磁场驱动微板阵列表面实现定向输运

  设计并驱动微纳米结构表面实现物体的定向输运在微电子、生物医药及防污自清洁等领域具有广泛的应用前景。在这些应用领域中，提高定向输运的速度能进一步提高输运效率。此外，通过对微结构和驱动方式的创新性设计，实现对多种不同形状的物体在不同环境中的定向输运也具有重要意义。

  近日，北京理工大学先进结构技术研究院陈少华教授课题组提出了一种通过磁场控制微结构表面快速输运固体物块的方法。该方法能够对厘米级的固体物块进行快速定向输运，其输运速率相对于已有文献中的输运速率有大幅度的提升。微结构表面主要由磁响应微板阵列结构和纯PDMS基底组成，单个微板高度为950微米，厚度为150微米。该研究结合微尺度3D打印技术制备实验样件，所使用的3D打印设备（nanoArch S140，摩方精密）的光学精度为10μm，能实现94×52×45mm大小的三维加工尺寸。基于该设备加工了板状微结构阵列，并通过倒模制备出含有磁颗粒的PDMS微结构试样，然后通过磁场控制微结构的变形储能以及能量的快速释放，实现定向输运的功能。该成果以“Directional Transportation on Microplate-Arrayed Surfaces Driven via a Magnetic Field”为题发表于国际期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。该工作由北京理工大学先进结构技术研究院李程浩博士作为第一作者完成。

图1.微结构制备及实验装置示意图

图2.固体物块定向输运及驱动过程分析

图3.通过磁场控制微结构表面实现不同形状物体的定向输运，及不同重量物体的筛选分离（空气环境和水下）

    该研究提出了一种通过磁场控制微结构表面快速输运固体物块的方法，并揭示了输运机理：通过磁场控制微结构变形储存弹性能，然后通过控制微结构逐个回弹，使得储存在微结构中的弹性能依次快速释放，并驱动物体连续向前运动，以此实现固体物块的快速定向输运。此方法具有广泛的适用性，能够在空气和水环境中同时输运不同形状的物块，且能够较好控制输运速度，对于更加智能甚至编程化的定向输运技术具有重要意义。