自驅(qū)動(dòng)微/納米馬達(dá)是一種能夠?qū)⒒瘜W(xué)能、光能、熱能等能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能從而實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)動(dòng)的微/納米尺度自主裝置。近年來(lái),微/納米馬達(dá)發(fā)展迅速,在藥物靶向輸運(yùn)、生物傳感、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、環(huán)境修復(fù)、自組裝等方面都取得了一些成就。由于環(huán)境提供“自驅(qū)動(dòng)能量”,所以研究環(huán)境對(duì)馬達(dá)動(dòng)力學(xué)的影響尤為重要。鑒于馬達(dá)實(shí)際環(huán)境是化學(xué)活化的非平衡態(tài)體系,顯然其影響要復(fù)雜、豐富的多。但迄今為止,這部分的研究相對(duì)匱乏。本文采用介觀模擬方法來(lái)做了兩部分的研究,一部分是討論了復(fù)雜時(shí)空變化環(huán)境,一部分討論了相互作用下馬達(dá)的集體動(dòng)力學(xué)。對(duì)微/納米馬達(dá)的研究方法主要有實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬兩種方法。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬不受實(shí)驗(yàn)條件的約束,是一種方便高效的研究方法。在第二章中先是介紹了幾種常用的數(shù)值模擬方法,如蒙特卡羅方法等。然后詳細(xì)介紹了本文用到的一種基于粒子介觀模擬方法—多粒子碰撞動(dòng)力學(xué)(MPC),MPC方法是將溶液看成粒子進(jìn)行研究,對(duì)其進(jìn)行粗細(xì)簡(jiǎn)化。對(duì)MPC方法中的具體算法、性質(zhì)做了詳細(xì)推導(dǎo)。在第三章中,運(yùn)用MPC—MD方法來(lái)模擬了在化學(xué)振蕩介質(zhì)中自驅(qū)動(dòng)納米馬達(dá)(二聚物馬達(dá))的集體動(dòng)力學(xué)。研究了分別在余弦函數(shù)曲線型和鋸齒型振蕩環(huán)境中,不同個(gè)數(shù)、尺寸納米馬達(dá)的集體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。通過(guò)不同馬達(dá)距離和函數(shù)對(duì)馬達(dá)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的集體結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值量化,研究了隨著燃料粒子加入和除去,馬達(dá)在這些振蕩的環(huán)境中出現(xiàn)了一些有趣的集群現(xiàn)象,并且采用徑向分布函數(shù)來(lái)討論這些集群的具體構(gòu)型,用馬達(dá)的平均速率對(duì)其運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行具體分析。在第四章中,研究了在可激發(fā)介質(zhì)中具有時(shí)滯傳播的卷波的動(dòng)力學(xué),討論了增加時(shí)間延遲對(duì)卷波構(gòu)型和周期的影響,另外還研究了擴(kuò)散耦合強(qiáng)度對(duì)時(shí)滯引起的卷波的影響,最后給出了擴(kuò)散耦合時(shí)滯平面的相圖。本文的結(jié)論有助于對(duì)活化復(fù)雜環(huán)境中馬達(dá)的集體行為的研究。
【學(xué)位單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1
【部分圖文】：

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1 緒論言著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，人類對(duì)新事物的探索也越來(lái)越全面越來(lái)越復(fù)雜，人類也將面臨著許多挑戰(zhàn)。比如，人們希望用微米械或膠體在人體類運(yùn)動(dòng)來(lái)治療疾病。近十幾年來(lái)，一些來(lái)自物理微米/納米技術(shù)等不同學(xué)科的學(xué)者開(kāi)展了一系列微米/納米馬達(dá)的希望將這些看似神秘的東西變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文些聚合物進(jìn)行組裝合成。這些合成馬達(dá)與生物，也一樣可以從環(huán)境中獲得能量，并且進(jìn)行能量使馬達(dá)運(yùn)動(dòng)。2002 年，第一個(gè)以 H2O2為燃料的物圖 1.2）。將具有催化性能的 Pt 放置在聚二甲基放在充有 H2O2燃料的溶液中，Pt 催化 H2O2發(fā)生。美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)[6]和加拿大多倫多大學(xué)[7 的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了濃厚的興趣，于是他們就開(kāi)始專注米尺度的馬達(dá)。2004 年，賓夕法尼亞大學(xué)的研反應(yīng)來(lái)催化的人造自驅(qū)動(dòng)微、納米馬達(dá)：Au/P通過(guò) Pt 端催化被氧化消耗燃料 H2O2，失去電子向著帶負(fù)電荷的電子移動(dòng)，這樣就造成溶液中流向 Au 端，從而相對(duì)于馬達(dá)就產(chǎn)生了反作用力的方向移動(dòng)（圖 1.3）。

線馬達(dá)[6]。馬達(dá)通過(guò) Pt 端催化被氧化消耗燃料 H2O2，失去電子，產(chǎn)生 H+,然而H+粒子在溶液中向著帶負(fù)電荷的電子移動(dòng)，這樣就造成溶液中攜帶 H+的流體在馬達(dá)表面從 Pt 端流向 Au 端，從而相對(duì)于馬達(dá)就產(chǎn)生了反作用力推動(dòng)著馬達(dá)朝著流體運(yùn)動(dòng)的相反的方向移動(dòng)（圖 1.3）。圖 1.2 自推薦器件示意圖[6]
【參考文獻(xiàn)】

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1 呂剛,紀(jì)青,展永,卓益忠;驅(qū)動(dòng)蛋白及其研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代物理知識(shí);2002年05期

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1 劉玉書;反應(yīng)多粒子碰撞動(dòng)力學(xué)在雙負(fù)反饋系統(tǒng)的建模和應(yīng)用[D];杭州電子科技大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2894026