納米通道中整流現(xiàn)象與C60分子輸運(yùn)的分子動(dòng)力學(xué)仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、納米尺度下通道內(nèi)的尺寸效應(yīng)明顯，一些獨(dú)特的、宏觀尺寸下觀察不到的現(xiàn)象會在納米通道內(nèi)出現(xiàn)。納米通道內(nèi)的離子整流現(xiàn)象以及利用通道對大分子進(jìn)行檢測等都是納米通道所特有的性質(zhì)和功能。對納尺度通道中流體輸運(yùn)性質(zhì)的研究是發(fā)展納流控器件的重要基礎(chǔ)。本文主要展開如下幾個(gè)方面的研究:
　　(1)采用分子動(dòng)力學(xué)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(yùn)。研究發(fā)現(xiàn)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(xiàn)整流現(xiàn)象，整流比大小隨溶

2、液濃度的變化呈現(xiàn)出極值且整流方向受壁面電荷性質(zhì)的控制。通過統(tǒng)計(jì)離子軸向濃度分布發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)不對稱的濃度分布引起整流現(xiàn)象。當(dāng)溶液濃度增大時(shí)，軸向鏈和能變化引起的離子極化現(xiàn)象會更明顯而雙電層厚度減小則弱化極化現(xiàn)象，二者共同作用的結(jié)果導(dǎo)致整流比極值的產(chǎn)生。
　　(2)采用分子動(dòng)力學(xué)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(shí)對通道內(nèi)離子電流的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)電中性的C60分子進(jìn)入納米通道中時(shí)，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(nèi)離子的軸向速度下降，導(dǎo)致過孔電流小于基準(zhǔn)電流;當(dāng)帶電荷的C60分子進(jìn)入納米通道中時(shí)，隨著帶電量的增加，通道內(nèi)會出現(xiàn)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(dǎo)致電滲速度的增加，引起離子電流的增大，從而出現(xiàn)過孔電流大于基準(zhǔn)電流。綜上，C60分子進(jìn)