設計并驅動(dòng)微納米結構表面實(shí)現物體的定向輸運在微電子、生物醫藥及防污自清潔等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。在這些應用領(lǐng)域中，提高定向輸運的速度能進(jìn)一步提高輸運效率。此外，通過(guò)對微結構和驅動(dòng)方式的創(chuàng )新性設計，實(shí)現對多種不同形狀的物體在不同環(huán)境中的定向輸運也具有重要意義。

近日，北京理工大學(xué)*結構技術(shù)研究院陳少華教授課題組提出了一種通過(guò)磁場(chǎng)控制微結構表面快速輸運固體物塊的方法。該方法能夠對厘米級的固體物塊進(jìn)行快速定向輸運，其輸運速率相對于已有文獻中的輸運速率有大幅度的提升。微結構表面主要由磁響應微板陣列結構和純PDMS基底組成，單個(gè)微板高度為950微米，厚度為150微米。該研究結合微尺度3D打印技術(shù)制備實(shí)驗樣件，所使用的3D打印設備（nanoArch S140，摩方精密）的光學(xué)精度為10μm，能實(shí)現94×52×45mm大小的三維加工尺寸?；谠撛O備加工了板狀微結構陣列，并通過(guò)倒模制備出含有磁顆粒的PDMS微結構試樣，然后通過(guò)磁場(chǎng)控制微結構的變形儲能以及能量的快速釋放，實(shí)現定向輸運的功能。該成果以“Directional Transportation on Microplate-Arrayed Surfaces Driven via a Magnetic Field"為題發(fā)表于國際期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。該工作由北京理工大學(xué)*結構技術(shù)研究院李程浩博士作為第一作者完成。

圖1.微結構制備及實(shí)驗裝置示意圖

圖2.固體物塊定向輸運及驅動(dòng)過(guò)程分析

圖3.通過(guò)磁場(chǎng)控制微結構表面實(shí)現不同形狀物體的定向輸運，及不同重量物體的篩選分離（空氣環(huán)境和水下）

    該研究提出了一種通過(guò)磁場(chǎng)控制微結構表面快速輸運固體物塊的方法，并揭示了輸運機理：通過(guò)磁場(chǎng)控制微結構變形儲存彈性能，然后通過(guò)控制微結構逐個(gè)回彈，使得儲存在微結構中的彈性能依次快速釋放，并驅動(dòng)物體連續向前運動(dòng)，以此實(shí)現固體物塊的快速定向輸運。此方法具有廣泛的適用性，能夠在空氣和水環(huán)境中同時(shí)輸運不同形狀的物塊，且能夠較好控制輸運速度，對于更加智能甚至編程化的定向輸運技術(shù)具有重要意義。