一种基于光热效应的气泡可控驱动装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于光热效应的气泡可控驱动装置和方法，所述的驱动方法包括以下步骤：(1)采用具有高效电磁波吸收特性的光热转换材料置于液体界面；(2)再对光热转换材料施加入射电磁波，使得光热转换材料瞬时局部高温并气化产生气泡，通过气泡炸裂喷射产生驱动光热转换材料移动的推动力，使得光热转换材料在液体表面运动；(3)运动过程中，改变入射电磁波的照射在光热转换材料的位置，控制光热转换材料在液体表面沿设定方向移动。与现有技术相比，本发明专利技术实现了基于光热效应的气泡可控驱动，实现了材料吸收外界光能转换为自身动能的过程等。

A bubble controlled device and method based on light and heat effect

The invention relates to a device and method of driving the bubble controlled photothermal effect based on driving the method comprises the following steps: (1) with high electromagnetic wave absorption characteristics of photothermal conversion material in liquid interface; (2) the photothermal conversion material to impose a radio magnetic wave, the photothermal conversion material instantaneous local temperature and gasification bubbles, driving the conversion material moving force by jet bubble burst, making the conversion material on the surface of the liquid movement; (3) during the movement, change of incident electromagnetic wave radiation in a photothermal conversion material position, control the conversion material on the surface of the liquid along the direction of mobile set. Compared with the existing technology, the invention realizes the controllable driving of bubbles based on the photothermal effect, and realizes the process of material absorbing external light energy into self kinetic energy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光热效应的气泡可控驱动装置和方法
本专利技术涉及一种功能材料的驱动新方法，尤其是涉及一种基于光热效应的气泡可控驱动装置和方法。
技术介绍
利用液体蒸发产生蒸汽从而推动物体运动一直是工业获取动力的主要方式之一，然而由于其自身的特性使得能量转化效率不高。一方面，在现有的蒸汽驱动方式中，主要是通过蒸发产生的蒸汽推动蒸汽机的运转实现物体的运动后者推动汽轮机运动产生电能，依靠电能驱动机械运动实现驱动。在这些转化过程中，大量能量耗散，利用效率低下。另外一方面，基于光热效应的蒸发产生的蒸汽大多消散于空气中，难以收集，限制了蒸汽的其他应用。本专利技术基于现有蒸汽驱动的缺陷提出了一种新型的无污染的基于光热效应的气泡可控驱动方式。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于光热效应的气泡可控驱动装置和方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于光热效应的气泡可控驱动装置，包括具有高效电磁波吸收特性并置于液体界面上的光热转换材料。优选的，所述的具有高效电磁波吸收特性的光热转换材料选自有机材料、无机材料或复合材料，其中，无机材料选用等离子纳米金属颗粒、碳材料或硅材料，有机材料选用染料，复合材料为无机-无机复合材料、无机-有机复合材料或有机-有机复合材料。优选的，所述的具有高效电磁波吸收特性的光热转换材料还可以采用由衬底材料和具有高效电磁波吸收特性材料组成的双层膜结构。优选的，所述的光热转换材料置于液体界面的方式为：使光热转换材料密度小于所用液体，或在光热转换材料下方采用低于液体密度的轻质材料托举。优选的，所述的液体为水、水溶液、有机液体或含有表面活性剂的混合液体。产生的推动力由气泡炸裂、气泡喷射或蒸汽喷射提供。其中气泡可以是纯溶液汽化产生或溶液中溶质如表面活性剂协助产生。优选的，所述的光热转换材料为圆形、方形、三角形、燕尾型或其组合等，也可以是其他多边形或各种形状的组合体。其形状不限于二维，也包括一维和三维的形状和结构。一种基于光热效应的气泡可控驱动方法，包括以下步骤：(1)采用具有高效电磁波吸收特性的光热转换材料置于液体界面；(2)再对光热转换材料施加入射电磁波，使得光热转换材料瞬时局部高温并气化产生气泡，通过气泡炸裂喷射产生驱动光热转换材料移动的推动力，使得光热转换材料在液体表面运动；(3)运动过程中，改变入射电磁波的照射在光热转换材料的位置，控制光热转换材料在液体表面沿设定方向移动。优选的，改变入射电磁波照射在光热转换材料上的位置的方式包括改变入射电磁波源方向、改变光热转换材料方向或通过配件改变入射电磁波传输方向。优选的，所述的入射电磁波包括激光波、紫外光波、可见光波、红外光波或微波，其被光热转换材料的吸收方式为本征吸收与等离激元共振效应吸收中的一种或两种。优选的，所述的液体与光热转换材料的性质要求满足：光热转换材料吸收入射电磁波后能转换成达到或超过液体沸点的热能，从而使得在光热转换材料与液体的界面处产生气泡。优选的，在汽化过程中，保证光热转换材料形状性质不发生改变(如燃烧等)，且液体能不断补充。本专利技术的工作原理是：通过使用具有高效电磁波吸收特性的材料置于液体界面，入射电磁波被材料吸收产生瞬时局部高温将液体汽化产生气泡，气泡喷射产生推动力从而控制物体在液体表面运动。将具有高效电磁波吸收特性的材料设计成特定形状，并在运动过程中通过改变入射电磁波照射材料位置，从而可控的获得特定的推动力方向，进而控制物体在液体表面的运动，如图4和图5所示。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)通过使用高效的电磁波吸收材料在液体表面光热转换产生局部高温，造成局部液体汽化产生气泡，实现了液体的高效蒸发和积累，减少了蒸汽在蒸发过程中的逸散，可以充分转化为动能。同时由于周边液体和高效电磁波吸收材料的充分接触，保证了液体的持续供给，从而保证运动的持续进行。同时由于电磁波照射位置容易控制，可以产生特定方向的气泡，进而控制气泡推动方向。在这个过程中，使用光源作为驱动力，不会造成环境污染，有利于环保。因此是一种新型的无污染的驱动方式。(2)本专利技术使用本征吸收或等离激元共振效应吸收光能并直接转换为热能，提高了光热转化效率。(3)本专利技术采用界面蒸发方式，有效集中所产生的热量，减少了热量损失，热量利用效率大幅度提高。(4)本专利技术使用光能作为能量来源，清洁无污染，具有节能减排的作用。(5)本专利技术不受液体表面张力，粘度和其他物理性能的影响，只要输入能量足够产生蒸汽气泡即可推动，具有广泛的应用范围。(6)本专利技术不仅可以实现自身的运动，也可以负载或推动其他物体，实现运输其他物体的作用。(7)本专利技术应用可扩展到更大的适用范围，即在液体表面可控驱动的同时可以应用于重金属污染物还原，有机物污染物降解，物体运输和药物定点释放等。特别的，本方法为物体在液体表面可控驱动开辟了新的方法。附图说明图1为具有高效电磁波吸收特性的光热转换材料的位置偏移图；图2为具有高效电磁波吸收特性的光热转换材料的微观结构的扫描电镜照片；图3为本专利技术的驱动装置在乙醇表面的运动速度随时间的变化关系图；图4和图5为本专利技术的驱动原理图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。一种基于光热效应的气泡可控驱动装置，包括具有高效电磁波吸收特性并置于液体界面上的光热转换材料。作为一种优选的实施方式，所述的具有高效电磁波吸收特性的光热转换材料选自有机材料、无机材料或复合材料，其中，无机材料选用等离子纳米金属颗粒、碳材料或硅材料，有机材料选用染料，复合材料为无机-无机复合材料、无机-有机复合材料或有机-有机复合材料。作为一种优选的实施方式，所述的具有高效电磁波吸收特性的光热转换材料还可以采用由衬底材料和具有高效电磁波吸收特性材料组成的双层膜结构。作为一种优选的实施方式，所述的光热转换材料置于液体界面的方式为：使光热转换材料密度小于所用液体，或在光热转换材料下方采用低于液体密度的轻质材料托举。作为一种优选的实施方式，所述的液体为水、水溶液、有机液体或含有表面活性剂的混合液体。产生的推动力由气泡炸裂、气泡喷射或蒸汽喷射提供。其中气泡可以是纯溶液汽化产生或溶液中溶质如表面活性剂协助产生。作为一种优选的实施方式，所述的光热转换材料为圆形、方形、三角形、燕尾型或其组合等，也可以是其他多边形或各种形状的组合体。其形状不限于二维，也包括一维和三维的形状和结构。一种基于光热效应的气泡可控驱动方法，包括以下步骤：(1)采用具有高效电磁波吸收特性的光热转换材料置于液体界面；(2)再对光热转换材料施加入射电磁波，使得光热转换材料瞬时局部高温并气化产生气泡，通过气泡炸裂喷射产生驱动光热转换材料移动的推动力，使得光热转换材料在液体表面运动；(3)运动过程中，改变入射电磁波的照射在光热转换材料的位置，控制光热转换材料在液体表面沿设定方向移动。作为一种优选的实施方式，改变入射电磁波照射在光热转换材料上的位置的方式包括改变入射电磁波源方向、改变光热转换材料方向或通过配件改变入射电磁波传输方向。作为一种优选的实施方式，所述的入射电磁波包括激光波、紫外光波、可见光波、红外光波或微波，其被光热转换材料的吸收方式为本征吸收与等离激元共振效应吸收中的一种或两种。作为一种优选的实施方式，所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光热效应的气泡可控驱动装置，其特征在于，包括具有高效电磁波吸收特性并置于液体界面上的光热转换材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于光热效应的气泡可控驱动装置，其特征在于，包括具有高效电磁波吸收特性并置于液体界面上的光热转换材料。2.根据权利要求1所述的一种基于光热效应的气泡可控驱动装置，其特征在于，所述的具有高效电磁波吸收特性的光热转换材料选自有机材料、无机材料或复合材料，其中，无机材料选用等离子纳米金属颗粒、碳材料或硅材料，有机材料选用染料，复合材料为无机-无机复合材料、无机-有机复合材料或有机-有机复合材料。3.根据权利要求1所述的一种基于光热效应的气泡可控驱动装置，其特征在于，所述的具有高效电磁波吸收特性的光热转换材料采用由衬底材料和具有高效电磁波吸收特性材料组成的双层膜结构。4.根据权利要求1所述的一种基于光热效应的气泡可控驱动装置，其特征在于，所述的光热转换材料置于液体界面的方式为：使光热转换材料密度小于所用液体，或在光热转换材料下方采用低于液体密度的轻质材料托举。5.根据权利要求1所述的一种基于光热效应的气泡可控驱动装置，其特征在于，所述的液体为水、水溶液、有机液体或含有表面活性剂的混合液体。6.根据权利要求1所述的一种基于光热效应的气泡可控驱动装置，其特征在于，所述的光热转换材料为圆形、方...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓涛，郝伟，宋成轶，孟凡臣，俞圣韬，刘颜铭，王心语，陶鹏，尚文，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31