CN102976267A - 单根纳米线或纳米管低速驱动方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种单根纳米线或纳米管低速驱动方法及其装置，其特征在于包括超声换能器，微针一端通过连接板连接至超声换能器，另一端浸没在纳米线或纳米管悬浊液薄膜中，悬浊液薄膜置于基板之上。驱动方法是：移动微针,使微针尖部位于纳米线或纳米管的中心或者一端的上方；利用超声换能器对微针进行励振，从而使一端浸没于含有纳米线或纳米管的悬浊液的微针产生环绕微针尖部的声学涡流，进而驱动纳米线或纳米管围绕其中心或者一端水平低速转动；关闭超声换能器停止励振，转动的纳米线或纳米管停止转动，从而完成对单根纳米线或纳米管的旋转操控。本发明具有结构简单、便于操作、对生物样品无损害、对于样品的材料无选择性等的优点。

Description

单根纳米线或纳米管低速驱动方法及其装置

技术领域：

本发明属于纳米制造、纳米控制、生物传感领域。尤其涉及一种利用超声实现纳米线与纳米管的低速旋转与精确角度定位方法。

背景技术：

控制纳米物质的精确旋转与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。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。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。

发明内容：

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种单根纳米线或纳米管低速驱动方法及其装置，具有结构接单、便于操作、对生物样品无损害、对样品的材料无选择性等优点。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种单根纳米线或纳米管低速驱动方法，包括以下步骤：

a、将纳米线或纳米管悬浊液薄膜置于基板上，移动微针使微针尾端部浸没于纳米线或纳米管悬浊液薄膜；

b、利用超声换能器对微针进行励振，从而使微针产生环绕微针端部的声学涡流，进而驱动纳米线或纳米管围绕微针的中心低速转动；

c、关闭超声换能器停止励振，转动的纳米线或纳米管停止转动，从而完成对单根纳米线或纳米管的旋转操控。

本发明的另一目的是提供单根纳米线或纳米管低速驱动装置，包括超声换能器，微针一端通过连接板连接至超声换能器，另一端浸没在纳米线或纳米管悬浊液薄膜中，悬浊液薄膜置于基板之上。

所述的连接板为细长矩形铜板，微针为玻璃纤维。被励振的连接板端部可以产生椭圆形振动，进而驱动玻璃纤维端部产生椭圆振动。

优选地，微针浸没在悬浊液中的一端直径均匀，否则将无法产生所需声学涡流。

优选地，基板采用硅片制成。硅片表面光滑，并且在显微镜下具有良好的视觉效果。

作为优选，所述微针浸没在悬浊液薄膜中的一端与基板表面的距离为10μm。可以保证微针针尖不接触硅片，使其操控不受干扰；同时可以保证不会因为距离过大导致声学涡流减小，从而导致被驱动物质不能被驱动。

作为优选，所述连接板的长度为10～100mm，厚度为0.1～3.0mm, 宽度为0.1-5 mm；所述微针的长度为0.5～6mm，直径为1～30μm。既可保证连接板传递足够的振动，又可保证微针有足够的操控长度。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：实现对单根纳米线或纳米管低速驱动，且具有结构简单、便于操作、对生物样品无损害、对于样品的材料无选择性等的优点。

附图说明：

图1为本发明所述单根纳米线或纳米管低速驱动装置的结构示意图。

其中，超声换能器1、连接板2、微针3、基板4、银纳米线悬浊液薄膜5、用于旋转的银纳米线6。

图2是试验中被操控纳米线旋转的图.a1-a8体现了被操控的纳米线旋转过程。具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，现针对银纳米线，具体说明本发明所述单根纳米线或纳米管低速驱动装置的工作过程。该装置包括一个超声换能器1，连接板2和微针3，普通的三明治型压电换能器被用作超声换能器1，细长矩形铜板被用作连接板2，直径均匀的玻璃纤维被用作微针3，超声换能器1对连接板2端部励振，从而进一步激励连接在连接板2另一端的微针3发生椭圆振动,微针3的下部浸没于基板4上的银纳米线悬浊液薄膜5中，振动的玻璃纤维在其周围产生环绕尖部的声学涡流，利用该涡流对悬浊液中的银纳米线6进行旋转驱动。

换能器1由两块中间带孔（孔半径6mm）的方形基板（边长20mm,厚度2mm），被方板夹持的四块环形压电陶瓷（内径6mm，外径12mm），以及用于紧固的M5螺栓组成,其谐振频率为93kHz。连接板2的长度为50mm，厚度为0.5mm,宽度为2 mm，沿着方形基板对角方向粘结到方形基板1上，粘结长度2mm。玻璃纤维的长度为3.2 mm，直径为10μm，被粘结在连接板2的另一端，粘帖长度2mm，玻璃纤维垂直与连接板2。换能器对连接板2根部进行激励，从而激励连接于超声针2另一端的玻璃纤维做椭圆振动，进而在玻璃纤维端部周围产生环绕尖部的声学涡流，以驱动银纳米线转动。银纳米线悬浊液薄膜5厚度为0.6mm，放置悬浊液的基板4为硅片，其边长15mm，厚度0.7 mm。银纳米线的直径为100nm，长度为66μm。操控纳米物质时，始终保持玻璃纤维端部与基板4距离为10μm，玻璃纤维与基板4大致垂直 。

当电压为5Vp-p频率为137 kHz（连接板2的谐振频率之一）的交流电压被加到换能器上时（此时玻璃纤维根部振幅为20nm（0-P）），与长度为66μm的银纳米线在硅片表面，绕其中心旋转时候，每56秒转一周；绕其一端旋转时候，每63秒转一周。关闭振动，旋转中的纳米线停止转动。如图2所示。

Claims (7)

1.单根纳米线或纳米管低速驱动装置，其特征在于包括超声换能器，微针一端通过连接板连接至超声换能器，另一端浸没在纳米线或纳米管悬浊液薄膜中，悬浊液薄膜置于基板之上。

2.根据权利要求1所述的单根纳米线或纳米管低速驱动装置，其特征在于所述的连接板为细长矩形铜板，微针为玻璃纤维。

3.根据权利要求1所述的单根纳米线或纳米管低速驱动装置，其特征在于微针浸没在悬浊液中的一端直径均匀。

4.根据权利要求1所述的单根纳米线或纳米管低速驱动装置，其特征在于基板采用表面光滑的硅片制成。

5.根据权利要求1所述的单根纳米线或纳米管低速驱动装置，其特征在于微针浸没在悬浊液薄膜中的一端与基板表面的距离保证声学涡流足够。

6.根据权利要求1所述的单根纳米线或纳米管低速驱动装置，其特征在于所述连接板的长度为10～100mm，厚度为0.1～3.0mm, 宽度为0.1-5 mm；所述微针的长度为0.5～6mm，直径为1～30μm。

7.基于权利要求1所述装置的单根纳米线或纳米管的低速驱动方法，其特征在于包括以下步骤：

a、将纳米线或纳米管悬浊液薄膜置于基板上，移动微针使微针自由端浸没于纳米线或纳米管悬浊液薄膜，微针端部与基板表面的距离保证声学涡流足够；

b、利用超声换能器对连接板的一端励振，进而激励连接在连接板另一端的微针发生椭圆振动，振动的微针在其周围产生环绕端部的声学涡流，利用该涡流对悬浊液中的银纳米线进行旋转驱动，进而驱动纳米线或纳米管围绕微针的中心低速转动；

c、关闭超声换能器停止励振，转动的纳米线或纳米管停止转动，从而完成对单根纳米线或纳米管的旋转操控。

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