一种液态金属驱动的微型运载装置制造方法及图纸

一种液态金属驱动的微型运载装置，包括运载结构，运载结构与附着结构相连，液态金属轮通过浸润连接在附着结构上；液态金属轮浸没在电解液中，当电源作用于电解液，在电解液中形成电场，就可以驱动液态金属轮运动，进而拉动运载结构，利用控制电路可以在不同液态金属轮上产生大小不同的力，从而使得微型运载装置前进后退或转向；本发明专利技术有着结构简单，成本低廉的特点，还可以通过不同运载结构的设计以及液态金属轮注射量的调节，实现不同大小的微型运载装置，同时由于液态金属轮柔性的特点，受到外力作用可以产生形变并恢复原状，因而在轨道中运行时不会被卡住或因为碰撞而导致结构受损；本发明专利技术可以应用于微流体，生物芯片以及微型机器人等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微流体
，特别涉及一种液态金属驱动的微型运载装置。
技术介绍
液态金属是一种熔点在室温范围内的金属材料，在低温下呈现固体金属性状而在常温或高温下呈现液体形态。液态金属通常以镓金属及其合金为主，包括镓铟合金以及镓铟锡合金等。其具有良好的导电性能以及导热性能，同时具有金属光泽，在液体状态下具有良好的流动性能以及表面张力等特性。液态金属具有一定的浸润性，利用液态金属墨水，可以制成柔性力学传感器，或电子打印电路。也可以结合其导电性能以及流动性能制成可直接使用电力驱动的电磁泵。近年来清华大学刘静研究团队发现，当液态金属液滴处于溶液环境中时，在外加电场作用下能够产生表面电势梯度，导致液滴不同位置的表面张力有差异，进而形成流动，推动液滴在溶液中向电源正极运动。利用液态金属的这种运动特点，可以将其作为驱动结构，来设计制造微型运载体。在生物芯片，微流体以及微型机器人等领域，经常需要搬运特定物品，如生物标本等。现有的机械搬运结构需要用到齿轮丝杠等刚性结构，灵活性较差，且在微型运载装置的设计中，由于机械加工的尺度问题，往往不能实现微型的运载装置或加工成本高昂。液态金属作为一种液体材料，在受到外力作用时可以产生一定的形变，进而吸收能量并形成对被运载物质的保护。通过注射的方式可以调节液态金属液滴的大小，从而实现灵活的设计。结合液态金属的物理化学特性以及在微流体和微型机器人中的需求，本专利技术提出了这种液态金属驱动的微型运载装置设计。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种液态金属驱动的微型运载装置，结合液态金属液滴在多种溶液环境下，能够被电场驱动并向电源正极运动的特点，将液态金属作为驱动结构，能够在溶液环境中搭载一定质量的物体并根据需要进行运载，可应用于微流体以及微型机器人的设计当中，具有灵活可靠，结构简单，成本低廉的优点。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种液态金属驱动的微型运载装置，包括运载结构6，运载结构6连接在液态金属轮8上，液态金属轮8浸没在电解液2中，利用电源5作用于电解液2在其中形成电场，驱动液态金属轮8运动，进而拉动运载结构6。所述运载结构6可以是3D打印制作的空心结构，能够搭载需要被运载的其他物质或驱动所需的电源5以及控制电路4。所述运载结构6漂浮在电解液2上，不与容器相接触从而减小运动阻力。运载结构6与附着结构7连接，附着结构7使用能够和液态金属材料相互浸润的金属材料如铜、银或金等构成，通过浸润作用连接在液态金属轮8上。且与液态金属接触后能保持一定的稳定性而不被电化学作用腐蚀。所述液态金属轮8是利用液态金属定量注射形成的球状液态金属液滴，所用液态金属为熔点在室温范围内的镓金属或镓基合金，包括镓铟合金以及镓铟锡合金。液态金属轮8浸没在电解液2中，在外界电场作用下会向电源正极方向产生移动。液态金属轮8的数量可以是一个或多个。所述电源5连接有控制电路4，利用控制电路4在不同液态金属轮8上产生大小不同的力，从而使得运载结构6前进、后退或转向。所述控制电路4在运载结构6之外或者集成在运载结构6上，通过有线或遥控的方式调节加载在液态金属轮8上的电压值，从而调节运载结构6的运动方向以及速度。所述电源5为直流稳压电源，为外部稳压源输入电源或搭载在运载结构6上的微型电池。所述电解液2是碱性电解液、中性电解液或酸性电解液，能够在接入电源之后形成电场以及相应电流。综上所述，本专利技术提出了一种液态金属驱动的微型运载装置，相比于传统机械加工，以螺杆、齿轮等实现的运载结构，本专利技术有着结构简单，成本低廉的特点。还可以通过不同运载结构的设计以及液态金属轮注射量的调节，实现不同大小的微型运载装置，用于不同场合的运载需求。同时由于液态金属轮柔性的特点，受到外力作用可以产生形变并恢复原状，因而在轨道中运行时不会被卡住或因为碰撞而导致结构受损。可以应用于微流体，生物芯片以及微型机器人等领域。所运载的物质质量可以通过设计不同规格尺寸的运载结构进行适配。本专利技术可以通过外部电源驱动，也可以将电池及控制电路置于运载体上随运载体一起运动，配合有线或无线遥控的方式，实现运载装置的前进后退以及转向等运动。附图说明图1是本专利技术提出的一种液态金属驱动的微型运载装置通过外置电源及控制电路进行驱动的侧视图示意图。图2是本专利技术提出的一种液态金属驱动的微型运载装置通过内置电源及控制电路进行驱动的俯视图示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。实施例1：图1为本专利技术提出的一种液态金属驱动的微型运载装置通过外置电源以及控制电路进行驱动的侧视图示意图。电解液2置于容器1中，微型运载装置包括运载结构6、附着结构7以及液态金属轮8。其中运载结构6为3D打印的船形塑料结构，漂浮在电解液2的表面上。附着结构7为直径1mm的铜棒，上端与运载结构6通过胶水粘接，下端通过浸润作用与液态金属轮8相连。液态金属轮8浸没在电解液2中。本实施例中电解液2为浓度是0.5mol/L的氢氧化钠溶液。控制电路4与电源5相连且位于容器1的外部，通过控制电路4以及电源5伸出电极3，电极3插入电解液2中并形成电场。本实施例中右端为电极3正极，左端为电极3负极。通电后液态金属轮被驱动，其运动方向如箭头所示朝向电极3正极。同时牵拉附着结构7以及运载结构6向相同的方向运动，运载结构6内部的生物样品也被运送至右侧，实现所述功能。实施例2：图2为本专利技术提出的一种液态金属驱动的微型运载装置通过内置电源及控制电路进行驱动的俯视图示意图。容器1为槽道，电解液2置于槽道中，微型运载装置包括运载结构6、附着结构7以及四个液态金属轮8.运载结构6为3D打印的船型塑料结构，漂浮在电解液2的表面上。电解液2为0.2mol/L的盐酸溶液。附着结构7为直径1.2mm的铜棒，一端与运载结构6通过胶水粘接，另一端通过浸润作用与液态金属轮8相连，铜棒的非接触端附着有绝缘漆。液态金属轮8浸没在电解液2中。控制电路4与电源5相连且位于运载结构6内部，电源5使用3.7V的锂离子电池，控制电路4与电源5相连且沿着附着结构7引出了电极3，每个液态金属轮8的旁边分别有一组正负电极，其中上端为正极，下端为负极，如图2所示。控制电路4调节每个液态金属轮8旁边的电压大小，从而产生不同的驱动力，以驱动微型运载装置前进或在槽道中转向。被运送物质位于运载结构6内随着微型运载装置一起运动，运动方向如箭头所示，实现专利技术所述功能。最后所应说明的是，以上利用液态金属驱动的微型运载装置的实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本专利技术的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本专利技术的权利要求范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液态金属驱动的微型运载装置，其特征在于，包括运载结构(6)，运载结构(6)连接在液态金属轮(8)上，液态金属轮(8)浸没在电解液(2)中，利用电源(5)作用于电解液(2)在其中形成电场，驱动液态金属轮(8)运动，进而拉动运载结构(6)。

【技术特征摘要】
1.一种液态金属驱动的微型运载装置，其特征在于，包括运载结构(6)，运载结构(6)连接在液态金属轮(8)上，液态金属轮(8)浸没在电解液(2)中，利用电源(5)作用于电解液(2)在其中形成电场，驱动液态金属轮(8)运动，进而拉动运载结构(6)。2.根据权利要求1所述液态金属驱动的微型运载装置，其特征在于，所述运载结构(6)是3D打印制作的空心结构。3.根据权利要求1所述液态金属驱动的微型运载装置，其特征在于，所述运载结构(6)漂浮在电解液(2)上，与附着结构(7)连接，附着结构(7)使用能够和液态金属材料相互浸润的金属材料构成，通过浸润作用连接在液态金属轮(8)上。4.根据权利要求3所述液态金属驱动的微型运载装置，其特征在于，所述能够和液态金属材料相互浸润的金属材料为铜、银或金。5.根据权利要求1所述液态金属驱动的微型运载装置，其特征在于，所述液态金属轮(8)是利用液态金属定量注射形成的球状液态金属液滴，所用液态金属为熔点在室温范围内的镓金属或镓基合金。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：姚又友，刘静，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11