CN111301651B - 一种持续自驱动微型船 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种持续自驱动微型船，包括船身、支撑架、储水槽、楔形运水轨道和水射流斜孔。微型船船身两侧与支撑架底部通过螺栓连接固定或通过卡扣固定，支撑架顶部与储水槽底部可通过螺栓连接或焊接，储水槽与楔形运水轨道可通过焊接或一体成型直接加工获得。储水槽与楔形运水轨道的外部为超疏水区域，内部轨道为超亲水区域。水射流斜孔为一与微型船船身呈一定倾斜角度的超亲水斜孔，位于楔形运水轨道出水口的正下方。本发明装置具有应用范围广，运输速度快，运输路程远等优点，可在水面上实现长距离持续自驱动运输。
Description
技术领域
本发明属于自驱动运输装置技术领域，涉及一种持续自驱动运输微型船。
背景技术
持续自驱动运输是指无需外部动力源即可自发地实现长距离运输，在清洁污水、运输靶向药物、去除浮油等领域展现出潜在的应用前景。现有的自驱动方式根据驱动原理的不同，可分为气泡驱动型和表面张力梯度驱动型等两种。气泡驱动型是指通过化学反应在装置尾部产生气泡进而推进结构实现自驱动运动。文献Advanced Materials,2015,27,4411报道了一种将催化物Pt、MnO2等纳米颗粒安装在3D打印的仿生鱼尾部，并将整个装置放置在双氧水面上，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很小，仅限于在双氧水环境中，且运动轨迹无规律，限制了其在实际工业生产中的大规模应用。表面张力梯度驱动型是指利用液体的表面张力梯度对装置施加驱动力。文献Journal of The American Society,2009,131,5396报道了一种将聚光灯照射在一侧嵌有垂直排列的碳纳米管簇的聚二甲基硅氧烷(PDMS)块上，依靠水面的热表面张力梯度推动水面上的物体,但该装置的驱动速度缓慢，且需要持续的光照。文献Journal of the American Chemical Society.2009,131,5012-5013报道了一种将混有表面活性剂的油滴滴在水面，由于表面活性剂的不均匀分布引起的表面张力梯度可推进油滴实现自驱动运输。综上所述，现有的自驱动方式存在使用双氧水、表面活性剂等有毒化学试剂或额外需施加光源等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绿色环保、可在水面实现长距离持续自驱动运输的微型船。
本发明的技术方案：
一种持续自驱动微型船，包括船身1、支撑架2、储水槽3、楔形运水轨道4和水射流斜孔5。所述船身(1应具有超疏水性；船身1内部的两侧与支撑架2底部的两端通过螺栓连接固定或通过卡扣直接固定，支撑架2顶部与储水槽3底部可通过螺栓连接或焊接。所述储水槽3与楔形运水轨道4可通过焊接连接或者一体成型直接加工获得，所述储水槽3与楔形运水轨道4材料可以是金属或塑料。所述的楔形运水轨道4为超亲水区域，对水的接触角小于10°，所述楔形运水轨道4外部的储水槽3区域为超疏水区域，对水的接触角大于160°。所述的水射流斜孔5为设置在船身1底面的超亲水斜孔，倾斜角度为30°到60°，微型船上的水射流斜孔5位于楔形运水轨道4出水口的正下方。所述的水射流斜孔5为通孔，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，孔径可根据所需微型船的运输速度要求以及楔形运水轨道4的出水口水滴的体积加工出不同规格。
本发明与现有的自驱动运输装置相比具有如下优点：
(1)本发明结构简单，无需使用昂贵的材料，应用范围广。
(2)本发明利用水滴在船身表面受到的拉普拉斯压力在水射流斜孔孔处产生水射流的反作用力推动微型船向前驱动，微型船在运动过程中无任何化学反应，真正的实现清洁动力源。
(3)本发明通过楔形运水轨道可以有效的将储水槽中的水运输到微型船的斜孔上方，持续产生与水射流方向相反的推动力，驱动距离远，运动速度快。
(4)本发明微型船可以根据楔形运水轨道末端出水口的出水量、水射流斜孔的孔径大小以及斜孔的倾斜角度来设定微型船的运输速度。
附图说明
图1为本发明的一种持续自驱动微型船的装置结构示意图；
图2为图1中储水槽与楔形运水轨道的结构示意图。
图1中，1船身，2支撑架，3储水槽，4楔形运水轨道，5水射流斜孔；
图2中，a储水槽的外部超疏水区域，b储水槽的内部超亲水区域。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种可实现持续自驱动微型船的结构如图1所示，包括船身1、支撑架2、储水槽3、楔形运水轨道4和水射流斜孔5。船身1材料为超疏水铝片，整个船身1的厚度为0.60mm，长度为40mm，宽度为15mm，超疏水性通过纳米激光融蚀以及低表面能材料修饰获得，对水的接触角不小于160°。船身1内部两侧与支撑架2底部通过螺栓连接固定，支撑架2与储水槽3的槽底通过焊接连接。储水槽3的高度为10mm。储水槽3与楔形运水轨道4采用一体成形直接加工获得，加工方式为激光切割，材质为铝片。楔形运水轨道4上的轨道为超亲水区域b，采用激光融蚀加工获得，储水槽3的其余部分为超疏水区域a，储水槽3与楔形运水轨道4的结构示意图如图2所示。水射流斜孔5的轴心线与船身1船身的夹角为45°，距离船尾10mm，采用激光加工获得，孔径大小为0.50mm。通过调节楔形运水轨道4的方向，使其末端出水口正对于水射流斜孔5上方，这样，末端出水口的水滴便可持续聚集并滴落在水射流斜孔5上方，在拉普拉斯压力的作用下，水射流产生的反作用力可推动微型船向前运动。
具体使用方式：将本发明所述微型船放置于水面上，并在储水槽3中注满水，楔形运水轨道4便可将储水槽3中的水运到轨道的末端，水量增多便可聚集成水滴从运水轨道的末端滴落，水滴正好落于水射流斜孔5上方，在拉普拉斯压力的作用下，水射流产生的反作用力推动微型船向前运动。随着储水槽3中水的缓慢释放，微型船可在水面上持续运动，微型船的运动速度可达4.3mm/s。
Claims (1)
1.一种持续自驱动微型船，其特征在于，所述的持续自驱动微型船包括船身(1)、支撑架(2)、储水槽(3)、楔形运水轨道(4)和水射流斜孔(5)；所述船身(1)具有超疏水性；船身(1)内部的两侧与支撑架(2)底部的两端通过螺栓连接固定或通过卡扣直接固定，支撑架(2)顶部与储水槽(3)底部通过螺栓连接或焊接；所述储水槽(3)与楔形运水轨道(4)通过焊接连接或者一体成型直接加工获得，所述储水槽(3)与楔形运水轨道(4)材料是金属或塑料；所述的楔形运水轨道(4)为超亲水区域，对水的接触角小于10°，所述楔形运水轨道(4)外部的储水槽(3)区域为超疏水区域，对水的接触角大于160°；所述的水射流斜孔(5)为设置在船身(1)底面的超亲水斜孔，倾斜角度为30°到60°，微型船上的水射流斜孔(5)位于楔形运水轨道(4)出水口的正下方；所述的水射流斜孔(5)为通孔，大端直径的加工范围是0.35～0.80mm，小端直径的加工范围是0.20～0.80mm，孔径根据所需微型船的运输速度要求以及楔形运水轨道(4)的出水口水滴的体积加工出不同规格。
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