科學(xué)家發(fā)現(xiàn)推動粒子馬達(dá)運轉(zhuǎn)新機(jī)制

近日，日本同志社大學(xué)的科學(xué)家通過研究鉑粒子在過氧化氫溶液中的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了一種可以驅(qū)動粒子馬達(dá)的新機(jī)制。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于由美國物理學(xué)會主辦的《化學(xué)物理期刊》。

粒子馬達(dá)具有在體內(nèi)運輸藥物或控制化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)用前景?！霸谖磥恚肿玉R達(dá)將不僅被用于為微型機(jī)械或微型工廠提供動力，還能夠為我們解開許多生命之謎。”該校分子化學(xué)工程實驗室研究人員山本內(nèi)藤大湖說。

然而，粒子馬達(dá)的運行環(huán)境與宏觀機(jī)械的運行環(huán)境有著很大不同。它們具有很大的表面積質(zhì)量比，需要恒定的驅(qū)動力來使之運轉(zhuǎn)。此前，研究者通過一種名為“不對稱化學(xué)反應(yīng)”的機(jī)制來提供這種驅(qū)動力。

例如，一種名為“杰納斯”的粒子馬達(dá)，由一群表面覆蓋有兩種材料的球形粒子組成。其中一種材料為由鉑等金屬制造的催化劑，能夠加速過氧化氫轉(zhuǎn)化為水和氧氣的反應(yīng)過程。當(dāng)杰納斯馬達(dá)被置入過氧化氫溶液中，其覆有鉑催化劑的一面迅速產(chǎn)生大量氧氣氣泡，進(jìn)而推動球形粒子前進(jìn)。

而上述學(xué)校的研究者發(fā)現(xiàn)，制造粒子馬達(dá)不一定需要兩種不同的材料。

研究者將僅由鉑制造的微型球體放入過氧化氫溶液中后，通過顯微鏡觀察這些粒子的運動方式發(fā)現(xiàn)，雖然從個體角度來說，每個粒子均以隨機(jī)跳躍的形式運動，但從宏觀的角度來看，粒子群體的運動方式呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性：形狀與淚滴類似的粒子群可以直線前進(jìn)，形狀類似風(fēng)車的粒子群會旋轉(zhuǎn)，而與回旋鏢形狀類似的粒子群則能夠進(jìn)行圓周運動。在經(jīng)過建立力學(xué)模型之后，研究人員認(rèn)為，造成這種現(xiàn)象的原因在于不同形狀能夠產(chǎn)生不同的非對稱力。

研究人員表示，該研究揭示，通過設(shè)計不同形狀的粒子群將能夠制造出一系列更加可控的粒子馬達(dá)。（來源：中國科學(xué)報 邱銳）

新聞來源：http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/20131113124506630762.shtm