電場方向?qū)λ肿釉诩{米孔洞中輸運(yùn)性質(zhì)的影響.pdf

1、水通過納米通道的輸運(yùn)不僅對生物的活動(dòng)而且對新奇分子裝置、機(jī)械和感應(yīng)器的設(shè)計(jì)都有非常重要的意義。隨著實(shí)驗(yàn)與模擬設(shè)備的發(fā)展，水在納米尺度通道內(nèi)部或通過通道輸運(yùn)的行為都可以利用實(shí)驗(yàn)或模擬進(jìn)行研究。正因如此，人們才發(fā)現(xiàn)當(dāng)納米通道的半徑足夠小時(shí)，水分子在其內(nèi)部會(huì)排列成一個(gè)單序列水分子鏈結(jié)構(gòu)。被限制的這些納米尺度空間的水分子通常表現(xiàn)出自由水系統(tǒng)里觀察不到的行為特點(diǎn)。
　　現(xiàn)在已經(jīng)證實(shí)，在(6,6)的碳納米通道中，水分子會(huì)以單分子水鏈的形式集體

2、通過碳納米通道。但是如何控制水分子流量的研究仍然是一個(gè)困難的課題。本文利用分子動(dòng)力學(xué)模擬來研究外電場方向?qū)λㄟ^碳納米通道行為的影響。發(fā)現(xiàn)外電場方向與納米通道方向的夾角?有一個(gè)關(guān)θ鍵值θc。當(dāng)θ≤θc???時(shí)，平均凈水流量隨著?的增加而增加，但當(dāng)θ≥θc時(shí)，θ的繼續(xù)增加會(huì)使平均凈水流量急速下降到0值附近。最大的凈水流量是電場方向與納米通道軸向平行時(shí)凈水流量的7.33倍。為了挖掘深層機(jī)制，數(shù)據(jù)分析中，一方面計(jì)算了水分子偶極矩方向在不同電場

3、方向的變化，統(tǒng)計(jì)了水分子偶極矩方向的概率分布以及與水輸運(yùn)流量的關(guān)系，說明了水分子偶極矩的方向?qū)τ谒肿虞斶\(yùn)方向起著決定性的作用，另一方面比較了不同電場方向通道中水分子之間的相互作用勢以及水分子數(shù)量和氫鍵數(shù)量的變化，說明了通道中水分子之間的非對稱相互作用勢是水分子輸運(yùn)的驅(qū)動(dòng)因素。因此在碳納米通道中外電場的方向?qū)嶋H上是通過影響通道中水分子的極化方向以及水分子之間的相互作用勢來顯著改變水通過孔洞的輸運(yùn)流量。本文的發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)新奇可控水納米泵提供