設計并驅動微納米結構表面實現(xiàn)物體的定向輸運在微電子、生物醫(yī)藥及防污自清潔等領域具有廣泛的應用前景。在這些應用領域中，提高定向輸運的速度能進一步提高輸運效率。此外，通過對微結構和驅動方式的創(chuàng)新性設計，實現(xiàn)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*結構技術研究院陳少華教授課題組提出了一種通過磁場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打印技術制備實驗樣件，所使用的3D打印設備（nanoArch S140，摩方精密）的光學精度為10μm，能實現(xiàn)94×52×45mm大小的三維加工尺寸。基于該設備加工了板狀微結構陣列，并通過倒模制備出含有磁顆粒的PDMS微結構試樣，然后通過磁場控制微結構的變形儲能以及能量的快速釋放，實現(xiàn)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*結構技術研究院李程浩博士作為第一作者完成。

圖1.微結構制備及實驗裝置示意圖

圖2.固體物塊定向輸運及驅動過程分析

圖3.通過磁場控制微結構表面實現(xiàn)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磁場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：通過磁場控制微結構變形儲存彈性能，然后通過控制微結構逐個回彈，使得儲存在微結構中的彈性能依次快速釋放，并驅動物體連續(xù)向前運動，以此實現(xiàn)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具有重要意義。