分會(huì)

第三十五分會(huì)：膠體與界面化學(xué)

摘要

在生物系統(tǒng)中，我們經(jīng)常能觀察到個(gè)體之間通過相互作用自發(fā)組裝形成多樣的結(jié)構(gòu)和圖案。設(shè)計(jì)可以相互溝通與協(xié)作的微納機(jī)器人進(jìn)而研究它們的自組織行為，可以幫助理解非平衡態(tài)自組織行為。本研究中，我們發(fā)現(xiàn)在紫外燈照射下，PMMA-Ag Janus振蕩馬達(dá)會(huì)自發(fā)聚集形成迷宮狀斑圖，并且由于顆粒之間化學(xué)信號(hào)的傳遞體系中始終伴隨著波的傳播，我們主要對(duì)馬達(dá)的自組裝機(jī)制以及波和自組裝兩種群體行為間的耦合做了深入探討。從現(xiàn)象上講，馬達(dá)會(huì)先聚集成小的團(tuán)簇，小的團(tuán)簇進(jìn)一步吸引周圍顆粒并與其它團(tuán)簇結(jié)合形成更大團(tuán)簇最終形成斑圖。體系中的化學(xué)波會(huì)激發(fā)其傳播途徑上的馬達(dá)吸引周圍馬達(dá)，進(jìn)而讓馬達(dá)的吸引行為隨波傳遞，反之隨著斑圖的形成，波最終會(huì)被限制在馬達(dá)組裝形成的迷宮中傳播?；隈R達(dá)表面化學(xué)反應(yīng)我們認(rèn)為馬達(dá)自組裝主要是由表面反應(yīng)產(chǎn)生的離子擴(kuò)散不同導(dǎo)致的基板電滲流造成。通過對(duì)照不同顆粒密度下體系中兩種群體行為的狀態(tài)，我們猜測(cè)波的狀態(tài)改變的閾值也是馬達(dá)能自組裝的閾值。另外，實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)通過開關(guān)燈方式也能形成類似斑圖，并且通過調(diào)整開關(guān)燈頻率，改變光強(qiáng)，結(jié)構(gòu)光等手段可以調(diào)控斑圖特征長(zhǎng)度。 綜上，對(duì)PMMA-Ag震蕩馬達(dá)體系群體行為的研究及調(diào)控不僅為設(shè)計(jì)仿生微機(jī)器人和其他可以自發(fā)交流和組裝的智能材料提供了思路，它還能作為深入了解非線性特性的活性物質(zhì)的集體行為的模型。

關(guān)鍵詞

微馬達(dá);膠體;自組裝;化學(xué)波;斑圖

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