CN110017356A - 纳米传动装置 - Google Patents

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CN110017356A CN201910293241.2A CN201910293241A CN110017356A CN 110017356 A CN110017356 A CN 110017356A CN 201910293241 A CN201910293241 A CN 201910293241A CN 110017356 A CN110017356 A CN 110017356A
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transmission
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driving pulley
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赵军华
花安平
董淑宏
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Jiangnan University
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/32—Friction members
    • F16H55/36—Pulleys
    • F16H55/48—Pulleys manufactured exclusively or in part of non-metallic material, e.g. plastics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H7/00—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members
    • F16H7/02—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members with belts; with V-belts
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    • F16H—GEARING
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    • F16H2055/366—Pulleys with means providing resilience or vibration damping

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Abstract

本发明公开了纳米传动装置，属于纳米技术领域。本发明通过提供一种具有主动带轮、从动带轮和传动带的纳米传动装置，使得实现纳米机器人内部马达长距离传动，并且传动过程中，主动带轮转动，利用碳纳米管和石墨烯之间的分子间范德华力作用，将运动和动力通过石墨烯传动带传递给从动带轮，使其转动，提高了纳米传动带的稳定性和缓冲吸振性能；另外该纳米传动装置结构简单，价格低廉，摩擦损耗极低。另外，由于碳材料对人体基本没有伤害，所以可以应用于人体内部。

Description

纳米传动装置
技术领域
本发明涉及纳米传动装置，属于纳米技术领域。
背景技术
现有的纳米传动机构的材料多为重金属材料，以确保其齿轮有效啮合。但是随着纳米机器人渐渐进入生物分子领域，应用在人体内部，采用重金属的纳米传动机构就容易对人体造成不可估量的伤害。
有人曾经尝试制备基于碳材料的传动机构：两根同轴心摆放的直碳纳米管，第一个碳纳米管作为马达轴，第二个碳纳米管作为传动轴。通过两根碳纳米管端头的分子间范德华力作用，实现直线传动。但是该方案只能同轴传动，且传动速度缓慢且不稳定。
而近年来，纳米机械专家设计出的只由几百个原子组成的微小纳米齿轮和马达，其纳米齿轮只能在间距极小环境下使用，若是比较复杂的纳米机器人，可能需要长距离的传动。除此之外，纳米齿轮不是宏观上齿轮真正的啮合传动，所以稳定性差。
发明内容
为了解决目前存在的碳纳米管只能实现同轴传动的问题且比较复杂的纳米机器人，可能需要长距离的传动需求，本发明提供一种纳米传动装置：
碳材料对人体基本没有伤害。因此，本发明采用的石墨烯和碳纳米管就是碳材料的不同结构。更重要的是石墨烯是超润滑材料，因此摩擦系数极低，和碳纳米管之间基本没有摩擦损耗。由于碳纳米管和石墨烯带之间分子间范德华相互作用，从而提高了纳米传动带的稳定性和缓冲吸振性能。
本发明的第一个目的在于提供一种纳米传动装置，所述纳米传动装置包括主动带轮、从动带轮和传动带，所述主动带轮和从动带轮采用碳纳米管，所述传动带采用石墨烯；所述纳米传动装置在实现传动功能时，主动带轮转动，利用碳纳米管和石墨烯之间的分子间范德华力作用，将运动和动力通过石墨烯传动带传递给从动带轮，使其转动。
可选的，所述主动带轮与从动带轮的直径比小于7。
可选的，所述纳米传动装置的尺寸量级在1nm到100nm之间。
可选的，所述主动带轮和/或从动带轮采用多壁碳纳米管。
可选的，所述主动带轮和/或从动带轮采用单壁碳纳米管，且单壁碳纳米管直径在5nm内。
可选的，所述主动带轮和从动带轮的碳管直径分别为8nm和4nm，石墨烯传动带带宽为10nm。
本发明的第二个目的在于提供上述纳米传动装置在微纳加工车床领域内的应用。
本发明的第三个目的在于提供上述纳米传动装置在医疗纳米机器人领域内的应用。
本发明的第四个目的在于提供上述纳米传动装置在纳米尺寸进行修复作业的机器人领域内的应用。
本发明的第五个目的在于提供上述纳米传动装置在离子运输领域的应用。
本发明的有益效果：
通过提供一种具有主动带轮、从动带轮和传动带的纳米传动装置，使得实现纳米机器人内部马达长距离传动，并且传动过程中，主动带轮转动，利用碳纳米管和石墨烯之间的分子间范德华力作用，将运动和动力通过石墨烯传动带传递给从动带轮，使其转动，提高了纳米传动带的稳定性和缓冲吸振性能；另外该纳米传动装置结构简单，价格低廉，摩擦损耗极低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的纳米传动装置的三维图，其中1为主动带轮，2为从动带轮，3为传动带。
图2为本发明提供的纳米传动装置的主视图。
图3为本发明提供的纳米传动装置的俯视图。
图4为本发明提供的纳米传动装置与纳米马达以及执行机构的连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明所采用的石墨烯和碳纳米管为碳材料的不同结构，且石墨烯是超润滑材料，因此摩擦系数极低，和碳纳米管之间基本没有摩擦损耗。利于碳纳米管和石墨烯带之间分子间范德华相互作用，提高了纳米传动带的稳定性和缓冲吸振性能。
实施例一：
本实施例提供一种纳米传动装置，参见图1，所述纳米传动装置包括主动带轮1、从动带轮2和传动带3，所述主动带轮1和从动带轮2采用碳纳米管材料制备，所述传动带3采用石墨烯材料制备；所述纳米传动装置在实现传动功能时，主动带轮1转动，利用碳纳米管和石墨烯之间的分子间范德华力作用，将运动和动力通过石墨烯传动带3传递给从动带轮3，使其转动。
具体的，本发明实施例提供一种具体尺寸的纳米传动装置，主动带轮1和从动带轮2的碳纳米管管径分别为8nm和4nm，石墨烯传动带3的带宽为10nm。
需要进行说明的是，本发明对纳米传动装置的具体尺寸不做限定，只限定其尺寸量级在1nm到100nm之间，即为纳米级传动装置，且主动带轮1与从动带轮2的直径比小于7。
图2为本发明提供的纳米传动装置的主视图，图3为本发明提供的纳米传动装置的俯视图。
如图4所示，在使用过程中，主动带轮的碳纳米管可与纳米马达的输出轴同轴连接，从动带轮与纳米执行机构连接。为了固定位置，主动带轮和从动带轮的长度应当大于石墨烯传动带的宽度，从而可用定子将主动带轮和从动带轮的碳纳米管两头固定，使其只能轴向转动，保证传动效率，以免发生变形。
本实施例提供的纳米传动装置，其主动带轮和从动带轮采用碳纳米管材料制备，传动带采用石墨烯材料制备，使得实现纳米机器人内部马达长距离传动，并且传动过程中，主动带轮转动，利用碳纳米管和石墨烯之间的分子间范德华力作用，将运动和动力通过石墨烯传动带传递给从动带轮，使其转动，提高了纳米传动带的稳定性和缓冲吸振性能；另外该纳米传动装置结构简单，价格低廉，摩擦损耗极低。且该纳米传动装置采用碳材料制备，碳材料对人体基本没有伤害，因此，本发明提供的纳米传动装置，可以应用于生物分子领域内的纳米机器人中，比如，修复纳米机器人可对人体损伤的细胞进行修复；抗癌纳米机器人可对特定的癌细胞进行消灭作业等等。在纳米机器人中，纳米传动机构非常重要，可帮助纳米机器人有了更多的控制方式和更好的作业操作。具体的，本申请的纳米传动带结构相比以往的纳米传动装置更小更简单便捷，从而可使纳米机器人尺寸设计得更小巧，方便进入更小尺寸的细胞进行工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纳米传动装置，其特征在于，所述纳米传动装置包括主动带轮、从动带轮和传动带，所述主动带轮和从动带轮采用碳纳米管材料制备，所述传动带采用石墨烯材料制备；所述纳米传动装置在实现传动功能时，主动带轮转动，利用碳纳米管和石墨烯之间的分子间范德华力作用，将运动和动力通过石墨烯传动带传递给从动带轮，使其转动。
2.根据权利要求1所述的纳米传动装置，其特征在于，所述主动带轮与从动带轮的直径比小于7。
3.根据权利要求1所述的纳米传动装置，其特征在于，所述纳米传动装置的尺寸量级在1nm到100nm之间。
4.根据权利要求1所述的纳米传动装置，其特征在于，所述主动带轮和/或从动带轮采用多壁碳纳米管。
5.根据权利要求1所述的纳米传动装置，其特征在于，所述主动带轮和/或从动带轮采用单壁碳纳米管，且单壁碳纳米管直径在5nm内。
6.根据权利要求2所述的纳米传动装置，其特征在于，所述主动带轮和从动带轮的碳管直径分别为8nm和4nm，石墨烯传动带带宽为10nm。
7.权利要求1所述的纳米传动装置在微纳加工车床领域内的应用。
8.权利要求1所述的纳米传动装置在医疗纳米机器人领域内的应用。
9.权利要求1所述的纳米传动装置在纳米尺寸进行修复作业的机器人领域内的应用。
10.权利要求1所述的纳米传动装置在离子运输领域的应用。
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Title
于敬舟: "热驱动碳纳米马达的转动测量数值模拟", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

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