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CN111628625A - 一种光控制的电场驱动液态金属液滴的装置 - Google Patents

一种光控制的电场驱动液态金属液滴的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，包括水槽，电路板放置在水槽中并通过导线穿过水槽与控制电路连接，电源与控制电路连接，光传感器与针形电极紧密相邻并密集布置在电路板上，环形负电极环绕电路板放置，电路板被浇筑在透明填料中，仅露出针形电极的尖端；液态金属液滴浸没在电解液中，激光照射某个光传感器时，控制电路把与该光传感器紧密相邻的针形电极接通电源正极，在针形电极与环形负电极间的电解液中形成电场，就可以驱动液态金属液滴朝激光光斑向正极运动，照射不同位置的光传感器液态金属液滴就会沿着激光移动的轨迹运动。本发明可以应用于药物运输，微流体，生物芯片及微型机器人领域。

Description

一种光控制的电场驱动液态金属液滴的装置
技术领域
本发明属于微流体技术领域，特别涉及一种光控制的电场驱动液态金属液滴的装置。
背景技术
镓基液态金属合金是指铟、锡、锌、铋、银、铝中的至少一种金属与镓组成的二相或多相合金。镓基液态金属合金在室温下具有良好的机械流动性、低生物毒性、较高的导电性。镓基液态金属合金优异的理化特性使其在柔性电路、柔性机器人、传感器、微流体领域有广泛的应用前景。
过往的一些研究证明可以使用液态金属作为载具或驱动器。它们被用于载药、微型物体运输、液体泵送，机器人的驱动器。为了实现液态金属的致动，人们尝试了电场、离子不平衡、磁场等诸多方法。然而，这些方法存在着应用范围小、控制难、破坏液态金属本身性质、运动性能不佳等问题。
为了实现液态金属液滴在二维平面的快速、准确运动，本发明设计了一种光控制的电场驱动液态金属液滴的装置。本发明利用激光激活不同位置的光传感器来控制相应电极的通断，引导浸没在电解液中的液态金属液滴跟随激光运动。本发明的光控制的电场驱动液态金属液滴的装置具有结构简单、控制方法简单、液态金属液滴运动性能良好的特点，且适应于多种电解液中液态金属液滴运动的操控。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，成为一种全新的液态金属的运动控制方式，扩展了液态金属在微流体领域的应用，具有结构简单、控制方法简单、液态金属液滴运动性能良好的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，包括水槽1，电路板8放置在水槽1中并通过导线穿过水槽与控制电路10连接，电源11与控制电路10连接，光传感器3与针形电极4紧密相邻并密集布置在电路板8上，环形负电极9环绕电路板8放置；电路板8被浇筑在透明填料2中，仅露出针形电极4的尖端；液态金属液滴7浸没在电解液6中，激光5照射某个光传感器3时，控制电路10把与该光传感器3紧密相邻的针形电极4接通电源11正极，在针形电极4与环形负电极9间的电解液6中形成电场，就可以驱动液态金属液滴7朝激光5光斑运动，照射不同位置的光传感器3，液态金属液滴7就会沿着激光5移动的轨迹运动。
进一步地，所述水槽1是耐酸碱的塑料洗削加工制作的承托结构。
进一步地，所述光传感器3与针形电极4紧密相邻并密集布置在电路板8上，光传感器3被激光5照射时会被控制电路10接通正极。
进一步地，所述环形负电极9环绕电路板8放置，可以形成由环形负电极9指向针形电极4的电场。
进一步地，所述透明填料2浇筑覆盖电路板8，仅露出针形电极4的尖端。
进一步地，所述能够密封电路板8防止电解液6造成电路板8短路的透明填料2的材料为聚氨酯、环氧树脂、硅胶可固化的透明或半透明灌封胶。
进一步地，所述光传感器3的类型为光敏二极管、光敏三极管或其它光电传感器。
进一步地，所述针形电极4的材料为铁、钨、金或其它导电材料。
进一步地，所述环绕电路板8放置的环形负电极9的材料为石墨、钨或其它导电材料。
进一步地，所述液态金属液滴7的材料为铟、锡、锌、铋、银、铝中的至少一种金属与镓组成的二相或多相合金。
进一步地，所述液态金属液滴7的数量是一个或多个，所述激光5的数量是一个或多个，即单束激光5操控单个液态金属液滴7或多束激光5同时操控多个液态金属液滴7。
进一步地，所述液态金属液滴7始终在透明填料2的上表面，并始终浸没在电解液6中。
进一步地，所述控制电路10与电源11通过导线相连，控制电路10通过导线与光传感器3、针形电极4及环形负电极9相连，利用控制电路10检测光传感器3是否被照亮，进而控制针形电极4与电源11的通断。
进一步地，所述电源11为直流稳压电源，为电池或外部直流稳压源输入电源。
进一步地，所述透明填料2的上表面可打磨抛光或使用超疏水技术处理，从而减小液态金属液滴7与透明填料2上表面的阻力。
进一步地，所述电解液6为酸性电解液、碱性电解液或中性电解液，能够在接入电源的情况下形成电场及电流。
与现有技术相比，本发明利用光来控制液态金属液滴的运动，灵活性高，控制方法简单。本发明可操控液态金属液滴的数量为一个或多个，大大扩展了其应用范围。本发明利用光来控制的同时使用电场驱动，液态金属液滴运动性能良好。
附图说明
图1是本发明提出的一种光控制的电场驱动液态金属液滴的装置通过电池供电，使用一束激光控制单个液态金属液滴的纵剖结构示意图；
图2是本发明提出的一种光控制的电场驱动液态金属液滴的装置通过外部电源供电，使用三束激光束激光控制三个个液态金属液滴的俯视图示意图。
其中：水槽1，透明填料2，光传感器3，针形电极4，激光5，电解液6，液态金属液滴7，电路板8，环形负电极9，控制电路10，电源11。
具体实施方式
实施例1：
图1是本发明提出的一种光控制的电场驱动液态金属液滴的装置通过电池供电，使用一束激光控制单个液态金属液滴的纵剖结构示意图。本实施例中，水槽1是耐酸碱的有机玻璃洗削加工制作的承托结构，电路板8放置在水槽正中央通过导线与控制电路10相连。电源11使用电池供电，通过导线连接到控制电路10和环形负电极9上。光传感器3为光敏三极管，针形电极4的材料为铁，它们紧密相邻并密集布置在电路板8上。环绕电路板8放置的环形负电极9的材料为石墨，透明填料2为环氧树脂，浇筑覆盖电路板8，仅露出针形电极4的尖端。所述电解液6为0.3mol/L的氢氧化钠溶液，单个液态金属液滴7始终在透明填料2的上表面，并始终浸没在电解液6中。激光5照射某个光传感器3时，控制电路10把与该光传感器3紧密相邻的针形电极4接通电源11正极，在针形电极4与环形负电极9间的电解液6中形成电场，就可以驱动液态金属液滴7朝激光5光斑运动，照射不同位置的光传感器3，液态金属液滴7就会沿着激光5移动的轨迹运动。如图1所示，箭头表明了此时该液态金属液滴7的运动方向。
实施例2：
图2是本发明提出的一种光控制的电场驱动液态金属液滴的装置通过外部电源供电，使用三束激光束激光控制三个个液态金属液滴的俯视图示意图。本实施例中，水槽1是耐酸碱的有机玻璃洗削加工制作的承托结构，电路板8放置在水槽正中央通过导线与控制电路10相连。电源11使用外部直流稳压源输入电源供电，通过导线连接到控制电路10和环形负电极9上。光传感器3为光敏三极管，针形电极4的材料为钨，它们紧密相邻并密集布置在电路板8上。环绕电路板8放置的环形负电极9的材料为铜，透明填料2为聚氨酯，浇筑覆盖电路板8，仅露出针形电极4的尖端。所述电解液6为0.5mol/L的盐酸溶液，三个液态金属液滴7始终在透明填料2的上表面，并始终浸没在电解液6中。三束激光5分别照射三个光传感器3时，控制电路10把与三个光传感器3紧密相邻的针形电极4接通电源11正极，在针形电极4与环形负电极9间的电解液6中形成电场，就可以驱动三个液态金属液滴7朝三束激光5光斑运动，照射不同位置的光传感器3，三个液态金属液滴7就会分别沿着三束激光5移动的轨迹运动。如图2所示，三个箭头表明了此时三个液态金属液滴7的运动方向。
最后所应说明的是，以上一种光控制的电场驱动液态金属液滴的装置的实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (16)

1.一种光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，包括水槽(1)，电路板(8)放置在水槽(1)中并通过导线穿过水槽与控制电路(10)连接，电源(11)与控制电路(10)连接，光传感器(3)与针形电极(4)紧密相邻并密集布置在电路板(8)上，环形负电极(9)环绕电路板(8)放置；电路板(8)被浇筑在透明填料(2)中，仅露出针形电极(4)的尖端；液态金属液滴(7)浸没在电解液(6)中，激光(5)照射某个光传感器(3)时，控制电路(10)把与该光传感器(3)紧密相邻的针形电极(4)接通电源(11)正极，在针形电极(4)与环形负电极(9)间的电解液(6)中形成电场，就可以驱动液态金属液滴(7)朝激光(5)光斑运动，照射不同位置的光传感器(3)，液态金属液滴(7)就会沿着激光(5)移动的轨迹运动。
2.根据权利要求1所述光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，所述水槽(1)是耐酸碱的塑料洗削加工制作的承托结构。
3.根据权利要求1所述光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，所述光传感器(3)与针形电极(4)紧密相邻并密集布置在电路板(8)上，光传感器(3)被激光(5)照射时会被控制电路(10)接通正极。
4.根据权利要求1所述光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，所述环形负电极(9)环绕电路板(8)放置，可以形成由环形负电极(9)指向针形电极(4)的电场。
5.根据权利要求1所述光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，所述透明填料(2)浇筑覆盖电路板(8)，仅露出针形电极(4)的尖端。
6.根据权利要求5所述光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，所述能够密封电路板(8)防止电解液(6)造成电路板(8)短路的透明填料(2)的材料为聚氨酯、环氧树脂、硅胶可固化的透明或半透明灌封胶。
7.根据权利要求3所述光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，所述光传感器(3)的类型为光敏二极管、光敏三极管或其它光电传感器。
8.根据权利要求3所述光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，所述针形电极(4)的材料为铁、钨、金或其它导电材料。
9.根据权利要求4所述光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，所述环绕电路板(8)放置的环形负电极(9)的材料为石墨、钨或其它导电材料。
10.根据权利要求1所述光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，所述液态金属液滴(7)的材料为铟、锡、锌、铋、银、铝中的至少一种金属与镓组成的二相或多相合金。
11.根据权利要求1所述光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，所述液态金属液滴(7)的数量是一个或多个，所述激光(5)的数量是一个或多个，即单束激光(5)操控单个液态金属液滴(7)或多束激光(5)同时操控多个液态金属液滴(7)。
12.根据权利要求1所述光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，所述液态金属液滴(7)始终在透明填料(2)的上表面，并始终浸没在电解液(6)中。
13.根据权利要求1所述光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，所述控制电路(10)与电源(11)通过导线相连，控制电路(10)通过导线与光传感器(3)、针形电极(4)及环形负电极(9)相连，利用控制电路(10)检测光传感器(3)是否被照亮，进而控制针形电极(4)与电源(11)的通断。
14.根据权利要求13所述光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，所述电源(11)为直流稳压电源，为电池或外部直流稳压源输入电源。
15.根据权利要求12所述光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，所述透明填料(2)的上表面可打磨抛光或使用超疏水技术处理，从而减小液态金属液滴(7)与透明填料(2)上表面的阻力。
16.根据权利要求12所述光控制的电场驱动液态金属液滴的装置，其特征在于，所述电解液(6)为酸性电解液、碱性电解液或中性电解液，能够在接入电源的情况下形成电场及电流。
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