研究发现加速纳米颗粒的新方法

时间：2021-08-11 18:52:14 来源：

在一项新的研究中，伊利诺伊大学和密苏里科技大学的研究人员对操纵纳米粒子的方法进行了建模，该方法将纳米粒子作为需要很小推力的小型航天器的另一种推进方式。

该团队模拟了一个使用光产生电磁场的系统。使用由玻璃或其他一些绝缘而不导电的材料制成的中性纳米粒子。纳米颗粒变成极化的。所有正电荷都在电场方向上移动，而负电荷则在相反方向上移动。它产生一个内部电场，该电场产生一种力来将颗粒从储层中移出，并通过注射器漏斗，然后从加速器中射出以产生推力。

倾斜板纳米粒子注射器的几何形状。

这项研究已经进行了大约八年，分析表明该技术可以奏效，并为成功提供了建议参数。

约书亚·罗维（Joshua Rovey）

“挑战在于选择合适的介电常数，合适的电荷量，所有这些都在其中发生，”我所在的格雷厄尔工程学院航空航天工程系副教授约书亚·罗维（Joshua Rovey）说道。 “您必须为纳米粒子本身以及纳米粒子在结构中移动时所围绕的材料选择正确的材料。”

该技术基于被称为等离激元学的物理学领域，该领域研究光或电磁波如何与纳米级结构（如条形或棱镜）相互作用。

Rovey解释说，当光线照射到纳米结构时，就会发生共振相互作用。它会在该结构旁边产生强电磁场。这些电磁场可以通过向靠近那些结构的纳米级粒子施加力来操纵粒子。该研究集中在如何将纳米颗粒送入加速器结构或注射器中，以及注射器中板的角度如何影响作用在这些纳米颗粒上的力。

罗维说：“该概念的主要推动因素之一是太空中是否缺少电源。”“如果我们可以直接利用太阳光，让太阳直接照射在纳米结构本身上，则不需要电源或太阳能电池板来提供电源。”

罗维说，这项研究是数值模拟。下一步将是在实验室中创建纳米级结构，然后将其加载到系统中，施加光源，并观察纳米粒子如何移动。

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该项目得到了空军科学研究所的支持，这是美国国家航空航天局（NASA）创新先进概念计划的资助，也是密苏里科技大学通过总理团契提供的资助。

这项研究“使用介电电泳技术的光子操纵器纳米粒子注射器”，由Jaykob Maser和Joshua L. Rovey撰写。它出现在“ AIP进展”中。DOI：10.1063/1.5099520

抽象的

我们描述介电泳纳米粒子注射器的概念及其在基于等离子/光子的纳米粒子操纵系统中的使用。粒子运动是通过在两个倾斜的板之间生成一个静电的非均匀电场并将相应的介电泳力施加到净中性纳米粒子来实现的。我们研究介电泳力对带电板的板角以及它们的分离距离，介电填料和出口界面膜的依赖性。我们的结果表明，在轴向上可获得平均和最大的介电泳力的增加，并且相应地减小了板角和间隙距离。该模型还预测更大的场变化和与平均值的偏差，以及较小的板角和间隙距离。最后，我们得出结论，纳米颗粒必须悬浮在介电常数大于其自身介电常数的介电介质中，以使它们的净运动通过出口界面膜向外并进入操纵器系统。

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