【《光驱动纳米粒子的几何结构研究文献综述》2200字】

微纳米粒子的结构对其运动有重要影响。不同结构的微纳米粒子有不同特点，以便适应变化的环境或更方便地完成一些复杂的任务。目前研究中，满足这些需求的结构主要有四种：微球结构、纳米棒结构、管状结构和非对称分支结构REF_Ref72276514\r\h[28]。微球是种尺寸很小的球形微粒，直径一般在0.1~100μm之间。微球具有流线型结构，在流体中运动时能有效降低粘性阻力。由于微球具有广泛的适用性，可以应用于上述四种驱动方式在内的各种场合，而且微球通常由某些金属或金属氧化物制成。例如通过在Au微球上沉积Pt薄膜，可以合成一种导电的Au/PtJanus纳米电机。这种双金属Au/Pt微电机能在H2O2溶液中快速运动，并能自动修复导电薄膜上的裂纹。由于Au和Pt都相对昂贵，所以一些廉价的半导体材料，如SiO2和TiO2也用来形成微球。由于自电泳驱动机制，TiO2/Au微电机的运动速度不仅取决于光强，还取决于Au的厚度。Au修饰三氧化钨碳微球（Au/WO3@C）微纳米粒子呈微球状，平均直径为1μm，如图1-11所示。WO3纳米颗粒通过溶液工艺修饰在碳微球表面的REF_Ref72276514\r\h[36]。图1-11Au/WO3@C微球纳米粒子的SEM图REF_Ref72276514\r\h[28]地球上大多数微生物进化成微球形状以适应环境，因此人工微球纳米粒子有望比其他结构具有更好的性能。因为简单和容易激活的模型，微球的最大速度可达50体长/s，比其他结构快得多。然而目前所制备的微球结构也面临着均匀性差的问题，这对于微纳米粒子的大规模应用至关重要。纳米棒通常由金属或半导体材料合成，其长宽比为3~5。配体充当形状控制剂，并以不同强度与纳米棒的不同面结合，这使得纳米棒不同面以不同的速度生长。大多数纳米棒是用模板合成的，其中包括阳极氧化铝和一些有机金属聚合物材料。纳米棒的运动通常利用自电泳推进。由于纳米棒的两侧是由不同的光催化材料制成，两边分别发生氧化反应和还原反应，电荷从一侧向另一侧移动，从而形成自生电场来驱动微纳米粒子。如图1-12所示，表示Au纳米棒的SEM和透射电子显微镜图REF_Ref72276560\r\h[29]。在紫外到可见光照射下，光电化学反应在Au纳米棒的两端产生阴离子和阳离子，导致产生的离子分布不对称，通过自电泳来推动纳米棒。为了更好地控制纳米棒运动，Wang等研究了运动对纳米棒结构的依赖性，揭示了运动行为随纳米棒末端形态的变化而变化REF_Ref72276572\r\h[30]。图1-12Au纳米棒的SEM和透射电子显微镜图REF_Ref72276560\r\h[29]与纳米棒不同的是，纳米管结构大多利用中空结构气泡诱导的推进力运动。管内发生化学反应产生气泡，气泡变大后从管内释放出来。因此两端的大小往往设计得有点不同，以帮助气泡从较宽的一侧释放出来。连续排出气泡时产生的后坐力会推动管状物体高速运动，远离释放气泡的末端。目前已具有纳米管结构的ZnO/Pt微纳米粒子[31]，如图1-13。还有用TiO2纳米管作为催化剂催化H2O2分解生成气泡。由于纳米管内部的宽度不同，气泡会变大，并从较宽的一侧释放出来，这保证了纳米管的运动方向。此外还有另一种基于TiO2纳米管的微型电机。在紫外光照射下，它们的运动速度可以很高，但在15%H2O2溶液中其方向难以控制。图1-13聚碳酸酯膜模板法制备ZnO/Pt微火箭的工艺及SEM图REF_Ref72276593\r\h[31]不对称分支总是由对立的不同材料组成。在光照下光驱动的光电化学反应在相反的两端产生阴离子和阳离子，导致产生的离子分布不对称，从而通过自电泳来推动微纳米粒子。与纳米棒不同的是，不对称分支的结构可以在一端有许多小分支，这有利于化学反应从而产生更强的驱动力。目前已有基于Janus纳米树结构制备了可驱动微纳米粒子，如图1-5b所示，其中TiO2纳米线分支生长在p型硅纳米线树干上，在这种纳米树中，TiO2分支和硅纳米线分别作为光电阳极和光电阴极。转化机制一般基于一些典型的可逆反应，其中包括周环反应、顺-反异构化、离解过程、以及氧化还原反应等，这些反应会造成物质物理和化学性质的改变（如表面自由能与液晶排列）。在大型支化结构的遮光作用下，支化结构周围会形成