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材料学院王威教授在《美国化学会会志》 发表前瞻论文
发布时间:2023-12-14 10:28:31 1488

【哈工大(深圳)宣】(材料科学与工程学院 文/图)近日,哈工大(深圳)材料科学与工程学院教授王威受《美国化学会会志》(Journal of the American Chemical Society)邀请,发表题为“Open Questions of Chemically Powered Nano- and Micromotors”的前瞻论文。该论文以作者15年研究成果为基础,综述化学驱动微纳马达的研究进展。

微纳马达是一类将环境中的能量转化为自身运动的特殊仿生器件,在生物诊疗、环境监测与治理、微纳米制造等领域有望产生变革性应用。日常生活中的许多机器通过化学燃料驱动,20年前,科学家发现化学反应可以驱动微纳米尺度的机器。此后,对于化学驱动微纳马达的研究蓬勃发展,在材料可控构筑、驱动策略开发上取得巨大进展,也实现了在不同环境中的多种应用。但是,关于化学驱动微纳马达仍有许多基本科学问题亟待厘清,限制了其进一步发展。

该前瞻论文基于王威教授15年的研究成果,深刻剖析了化学驱动微纳马达的三类共性和基础问题。在马达个体驱动机制方面,介绍了Pt催化H₂O₂分解型微纳马达的三种驱动机制的争议和研究进展,讨论了双金属微纳马达中不同金属氧化还原能力差异的来源,阐述了区分自电泳和自扩散泳机制的方法,分析了中性自扩散泳驱动的合理性;在马达相互作用方面,提出马达间可以通过物理、化学效应产生相互作用,指出目前相互作用机制研究需要更仔细的实验测量,以及需开发能够全面、细致模拟实验中所有效应的模型;在马达的限域动力学方面,文章介绍了边界对马达影响的三种机制,指出需开发更好的技术手段。

本文梳理了近20年来化学驱动微纳马达存在的主要基础科学问题,讨论了问题的根源,提出了解决问题的思路,为澄清化学驱动微纳马达个体和群体行为机制和发展微纳马达的控制方法指明了方向,为微纳马达在复杂环境中的实际应用打下基础,有力推动了微纳马达在理论和应用方面的发展。

王威是该论文唯一作者,哈工大(深圳)是唯一完成单位。该领域研究得到了国家自然科学基金优秀青年项目、广东省杰出青年基金项目、深圳市优秀青年基金项目和哈尔滨工业大学基础研究杰出人才培育计划等项目的资助。(编辑 丁波皓 审核 张惠屏 李晓慧)

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图片阐释了化学驱动微纳马达的三类共性和基础问题


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