納米通道中整流現象與C60分子輸運的分子動力學仿真與實驗研究.pdf

1、納米尺度下通道內的尺寸效應明顯，一些獨特的、宏觀尺寸下觀察不到的現象會在納米通道內出現。納米通道內的離子整流現象以及利用通道對大分子進行檢測等都是納米通道所特有的性質和功能。對納尺度通道中流體輸運性質的研究是發(fā)展納流控器件的重要基礎。本文主要展開如下幾個方面的研究:
　　(1)采用分子動力學仿真的方法研究高溶液濃度下離子在錐形納米通道中的輸運。研究發(fā)現在高濃度溶液中僅幾何形狀不對稱的受限錐形納米通道中會出現整流現象，整流比大小隨溶

2、液濃度的變化呈現出極值且整流方向受壁面電荷性質的控制。通過統(tǒng)計離子軸向濃度分布發(fā)現，在受限的錐形納米通道中，因軸向鍵和能以及雙電層厚度變化共同作用的影響，在不同方向外加電場作用下離子在錐形納米通道中出現不對稱的濃度分布引起整流現象。當溶液濃度增大時，軸向鏈和能變化引起的離子極化現象會更明顯而雙電層厚度減小則弱化極化現象，二者共同作用的結果導致整流比極值的產生。
　　(2)采用分子動力學仿真的方法研究了不同溶液濃度下，帶有不同電荷密

3、度的C60分子通過受限納米通道時對通道內離子電流的影響。研究結果表明，當電中性的C60分子進入納米通道中時，通道中反離子的濃度不發(fā)生變化，C60分子的體積占位會影響電滲的形成，使得通道內離子的軸向速度下降，導致過孔電流小于基準電流;當帶電荷的C60分子進入納米通道中時，隨著帶電量的增加，通道內會出現更多的反離子來維持中間區(qū)域的電中性，反離子濃度的增大導致電滲速度的增加，引起離子電流的增大，從而出現過孔電流大于基準電流。綜上，C60分子進