Adv. Mater. 武汉理工大学：光控各向异性半导体微电机

【引言】

自推进人工微米纳米马达吸引了越来越多的人的兴趣，但是各研究人员面临的一个极具挑战性的瓶颈问题就是运动方向以及速度的非可控性。由于受到自然界中生物趋光性的现象的启发，研究人员论证了一种智能光敏纳米马达，该马达具有正向或者反向的趋光性类似于光敏微生物。

【研究成果】

近日武汉理工大学官建国教授，张清杰教授（共同通讯作者）率领的研究团队通过利用入射光受限的射入深度以及半导体的光敏特性，该团队论证了微米/纳米马达可以有准确的光控运动速度以及运动方向。在一束光的刺激下，该微米/纳米马达会产生一定浓度梯度的光催化产物，这些产物的空间分布受到入射光方向控制，但是不受自身旋转的影响。这使得其具有一些显著的性能包括由光诱导在马达表面的反应所造成的运动的方向性即正向或者负向的仿生趋光性。这样该团队开发的微米马达就可以在较高的时空分辨率中用来运送纳米货物。探索出了一种新型的制备结构简单，方向可控的生物微米纳米马达。

【图文导读】

图一：TiO2微米马达负趋光性

（a）直径1.2 µm的微米马达的UV坐标示意图；

（b）X方向以及Y方向光源的开关周期；

（c）TiO2微米马达以0.001 wt% H2O2水溶液为燃料的运动轨迹以及其所对应的时间。

图二：在有限入射光下的TiO2微米球形马达趋光性的机理论证

（a）各向同性TiO2微米马达线性趋光性的示意图， 为入射光与法线之间的夹角；

（b）在不同的辐照时间间隔下，TiO2微米马达周围O2的浓度。

图三：具有不同直径的微米马达的运动行为以及直径0.4µm马达周围氧气的浓度的数值模拟

（a）在不同直径下，TiO2微米马达典型的运动轨迹；

（b）直径0.4µm马达周围模拟产物浓度分布。

图四：在不同入射光角度下，TiO2微米马达的运动行为以及产物分布

（a）在不同入射光角度下，TiO2微米马达的运动轨迹；

（b、c）在 为47o以及0o下，TiO2微米马达周围的产物浓度模拟；

（d）沿着X轴方向，不同 下的模拟净浓度梯度。

图五：Ag3PO4、 ZnO、 CdS微米马达在有限入射光下的趋光性

（a）Ag3PO4、 ZnO、 CdS微米马达在X-Y平面上的位移；

（b）ZnO正趋光性示意图。

图六：TiO2操纵粒子运动的光学图像

图中TiO2马达直径3.5µm，三个纳米粒子直径1µm，在0.66 wt% H2O2水溶液中，微米马达把纳米粒子运送到一起。

文献链接：Light-Steered Isotropic Semiconductor Micromotors（Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma. 201603374）

本文由材料人编辑部电子电工学术组seeding供稿，材料牛编辑整理。

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