[发明专利]一种基于光热效应的气泡可控驱动装置和方法

说明书

本发明涉及一种基于光热效应的气泡可控驱动装置和方法，所述的驱动方法包括以下步骤：(1)采用具有高效电磁波吸收特性的光热转换材料置于液体界面；(2)再对光热转换材料施加入射电磁波，使得光热转换材料瞬时局部高温并气化产生气泡，通过气泡炸裂喷射产生驱动光热转换材料移动的推动力，使得光热转换材料在液体表面运动；(3)运动过程中，改变入射电磁波的照射在光热转换材料的位置，控制光热转换材料在液体表面沿设定方向移动。与现有技术相比，本发明实现了基于光热效应的气泡可控驱动，实现了材料吸收外界光能转换为自身动能的过程等。

技术领域

本发明涉及一种功能材料的驱动新方法，尤其是涉及一种基于光热效应的气泡可控驱动装置和方法。

背景技术

利用液体蒸发产生蒸汽从而推动物体运动一直是工业获取动力的主要方式之一，然而由于其自身的特性使得能量转化效率不高。一方面，在现有的蒸汽驱动方式中，主要是通过蒸发产生的蒸汽推动蒸汽机的运转实现物体的运动后者推动汽轮机运动产生电能，依靠电能驱动机械运动实现驱动。在这些转化过程中，大量能量耗散，利用效率低下。另外一方面，基于光热效应的蒸发产生的蒸汽大多消散于空气中，难以收集，限制了蒸汽的其他应用。本发明基于现有蒸汽驱动的缺陷提出了一种新型的无污染的基于光热效应的气泡可控驱动方式。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于光热效应的气泡可控驱动装置和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于光热效应的气泡可控驱动装置，包括具有高效电磁波吸收特性并置于液体界面上的光热转换材料。

优选的，所述的具有高效电磁波吸收特性的光热转换材料选自有机材料、无机材料或复合材料，其中，无机材料选用等离子纳米金属颗粒、碳材料或硅材料，有机材料选用染料，复合材料为无机-无机复合材料、无机-有机复合材料或有机-有机复合材料。

优选的，所述的具有高效电磁波吸收特性的光热转换材料还可以采用由衬底材料和具有高效电磁波吸收特性材料组成的双层膜结构。

优选的，所述的光热转换材料置于液体界面的方式为：使光热转换材料密度小于所用液体，或在光热转换材料下方采用低于液体密度的轻质材料托举。

优选的，所述的液体为水、水溶液、有机液体或含有表面活性剂的混合液体。产生的推动力由气泡炸裂、气泡喷射或蒸汽喷射提供。其中气泡可以是纯溶液汽化产生或溶液中溶质如表面活性剂协助产生。

优选的，所述的光热转换材料为圆形、方形、三角形、燕尾型或其组合等，也可以是其他多边形或各种形状的组合体。其形状不限于二维，也包括一维和三维的形状和结构。

一种基于光热效应的气泡可控驱动方法，包括以下步骤：

(1)采用具有高效电磁波吸收特性的光热转换材料置于液体界面；

(2)再对光热转换材料施加入射电磁波，使得光热转换材料瞬时局部高温并气化产生气泡，通过气泡炸裂喷射产生驱动光热转换材料移动的推动力，使得光热转换材料在液体表面运动；

(3)运动过程中，改变入射电磁波的照射在光热转换材料的位置，控制光热转换材料在液体表面沿设定方向移动。

优选的，改变入射电磁波照射在光热转换材料上的位置的方式包括改变入射电磁波源方向、改变光热转换材料方向或通过配件改变入射电磁波传输方向。

优选的，所述的入射电磁波包括激光波、紫外光波、可见光波、红外光波或微波，其被光热转换材料的吸收方式为本征吸收与等离激元共振效应吸收中的一种或两种。

优选的，所述的液体与光热转换材料的性质要求满足：光热转换材料吸收入射电磁波后能转换成达到或超过液体沸点的热能，从而使得在光热转换材料与液体的界面处产生气泡。