纳米结构薄膜的受控悬浮

Warning: Can only detect less than 5000 characters

Warning: Can only detect less than 5000 characters

如图4所示，我们的理论模型预测，如果表面的容纳系数可以达到Δα= 0.5且热红外发射率降低到ϵ，那么在50至100 km的宽广范围内，由阳光驱动的悬浮的可能性= 0.5。此外，这些磁盘在自然阳光下最多可以举起10 mg的有效载荷，足以承载文献中介绍的智能灰尘传感器（40）。据报道，清洁玻璃上的空气和涂有分子薄聚合物的玻璃上的空气的热调节系数值分别为0.19和0.43（41），这意味着对于经过仔细处理的表面，Δα= 0.5是现实的。事实表明，使用选择性吸收剂可将辐射率降低至ϵ〜0.1（42），即使在低于全自然日照强度的入射光强度下也可以悬浮（见图S9）。在高海拔（＞ 20km），对于垂直入射，日照强度约为0.136Wcm 2。但是，我们注意到，吸收功率可能会大30％，因为磁盘还将吸收地球反射的阳光（假设反照率约为0.3）。由于高海拔地区的环境温度较低，磁盘温度可以保持在400 K以下（图4C），从而允许使用聚酯薄膜或其他聚合物材料而不会发生热变形。

为防止微型飞行器因风或其他高海拔地区的扰动而翻倒，有效载荷可通过例如碳纤维线从圆盘上悬挂下来，以降低其质心并抑制样品的倾斜。而且，在这样的结构中，通过使有效载荷的位置沿着使有效载荷从盘悬挂的螺纹移动，可以实现样品的可控制的倾斜和水平运动。进一步提高有效载荷容量的另一种可能性是使用一系列微型飞行器，潜在的数百个微型飞行器通过超薄碳纤维连接，这有可能将有效载荷增加到克范围。

总而言之，这项工作演示了一种用于宏观结构的电泳悬浮的方法，该方法不需要在物体内部进行温度梯度，为中层经济适用的电泳微飞行器的开发提供了一条途径。我们开发了用于薄盘的理论模型，该模型表明与使用低成本制造方法进行的实验相吻合。悬浮试验在约10 Pa的压力和0.5 W cm 2的入射光强度下是成功的。我们还提出了一种方法来捕获和控制细微传单的悬停。最后，不管入射光的方向如何，通过Δα力进行的电泳悬浮都显示出一致的向上提升力方向。

我们经过实验验证的模型预测，可以在50至100 km之间的近空使用相同的方法。这样的微型飞行器可以使用来自任何方向的太阳光或激光束来保持悬浮状态延长的时间，例如，通过使用雷达或激光雷达跟踪这些飞行器的位置，从而允许绘制这些高空处的风向图。通过增加调节系数的差异并降低红外发射率，存在很大的机会进一步增加力。此类改进将使微型飞行器可以携带高达10 mg的有效载荷，该有效载荷可以由薄基底或用于天气和气候应用（例如测量温度，压力或二氧化碳水平）的智能灰尘传感器组成。

我们从市售的聚脂薄膜薄片开始，标称厚度为0.5μm（杜邦）。使用1 cm 2的样品和精密秤（PerkinElmer AD4模型），我们测得的面密度为〜0.7 g / m 2，这与从聚酯薄膜的名义密度1.39 kg / m 3预期的理论值相符。 。为了沉积CNT层，我们使用了0.2重量％的直径为1至2 nm，长度为5至30μm的水基单壁CNT（NanoAmor），并用去离子（DI）水稀释了。体积比为3：1（去离子水/碳纳米管）。然后我们拉伸一片硅晶片的聚酯薄膜薄膜，并将其放在50°C的加热板上。通过将CNT溶液滴铸在片材上并使水蒸发

......