Adv. Mater. 武漢理工大學：光控各向異性半導體微電機

【引言】

自推進人工微米納米馬達吸引了越來越多的人的興趣，但是各研究人員面臨的一個極具挑戰性的瓶頸問題就是運動方向以及速度的非可控性。由于受到自然界中生物趨光性的現象的啟發，研究人員論證了一種智能光敏納米馬達，該馬達具有正向或者反向的趨光性類似于光敏微生物。

【研究成果】

近日武漢理工大學官建國教授，張清杰教授（共同通訊作者）率領的研究團隊通過利用入射光受限的射入深度以及半導體的光敏特性，該團隊論證了微米/納米馬達可以有準確的光控運動速度以及運動方向。在一束光的刺激下，該微米/納米馬達會產生一定濃度梯度的光催化產物，這些產物的空間分布受到入射光方向控制，但是不受自身旋轉的影響。這使得其具有一些顯著的性能包括由光誘導在馬達表面的反應所造成的運動的方向性即正向或者負向的仿生趨光性。這樣該團隊開發的微米馬達就可以在較高的時空分辨率中用來運送納米貨物。探索出了一種新型的制備結構簡單，方向可控的生物微米納米馬達。

【圖文導讀】

圖一：TiO2微米馬達負趨光性

（a）直徑1.2 μm的微米馬達的UV坐標示意圖；

（b）X方向以及Y方向光源的開關周期；

（c）TiO2微米馬達以0.001 wt% H2O2水溶液為燃料的運動軌跡以及其所對應的時間。

圖二：在有限入射光下的TiO2微米球形馬達趨光性的機理論證

（a）各向同性TiO2微米馬達線性趨光性的示意圖， 為入射光與法線之間的夾角；

（b）在不同的輻照時間間隔下，TiO2微米馬達周圍O2的濃度。

圖三：具有不同直徑的微米馬達的運動行為以及直徑0.4μm馬達周圍氧氣的濃度的數值模擬

（a）在不同直徑下，TiO2微米馬達典型的運動軌跡；

（b）直徑0.4μm馬達周圍模擬產物濃度分布。

圖四：在不同入射光角度下，TiO2微米馬達的運動行為以及產物分布

（a）在不同入射光角度下，TiO2微米馬達的運動軌跡；

（b、c）在 為47o以及0o下，TiO2微米馬達周圍的產物濃度模擬；

（d）沿著X軸方向，不同 下的模擬凈濃度梯度。

圖五：Ag3PO4、 ZnO、 CdS微米馬達在有限入射光下的趨光性

（a）Ag3PO4、 ZnO、 CdS微米馬達在X-Y平面上的位移；

（b）ZnO正趨光性示意圖。

圖六：TiO2操縱粒子運動的光學圖像

圖中TiO2馬達直徑3.5μm，三個納米粒子直徑1μm，在0.66 wt% H2O2水溶液中，微米馬達把納米粒子運送到一起。

文獻鏈接：Light-Steered Isotropic Semiconductor Micromotors（Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma. 201603374）

本文由材料人編輯部電子電工學術組seeding供稿，材料牛編輯整理。

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