中國科大制成高性能自驅動水凝膠微馬達

　　中國科學技術大學工程科學學院微納米工程實驗室教授吳東、褚家如課題組，基于數字微鏡陣列（DMD）系統，利用激光光場調制技術，制造出一種新穎的高性能自驅動水凝膠微馬達，為微型旋轉機械的設計與制造開拓了新方向。該研究成果日前發表于《自然-通訊》。

　　自驅動現象在自然界中無處不在，例如，當突眼隱翅蟲被風吹落到水面上時，它會在其尾部分泌表面活性劑，將自己快速推回岸邊。這種自驅動現象是由表面張力梯度引起，被稱為馬蘭戈尼效應。

　　受此啟發，研究人員基于DMD的激光光場調制技術，利用水凝膠和表面活性劑，設計并加工出具有非對稱孔隙微結構和三次樣條曲線外形的自驅動微馬達。該自驅動微馬達也能如同突眼隱翅蟲一般，在自身周圍緩慢分泌表面活性劑，調節周圍表面張力分布，從而驅動自身高速轉動。

　　該研究中的自驅動微馬達相比現有報道中類似體系的工作在性能上得到極大提升，在轉動輸出上提高了15倍，在燃料效率上提高了34%。

　　此外，研究人員進一步探索了自驅動微馬達的應用前景。研究人員進一步將自驅動微馬達應用于微型發電機中，通過帶動磁鐵在線圈中運動，從而產生感應電壓，在通過二極管整流和電容儲能升壓之后，產生的電能可以點亮LED燈。

　　為了更好地控制自驅動微馬達的運動行為，研究人員在微馬達中摻雜了納米鐵粉，通過不同的磁場，實現了對微馬達自驅動行為的精準控制。例如，通過條形磁鐵可以實現微馬達的啟停控制；通過圓柱形磁鐵可以實現微馬達的自轉/公轉切換控制。此外，這種磁控行為還可以作用于多個微馬達，使其沿著同一或不同半徑的軌道進行公轉。