化学物理期刊:科学家发现推动粒子马达运转新机制 形粒子群

顾汉现

作者：Daigo Yamamoto 来源：《化学物理期刊》

发布时间：2013-11-13 12:45:00

科学家发现推动粒子马达运转新机制



近日，日本同志社大学的科学家通过研究铂粒子在过氧化氢溶液中的反应，发现了一种可以驱动粒子马达的新机制。相关研究成果日前发表于由美国物理学会主办的《化学物理期刊》。

粒子马达具有在体内运输药物或控制化学反应的应用前景。“在未来，分子马达将不仅被用于为微型机械或微型工厂提供动力，还能够为我们解开许多生命之谜。”该校分子化学工程实验室研究人员山本内藤大湖说。

然而，粒子马达的运行环境与宏观机械的运行环境有着很大不同。它们具有很大的表面积质量比，需要恒定的驱动力来使之运转。此前，研究者通过一种名为“不对称化学反应”的机制来提供这种驱动力。

例如，一种名为“杰纳斯”的粒子马达，由一群表面覆盖有两种材料的球形粒子组成。其中一种材料为由铂等金属制造的催化剂，能够加速过氧化氢转化为水和氧气的反应过程。当杰纳斯马达被置入过氧化氢溶液中，其覆有铂催化剂的一面迅速产生大量氧气气泡，进而推动球形粒子前进。

而上述学校的研究者发现，制造粒子马达不一定需要两种不同的材料。

研究者将仅由铂制造的微型球体放入过氧化氢溶液中后，通过显微镜观察这些粒子的运动方式发现，虽然从个体角度来说，每个粒子均以随机跳跃的形式运动，但从宏观的角度来看，粒子群体的运动方式呈现出明显的规律性：形状与泪滴类似的粒子群可以直线前进，形状类似风车的粒子群会旋转，而与回旋镖形状类似的粒子群则能够进行圆周运动。在经过建立力学模型之后，研究人员认为，造成这种现象的原因在于不同形状能够产生不同的非对称力。

研究人员表示，该研究揭示，通过设计不同形状的粒子群将能够制造出一系列更加可控的粒子马达。（邱锐）

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《化学物理期刊》发表论文摘要（英文）:

http://scitation.aip.org/content ... 3/10.1063/1.4813791