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如何逆流而上?一个答案是“倾斜”——摇摆伊娃朗格利亚不定

纳米技术 2022-01-29 23:58:12

纽约大学 由铂和金制成的微米大小的纳米马达,在含有过氧化氢的气流(通道壁上的大箭头)中自行推进

流体分子的随机热抖动干扰了马达的运动,但长黄金马达(牵引装置)仍然保持相对直线的轨迹,因为其更陡的倾斜有助于它更容易与气流对齐,从而向上游移动

学分:博士

颜 一组科学家的新研究显示,逆流而上,包括先向前向下倾斜,然后沿着表面移动,他们创造了“纳米马达”来揭示这种在这种条件下有效的运动方式

它的发现和这些微型马达的创造为流体运动的本质提供了新的见解,并对工程学产生了影响

“这些纳米马达不仅帮助我们更好地理解在我们不容易看到的微小尺度上逆着气流运动的本质,而且可能是在微观世界开发智能材料和机器人系统的第一步,”纽约大学物理学和数学教授、该论文的合著者张军说,该论文发表在《物理评论快报》杂志上

“虽然运动的这种效应早已为人所知,但我们的工作为它提供了一个全面的解释,这增强了我们对这种广泛动态的理解,”合著者、NYU大学数学科学学院教授迈克尔·雪莱补充道

研究人员还包括昆汀·布罗索,他是NYU库兰特研究所的博士后研究员,也是该论文的第一作者,他们聚焦于一个先前发现的现象——流变——一种涉及向上游或流入水流方向改变的运动

然而,缺乏对流变特性的详细解释

为了充分理解这一过程,科学家们创造了由两种金属——铂和金(铂/金)组成的纳米马达

谢莉,张,同时也是大学的教授,和他们的同事先前已经创造了这些纳米马达的一个更基本的版本,它小于人类头发的宽度

在NYU化学系分子设计研究所制造的《物理评论快报》中描述的马达更先进;研究人员改变了这些金属的比例,以改变它们的运动——在一些模型中,成分是均匀分布的,而另一些模型中金与铂的比例为3:1,或者铂与金的比例为3:1

当放入水中时,以过氧化氢稀释物作为化学燃料,纳米马达可以游动——铂端总是作为头部

然而,这些马达有不同的“倾斜”,这取决于它们的组成

主要由黄金组成的被称为“拉车者”,而主要由白金组成的被称为“推车者”

“拉车的人倾向于翘起尾巴移动(明显的倾斜),而推车的人保持相对平坦

当逆水行舟时,这种差异是显著的

当倾斜度较大时(拉力),尾巴更容易受到迎面而来的气流的影响,气流抓住尾巴并转动马达——类似于风转动风向标的方式

因此,马达的前部面向水流,之后马达继续向前,现在逆着水流运动

相比之下,如果马达没有倾斜(推进器),水流就不能抓住它的尾巴,让它绕着水流旋转——因此,它不太可能对迎面而来的水流做出反应

“这种合成系统模仿自然微生物,如大肠杆菌

布鲁索观察到,大肠杆菌在流动,并提供了一种预测它们通过人体的途径的方法

“了解污染过程和设计用于靶向给药的智能材料至关重要

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