CN102698679A - 纳米物质操控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米物质操控方法，该方法利用超声操控悬浊液中的纳米物质，使其移动、旋转到指定位置、方向。该方法利用一个兰杰文振子对针根部进行超声激励使其作弯曲振动，在针尖周围溶液中形成一个流向针尖的声学流，带动纳米物质向针尖处流动，并能把纳米线旋转至声学流流向，从而有效操控纳米物质。该发明中的超声针结构简单，便于操作。

Description

纳米物质操控方法
技术领域
本发明涉及一种纳米物质操控方法，属于纳米制造、纳米控制、生物传感领域，尤其涉及一种利用声学流操控纳米物质的方法。
背景技术
控制纳米物质的运动是一种很有发展前景的新技术，在纳米医学、纳米化学、纳米电子学、纳米材料学以及纳米生物学领域等都有着广泛的应用。近几年在纳米制造，生物传感，微电子器件制造等多个领域中，控制纳米物质的运动吸引了越来越多的注意。纳米物质由于其特有的纳米效应，在运动控制方面有很大的难度。已有的控制纳米物质运动的方法包括电泳、磁分离、机械分离、光镊、介电泳以及膜分离等。这些方法通常对工作环境有比较苛刻的要求，比如微粒需要带电，所需的电压较高，需要磁性微粒作为载体，对所捕获粒子的透明度和折射率有要求，受布朗运动、环境温度、PH值等影响，膜容易堵塞等等。而且这些方法大都只能提供对纳米物质的静态操控，不能有效的进行动态操控。超声分离技术主要是基于声辐射力对微米物质进行操控，很难对纳米物质进行有效操控。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种纳米物质操控方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种纳米物质操控方法，首先，将超声针针尖置入纳米物质中，然后，通过励振元件对超声针根部进行励振，在针尖周围形成一个流向针尖的声学流，该声学流带动纳米物质向针尖处流动。
所述励振元件为兰杰文振子，超声针根部通过固持件设置在兰杰文振子的能量辐射面上。
超声针励振频率为超声针的共振频率。
所述超声针针尖处弯曲，弯曲后的针所在平面与兰杰文振子能量辐射面平行。
所述超声针的针身直径为0.35mm，其针尖处的尖部4mm处弯曲成120°。
在操控纳米材料时，本发明运用声学流优于声辐射力。本发明创新提出了一种利用受控声学流操控纳米物质的方法，该方法中的器件结构简单，方便使用。
附图说明
图1为实施例中实验装置结构示意图；
图2为实施例中实验装置侧视结构示意图。
其中：1：兰杰文振子；2：超声针；3：纳米物质悬浊液薄膜；4：玻璃基板；5：铝盘；6：平垫片；7：弹性垫片；8：螺栓。
具体实施方式
微米颗粒的比表面积（表面积/体积）小，也即表面积相比较小，而体积相比较大；纳米颗粒与微米颗粒则刚好相反，其比表面积大，也即表面积相比较大，而体积相比较小。声辐射力的大小随微纳米颗粒的体积增大而增大，而由声学流引起的声粘性力随微纳米颗粒的表面积的增大而增大。因此在操控纳米材料时，运用声学流优于声辐射力。
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
本发明中的纳米物质操控方法所使用的装置包括一个兰杰文振子1和一根根部被铝盘5夹持于兰杰文振子能量辐射面的超声针2所构成，兰杰文振子对针根部励振，使超声针作弯曲振动，在浸没于玻璃基板4上纳米物质悬浊液薄膜3中的针尖周围产生流向针尖的声学流，使得纳米物质随声学流向针尖位置运动，并旋转至其流向。选择兰杰文振子体积比较小，成本低，便于操控。
本实例中的实验装置结构如附图1所示。本实例中采用的兰杰文振子1由苏州海纳科技有限公司提供，型号为HNC-4SS-38100，外形尺寸：直径*高度为40*57mm,谐振频率为100±1.5kHz，针的根部5mm长被一直径为40mm厚度为2mm的铝盘5采用螺栓8联接压在兰杰文振子的能量辐射面上。兰杰文振子通过对超声针被夹持的根部激励使针作弯曲振动，在浸没于基板上纳米物质悬浊液薄膜中的针尖周围产生流向针尖的声学流，驱动纳米物质随声学流向针尖位置运动，并旋转至其流向。
超声针2总长50mm, 其根部5mm被夹持于兰杰文振子能量辐射面，其尖部4mm处弯曲成120°，弯曲后的针所在平面与兰杰文振子能量辐射面平行，其弯振方向与兰杰文振子辐射面垂直。针身直径为0.35mm，针尖部0.8mm为圆锥体，针尖为一直径为10μm的球面。纳米物质悬浊液薄膜选择银纳米线悬浊液薄膜，厚度为1.2mm，放置悬浊液的玻璃基板4为载玻片的长*宽*厚为76.2*25.4*1.1mm 。银纳米线的直径为100nm，长度为20μm至70μm。操控纳米物质时频率为110.3 kHz（超声针的谐振频率）的交流电压被加到兰杰文振子上。当针根部距离对应端点5mm处点的位移振幅为9.5 nm（0-P）时,长为45.67μm的银纳米线在1分2秒的时间里被移动了72.43μm，长为66.98μm的银纳米线在40s的时间里被旋转了72.74°。当针根部距离对应端点5mm处点振幅为14.8nm（0-P）时，长为45.24μm的银纳米线在4分2秒的时间里被拖曳了324.27μm。
此处利用共振频率一方面便于使用低电压，提高能量利用量，另一方面该共振频率下激发的弯曲振动模式形成的声学流对纳米物质的定位操控最有效。
针尖部设计弯曲使针尖与玻璃基板成一定夹角一方面使声学流先平行玻璃基板流动带动纳米物质运动至针尖下，然后到针尖沿针尖表面往上涌，而往上涌需要更大强度的声学流，故可有一临界值定位纳米物质到针尖下方；另一方面便于在显微镜下观察纳米物质被操控的现象。针尖尖部4 mm处弯曲、弯曲角度120°和针身直径0.35 mm是优化参数，而超声针的其它参数则是优化参数确定的结构参数。

Claims (5)

1.一种纳米物质操控方法，其特征在于：首先，将超声针针尖置入纳米物质中，然后，通过励振元件对超声针根部进行励振，在针尖周围形成一个流向针尖的声学流，该声学流带动纳米物质向针尖处流动。
2.如权利要求1所述纳米物质操控方法，其特征在于：所述励振元件为兰杰文振子，超声针根部通过固持件设置在兰杰文振子的能量辐射面上。
3.如权利要求1或2所述纳米物质操控方法，其特征在于：超声针励振频率为超声针的共振频率。
4.如权利要求3所述纳米物质操控方法，其特征在于：所述超声针针尖处弯曲，弯曲后的针所在平面与兰杰文振子能量辐射面平行。
5.如权利要求4所述纳米物质操控方法，其特征在于：所述超声针的针身直径为0.35mm，其针尖处的尖部4mm处弯曲成120°。
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