[发明专利]一种基于光热效应的热气泡驱动水平运动装置

说明书

本发明涉及一种基于光热效应的热气泡驱动水平运动装置，通过光照驱动在液体中水平运动，所述热气泡驱动水平运动装置由具有亲水表面的亲水材料体和具有疏水表面的疏水材料体复合组装而成，所述疏水材料体由具有光热转换效应的光热转化材料制成，其表面还经处理形成可束缚气泡的微纳米结构层。与现有技术相比，本发明实现了基于光热效应的热气泡驱动装置的液体中水平运动模式，实现了光能到动能的转换，并且此方法突破了液体中潜浮运动所带来的应用限制，具有广泛的适用范围，可用于药物输运和释放，污水净化等众多领域。

技术领域

本发明属于功能材料新型驱动技术领域，涉及一种基于光热效应的热气泡驱动水平运动装置。

背景技术

实现液体中物体的可控运动对液体环境中物质运输与释放、污水净化、油水分离等领域有着重要的意义。目前，液体中物体的可控运动方式主要以潜浮运动为主，而针对液体中物体的可控水平运动研究较少。同时现有的物体驱动方法对液体环境要求较高，如利用化学反应产生气体对物体进行驱动这一方法只能在特定液体中实现，限制了液体中物体的可控运动的实际应用。

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热气泡驱动水平运动装置，使用光源作为驱动力，同时通过合理选择材料，设计装置结构以及形状，实现了液体中光驱动装置的持续可控水平运动。该方法以光源作为能量来源，无特定液体环境要求，同时不受液体表面张力、粘度、pH等性质的影响，具有广泛的应用范围。

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热气泡驱动水平运动装置，通过光照驱动在液体中水平运动，所述热气泡驱动水平运动装置由具有亲水表面的亲水材料体和具有疏水表面的疏水材料体复合组装而成，所述疏水材料体由具有光热转换效应的光热转化材料制成，其表面还经处理形成可束缚气泡的微纳米结构层。

本发明的装置中，光热转化材料可以采用高效光热转换效应的金属、合金、无机非金属、有机聚合物以及上述复合材料等。亲水材料体可以采用与疏水材料体材质相同的材料制成，也可以换用其他密度大于水的材料，如使用金属块体来配合疏水部分调节整体密度。

进一步的，亲水材料体与疏水材料体的复合程度满足：热气泡驱动水平运动装置的整体密度稍稍大于液体的密度，使得平常状态时，热气泡驱动水平运动装置浸没在液体中，同时，当光照设疏水材料体使得表面束缚微气泡膨胀时，整体密度即会大于液体密度上浮。

疏水材料体与亲水材料体的重量与形状满足：整个装置静置浸没在液体中时，两者不会呈垂直状态。进一步的，所述疏水材料体在亲水材料体侧部对称布置有若干块，使得两者可以呈水平状态静置浸没在液体中，这样，更利于整个装置水平运动的实现。

进一步的，所述微纳米结构层为其表面不被液体润湿的微纳米尺度的阵列式的孔、圆柱、圆锥、片状结构或球状结构。整个装置在运动过程中，微纳米结构层束缚的微气泡保持附着在其表面。

进一步的，所述疏水材料体的疏水表面通过附着疏水材料制成。

更进一步的，疏水材料附着在疏水材料体的方式为浸泡，浸渍，雾化喷涂，化学气相沉积，物理气相沉积或原位合成。

进一步的，亲水材料体与疏水材料体复合组装后，两者固有特性不被破坏。

进一步的，亲水材料体与疏水材料体复合组装的方式为粘接或咬合，包括表面特定形状的咬合及锁定、通过外加物质如胶体对两者进行粘接或外加特定形状的金属或非金属对两者进行连接、通过热处理或化学方法对两者进行连接及固定等，但不破坏两者固有的特性。

进一步的，液体为水或含水的混合溶液等，包括纯水、纯水与其他物质的混合溶液，如海水等，以及具有不同特性如温度、pH值等的纯水与其他物质的混合溶液。