CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2004-2010年
纳米通道中的缺陷对水分子输运的影响
李松焱
Subtype硕士
Thesis Advisor方海平
2008-05-26
Degree Grantor中国科学院上海应用物理研究所
Place of Conferral上海应用物理研究所
Degree Discipline粒子物理与原子核物理
Keyword分子动力学 单壁碳管 水分子输运 (5/7) 拓扑缺陷 电荷修饰
Abstract研究微观世界中水分子在受限空间中的结构和运动规律己成为一个非常重要的研究课题。而实际的受限孔道却往往非常复杂,通过分子动力学模拟,纳米碳管中的生命分子和溶液的传输是揭示众多未知生命现象的重要途径。在理论或者数值模拟上有很多关于纳米管道中水分子输运的研究,但是都是采用无缺陷单壁碳管 (SWNT) 作为纳米水通道的简化模型。然而,碳纳米管在实际制备过程中,生成的单壁碳管样品中,存在很多稳定的缺陷结构。近年来,通过研究发现,缺陷对于碳纳米管的生成、电学性质、机械性能有着很重要的影响。但是,目前,在理论或者数值模拟上没有关于碳纳米管中的缺陷对纳米管道中水的输运影响的研究。本论文围绕碳纳米管中的缺陷对纳米管道中水分子输运的影响,采用分子动力学模拟,进行了探索性研究。首先,通过使用分子动力学模拟,研究单壁碳纳米管中常见的(5/7) 拓扑缺陷的对水分子输运的影响。通过模拟发现:当碳管中缺陷密度较小时, 通过纳米管道的水流量 flow 受到较小影响;当碳管中缺陷密度较大时, flow 受到较大影响。并且,水分子在纳米管道中的一维扩散系 Dw 与水流量 flow 的变化趋势相同。并且计算了纳米管道中的水分子在轴向上的平均力势 (PMF),当碳纳米管中 (5/7) 拓扑缺陷个数超过 3 个时,水流量 flow 随着 PMF 势垒高度幂指数衰减。 此项工作有助于更好的理解实际制备的碳纳米管和具有复杂结构的生物水通道,以及其它一些有粗糙内表面纳米管道 (硼氮管以及硅管) 的通透性。然后,本文又研究了碳纳米管中的电荷修饰对水分子输运的影响。经过负电荷修饰的碳管口,当碳原子上所加电量较小时,与无电荷修饰的碳管相比,碳管口上的电荷更强的吸引作用来补充水分子从bulk 中进入碳管损失的一部分断裂氢键的能量,有助于更多的水分子较为容易地进入碳管,提高通过纳米管道的水流量 flow 与静流量 flux。但是,随着碳原子上所加电量增加到一定值时, 碳管两端形成了很强的静电场使得管内水分子的偶极发生重排,形成了L-defect,阻碍水分子通过碳管。
Pages86
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/7292
Collection中科院上海应用物理研究所2004-2010年
Recommended Citation
GB/T 7714
李松焱. 纳米通道中的缺陷对水分子输运的影响[D]. 上海应用物理研究所. 中国科学院上海应用物理研究所,2008.
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