碳納米管中水分子定向傳輸?shù)难芯?pdf

1、由于碳納米管優(yōu)異的性能，常常被當(dāng)作離子通道的人工替代品。因此，利用分子動力學(xué)模擬(Molecular Dynamics Simulation)研究碳納米管中水分子微觀結(jié)構(gòu)和傳輸性質(zhì)不僅對理解生物水通道中水分子運輸機制具有重要意義，還可以為海水淡化，污水處理等納米器件的設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　本論文的研究內(nèi)容分為兩部分:在第一部分中，基于圖4.1所示的雙壁碳納米管模型，利用分子動力學(xué)，我們模擬了以不同速度移動外管，受限在碳管中水分子

2、的傳輸性質(zhì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):移動外管，不但可以減小碳管中水分子PMF(the potential of mean forces)勢阱深度，有利于水分子穿過碳管通道。而且還可以控制碳管中水分子的平均偶極矩取向。當(dāng)外管移動速度在0＜v≤5m/s范圍內(nèi)，水的凈流量及受限水分子翻轉(zhuǎn)頻率均隨速度增大而增大，而在5＜v≤10m/s范圍內(nèi)，隨速度增大而減小。更重要的是，我們發(fā)現(xiàn)這種水的單向運輸主要是因為受到外管在軸向?qū)軆?nèi)水分子的牽引力以及受限水分子不對稱

3、的相互作用勢。這些發(fā)現(xiàn)為設(shè)計分子納米泵提供了理論依據(jù)。
　　在第二部分中，基于圖5.1所示模型，我們模擬一系列具有不同長度的(5，5)和(6，6)單壁碳納米管中水分子偶極矩翻轉(zhuǎn)行為。模擬結(jié)果顯示:碳管中的水分子偶極矩以一種類似拉鏈的方式發(fā)生翻轉(zhuǎn)。此外，在我們的系統(tǒng)中，水分子偶極矩翻轉(zhuǎn)周期與碳管長度成線性關(guān)系，且相同長度的(5，5)碳管中的水分子偶極矩翻轉(zhuǎn)周期大于(6，6)碳管的翻轉(zhuǎn)周期。同時，水分子偶極矩翻轉(zhuǎn)傳遞時間以及單個水分子