着反应的加快，液态金属材料2获得足够的驱动力，即可前行；所述水溶液1采用强电解质离子溶液中的一种或多种溶液的混合，浓度在0.2mol/L～0.5mol/L范围内；所述液态金属材料2采用在室温条件下具有流动性的液态金属或合金材料。这里，值得指出的是，铝片3也可用其他金属材料代替，如锌片等，前提是能与液态金属发生腐蚀反应作用。

所述水溶液1采用NaOH溶液、HCl溶液、Na₂CO₃溶液或NaCl溶液中的一种或多种溶液的混合。

所述液态金属材料2采用镓或镓铟或镓铟锡或镓铟锡锌合金，通过不同的配比使其在室温下呈液体状态。

所述驱动对象的通道包括环形通道，U形通道，Z形通道，Y形通道或直形通道。

所述的自驱动型液态金属机器应用于驱动小型转子运动，将水溶液1倒入容器中，并将小型转子置于容器中，在小型转子主体部分辐射出的每根辐条末端位置同一侧粘贴一小铜片，将预设量的液态金属材料2滴加在小铜片上，利用液态金属的侵蚀特性，待液态金属材料2附着在铜片上后，将铝片3与液态金属材料2接触，在水溶液1与液态金属材料2的共同作用下，铝片3开始发生化学反应，产生气泡，驱动小型转子的转动。