一种石墨烯基螺旋微纳机器人及其加工方法

本发明涉及微纳机器人，尤其涉及一种石墨烯基螺旋微纳机器人及其加工方法。

背景技术：

1、微纳机器人是一种尺寸在微米甚至是纳米级别的机器人，可以通过电场、磁场、声场等外部场进行远程操控。螺旋型结构是微纳机器人最为经典的一种结构，通常是通过绕螺旋轴旋转实现自身的推进运动。近15年，微纳机器人由于其极小的体积，以及能够代替人类在极端环境和极度狭小的空间内工作等优势开始了急速发展。在体内药物传递、细胞内生物传感、微创手术、环境修复以及纳米级制造等领域都出现了微纳机器人的重要应用。

2、基于微纳机器人的微纳尺度，微纳机器人的加工通常采用多种微纳米制造技术，包括模板辅助电化学沉积、掠射角沉积、湿法化学合成法和3d打印等技术。但这些微纳米制造技术都具有一定的弊端：模板辅助电化学沉积和掠射角沉积技术可加工的机器人形状、结构有限，而且对环境要求极高，还有可能产生对环境有害的产物；湿法化学合成法所获得的结构可控性较差；3d打印技术需要昂贵的设备和复杂的操作，且能够应用的材料十分有限。

3、中国专利cn113352293a公开了一种通过飞秒激光全息光场加工金属螺旋微纳机器人的方法，其通过全息光场结合3d打印加工出高精度的金属螺旋型微纳机器人，解决了加工的结构可控性。该专利技术不足之处在于这种加工方式所需的操作复杂，加工的设备昂贵，所使用的材料选择有限，无法满足微纳机器人简单快速的加工。

4、另外，以上述工艺加工做得的螺旋微纳机器人为实心结构，运载能力有限，而且，实心结构的螺旋微纳机器人密度较大，其密度大于比水、乙醇、过氧化氢、人体血液、污染水等常见应用场景中的液体。因此，在螺旋微纳机器人的实际操控过程中会触底产生近壁效应，操控较困难，微纳机器人的实际运动轨迹和给定运动轨迹有一定的出入。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种石墨烯基螺旋微纳机器人的加工方法，操作简单难度低、加工快速、材料易得，获得的微纳机器人螺旋结构的一致性好，适用于大规模快速生产。

2、本发明的目的在于提出一种石墨烯基螺旋微纳机器人，具有密度小、运载能力强的特点。

3、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

4、一种石墨烯基螺旋微纳机器人的加工方法，包括以下步骤：

5、a、将激光器照射在工作区域的光斑调整为三角形光斑；

6、b、将碳基薄膜平整的放置于激光器工作区域，采用直线扫描的方式在碳基薄膜上进行激光加工，生成的石墨烯为螺旋状，得到石墨烯基螺旋状前驱体；

7、c、对石墨烯基螺旋状前驱体进行磁控溅射镀膜；

8、d、将镀膜后的石墨烯基螺旋状前驱体磁化，得到石墨烯基螺旋微纳机器人。

9、进一步的，所述步骤a中，所述激光器具有平场透镜，所述平场透镜中的透镜偏移距离为10-15mm以及旋转角度为10°-20°，使激光器照射在工作区域的光斑为三角形。

10、进一步的，所述步骤b中，直线扫描的方向平行于所述三角形光斑的任意一条边。

11、进一步的，所述步骤b中，所述光斑的直径为25-35μm，激光加工的激光波长为340-360nm，激光功率为9w-11w。

12、进一步的，所述步骤b中，所述碳基薄膜选自聚酰亚胺薄膜和聚醚酰亚胺薄膜中的一种。

13、进一步的，所述步骤b中，光斑按顺序在碳基薄膜进行多线端加工，得到多个石墨烯基螺旋状前驱体。

14、进一步的，所述步骤c中，磁控溅射镀膜使用的磁性金属靶材选自ni、fe、co、fe3o4中的任意一种。

15、进一步的，所述步骤d中，将镀膜后的石墨烯基螺旋状前驱体在强磁铁的磁场中进行磁化，磁感线方向垂直于石墨烯基螺旋状前驱体的螺旋轴。

16、进一步的，所述强磁铁磁场强度为400-500mt。

17、一种石墨烯基螺旋微纳机器人，该石墨烯基螺旋微纳机器人由上述的石墨烯基螺旋微纳机器人的加工方法制备而得。

18、本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：

19、基于现有技术中螺旋微纳机器人加工成本高、操作复杂和结构局限的问题，本发明提供一种石墨烯基螺旋微纳机器人的加工方法，该方法操作简单，各步骤均无需特殊环境，在室温和大气压强下能够简单快速加工出螺旋型微纳机器人，同时，获得的微纳机器人螺旋结构的一致性好。

20、本本发明加工所得的石墨烯基螺旋微纳机器人有如下优势：

21、1、结构优势：本方案中的石墨烯基螺旋微纳机器人是多孔结构有更大的比表面积，在其常见的应用领域：如药物传递和环境修复领域，拥有更大的药物装载量或重金属离子吸附量；

22、2、操控优势：石墨烯基微纳机器人密度可调，可以根据实际应用场景调整自身密度，实现在各种应用场景中的悬浮前进，避免不可控的近壁效应，操控简单。

技术特征：

1.一种石墨烯基螺旋微纳机器人的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的石墨烯基螺旋微纳机器人的加工方法，其特征在于，所述步骤a中，所述激光器具有平场透镜，所述平场透镜中的透镜偏移距离为10-15mm以及旋转角度为10°-20°，使激光器照射在工作区域的光斑为三角形。

3.根据权利要求1所述的石墨烯基螺旋微纳机器人的加工方法，其特征在于，所述步骤b中，直线扫描的方向平行于所述三角形光斑的任意一条边。

4.根据权利要求1所述的石墨烯基螺旋微纳机器人的加工方法，其特征在于，所述步骤b中，所述光斑的直径为25-35μm，激光加工的激光波长为340-360nm，激光功率为9w-11w。

5.根据权利要求1所述的石墨烯基螺旋微纳机器人的加工方法，其特征在于，所述步骤b中，所述碳基薄膜选自聚酰亚胺薄膜和聚醚酰亚胺薄膜中的一种。

6.根据权利要求1所述的石墨烯基螺旋微纳机器人的加工方法，其特征在于，所述步骤b中，光斑按顺序在碳基薄膜进行多线端加工，得到多个石墨烯基螺旋状前驱体。

7.根据权利要求1所述的石墨烯基螺旋微纳机器人的加工方法，其特征在于，所述步骤c中，磁控溅射镀膜使用的磁性金属靶材选自ni、fe、co、fe3o4中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的石墨烯基螺旋微纳机器人的加工方法，其特征在于，所述步骤d中，将镀膜后的石墨烯基螺旋状前驱体在强磁铁的磁场中进行磁化，磁感线方向垂直于石墨烯基螺旋状前驱体的螺旋轴。

9.根据权利要求8所述的石墨烯基螺旋微纳机器人的加工方法，其特征在于，所述强磁铁磁场强度为400-500mt。

10.一种石墨烯基螺旋微纳机器人，其特征在于，该石墨烯基螺旋微纳机器人由权利要求1-9任一项所述的石墨烯基螺旋微纳机器人的加工方法制备而得。

技术总结
本发明涉及微纳机器人技术领域，尤其涉及一种石墨烯基螺旋微纳机器人及其加工方法。该加工方法，包括以下步骤：A、将激光器照射在工作区域的光斑调整为三角形光斑；B、将碳基薄膜平整的放置于激光器工作区域，采用直线扫描的方式在碳基薄膜上进行激光加工，生成的石墨烯为螺旋状，得到石墨烯基螺旋状前驱体；C、对石墨烯基螺旋状前驱体进行磁控溅射镀膜；D、将镀膜后的石墨烯基螺旋状前驱体磁化，得到石墨烯基螺旋微纳机器人。本发明的加工方法，操作简单难度低、加工快速、材料易得，获得的微纳机器人螺旋结构的一致性好，适用于大规模快速生产。本发明的石墨烯基螺旋微纳机器人，具有密度小、运载能力强的特点。

技术研发人员：郭媛慧,陈云,谢斌,张浩,侯茂祥,陈新
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14