[发明专利]一种水滴收集式无动力自驱动微型船

说明书

本发明涉及一种水滴收集式无动力自驱动微型船，包括超疏水船体、保持架、集水装置、超亲水楔形图案和超亲水水射流斜孔。超疏水船体与保持架通过螺栓连接或者焊接，集水装置与保持架可通过螺栓连接，方便调整集水装置的角度。集水装置上表面加工出一超亲水楔形图案，其余部分为超疏水区域。超亲水水射流斜孔在超疏水船体表面加工获得，斜孔的轴线方向与微型船的前进方向呈一定角度，且斜孔位于超亲水楔形图案末端出水口的正下方。本发明具有清洁无污染、运输速度快等优点，可通过收集水滴实现无动力自驱动运输。

技术领域

本发明属于自驱动运输装置技术领域，涉及一种水滴收集式无动力自驱动微型船。

背景技术

无动力自驱动运输是指无需外部动力源或电力驱动装置即可自发地实现定向运输，在微流体控制、收集雾气、输送微量药物等领域有着重要的应用价值。现有的无动力自驱动方式根据驱动原理的不同，可分为催化驱动型和外部能场驱动型等两种。催化驱动型是指在装置上涂覆有特定催化剂，通过催化作用将化学能直接转化为机械能进而推动结构实现自驱动运动。文献Advanced Materials,2015,27,4411报道了一种将催化剂Pt、MnO₂等纳米颗粒固定于3D打印的仿生鱼尾部，将仿生鱼放置在双氧水表面，仿生鱼尾部的纳米颗粒将双氧水分解出大量氧气气泡并推动设计的仿生鱼向前运动。但该设计的应用范围较小，仅限于在特定双氧水环境中，驱动方式较为严苛，且仿生鱼运动轨迹无规律，限制了该方式在实际工业生产中的大规模应用。外部能场驱动型是指在外部能场(如磁场、电场等)的作用下产生驱动力进而推进结构实现自驱动运动。文献Nature Communications,2019,9,3944报道了一种将磁性颗粒混入聚二甲基硅氧烷(PDMS)中，使用该材料设计了一款仿生多足软体机器人，通过磁力操控器的控制，软体机器人可在不同表面上实现快速移动。文献Nature Materials,2007, 6,235报道了一种在微型半导体二极管外部施加交变电场，产生的局部电渗流可将二极管向阴极或者阳极的方向推进。综上所述，现有的无动力自驱动方式存在使用有毒化学试剂或需要施加外部能场等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绿色清洁、可通过收集水滴实现无动力自驱动的微型船。

本发明的技术方案：

一种水滴收集式无动力自驱动微型船，包括超疏水船体1、保持架2、集水装置3、超亲水楔形图案4和超亲水水射流斜孔5。所述的超疏水船体1表面需具有超疏水性，对水的接触角大于150°；保持架2通过螺栓连接或焊接的方式安装在超疏水船体1上。所述集水装置(3)通过螺栓连接的方式安装在保持架2上，可调整集水装置3的倾斜角度，倾斜角度为 10°～40°。所述集水装置3的材料可以是金属或塑料，在集水装置3的上表面加工出末端宽度大于0.15mm的超亲水楔形图案4，可通过掩膜电化学刻蚀法或激光刻蚀法获得，超亲水楔形图案4部分对水的接触角不超过10°，集水装置3表面除超亲水楔形图案4外的区域具有超疏水性，对水的接触角不小于150°。所述超亲水水射流斜孔5在超疏水船体1表面加工获得，超亲水水射流斜孔5的轴线方向与微型船的前进方向的夹角在20°～60°之间，超亲水水射流斜孔5为大端直径的加工范围可以是0.35～0.80mm、小端直径的加工范围可以是0.20～0.80mm 的通孔。超亲水楔形图案4的末端出水口位于超亲水水射流斜孔5的正上方，集水装置3收集到的水滴可通过超亲水楔形图案4运输到超亲水水射流斜孔5上方。通过改变集水装置 3的倾斜角度、超亲水楔形图案4的末端宽度和楔角角度，以及超亲水水射流斜孔5的大小和倾斜角度，来控制微型船的运输速度。

本发明由于采用了上述结构，较现有的无动力自驱动装置相比具有以下几方面优点：

(1)本发明具有一定的结构优势，无需复杂的结构设计，使用材料简单，适用范围广。