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自驱动Janus颗粒是由物理或化学性质不同的两部分所构成的活性颗粒。在不同的外部条件下,Janus颗粒可以在其两侧形成浓度、温度或光强等物理场的非对称分布。在微米尺度下,由催化/非催化表面构成的Janus微球与溶液混合后,在反应侧/未反应侧会形成分子数的梯度,在扩散泳力的推动下能够将化学能转变为机械能,产生自驱动现象。在微流控芯片及微机电系统领域,Janus颗粒的自驱动可以替代电池作为简单紧凑的微驱动部件,用于微操作、颗粒分离等方面,具有重要的应用价值;在基础研究方面,Janus颗粒的自驱动与凝聚态物理、物质反常扩散、分数布朗运动及单细胞生物的趋向性等研究紧密相关,具有重要的理论价值。本文首先介绍了有关Janus颗粒的课题背景,并从先前课题组的实验出发,总结了有关自驱动Janus颗粒运动的基本物理特性及运动规律。其次,通过PIV实验记录并分析了Janus颗粒微球的运动,并通过Image J软件平台处理获得了运动状态下Janus微球的偏转仰角?,以及基于Comsol Multiphysics多物理场耦合软件建立了描述Janus微球自驱动的数值模型。再次,在此基础上,通过实验获得的自驱动速度VJanus确定了数值模型中的匹配常数σ,研究了不同类型自驱动微球距底面的平衡位置δ及偏转仰角φ,讨论了近壁受限情况下,自驱动颗粒的平衡位置与偏转仰角对典型宏观统计参数(如Deff、τR等)的影响。另外,在此自驱动的数值模型基础上,不考虑壁面的影响,由Pt-Si O2型Janus微球的实验数据确定了迁移速率匹配常数σ。然后,研究了三种不同形状的Janus颗粒的自驱动,结果表明圆柱及椭球状Janus颗粒具有更快的自驱动速度,燃料消耗更多。特别地,对于圆柱状颗粒,研究了粗细程度对圆柱状颗粒自驱动性能的影响,结果表明存在最优的直径与长度比(D/L=0.28)。这一研究可为Janus颗粒有关形状因素的应用提供理论基础。通过上述研究工作,最后得出自驱动Janus颗粒的近壁运动特性及形状对自驱动Janus颗粒运动特性影响的机理。鉴于此,以上结果可以帮助我们更好地理解自驱运动,并且可以更好地设计基于扩散泳力的微纳器件。同时,本文中实验与数值模拟相结合的研究方法,不仅有助于获得自驱动Janus颗粒的动力学信息及解释其相关规律,而且也为后期课题组的科研进展奠定了一定的基础。