活化复杂环境中自驱动纳米马达的集体动力学性质的研究

发布时间：2020-11-22 03:19

　　 自驱动微/纳米马达是一种能够将化学能、光能、热能等能量转化为动能从而实现自主运动的微/纳米尺度自主装置。近年来,微/纳米马达发展迅速,在药物靶向输运、生物传感、水质监测、环境修复、自组装等方面都取得了一些成就。由于环境提供“自驱动能量”,所以研究环境对马达动力学的影响尤为重要。鉴于马达实际环境是化学活化的非平衡态体系,显然其影响要复杂、丰富的多。但迄今为止,这部分的研究相对匮乏。本文采用介观模拟方法来做了两部分的研究,一部分是讨论了复杂时空变化环境,一部分讨论了相互作用下马达的集体动力学。对微/纳米马达的研究方法主要有实验和数值模拟两种方法。计算机数值模拟不受实验条件的约束,是一种方便高效的研究方法。在第二章中先是介绍了几种常用的数值模拟方法,如蒙特卡罗方法等。然后详细介绍了本文用到的一种基于粒子介观模拟方法—多粒子碰撞动力学(MPC),MPC方法是将溶液看成粒子进行研究,对其进行粗细简化。对MPC方法中的具体算法、性质做了详细推导。在第三章中,运用MPC—MD方法来模拟了在化学振荡介质中自驱动纳米马达(二聚物马达)的集体动力学。研究了分别在余弦函数曲线型和锯齿型振荡环境中,不同个数、尺寸纳米马达的集体动力学性质。通过不同马达距离和函数对马达运动过程中的集体结构进行数值量化,研究了随着燃料粒子加入和除去,马达在这些振荡的环境中出现了一些有趣的集群现象,并且采用径向分布函数来讨论这些集群的具体构型,用马达的平均速率对其运动行为进行具体分析。在第四章中,研究了在可激发介质中具有时滞传播的卷波的动力学,讨论了增加时间延迟对卷波构型和周期的影响,另外还研究了扩散耦合强度对时滞引起的卷波的影响,最后给出了扩散耦合时滞平面的相图。本文的结论有助于对活化复杂环境中马达的集体行为的研究。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1
【部分图文】：

杭州电子科技大学硕士学位论文1 绪论言着社会的发展、科技的进步，人类对新事物的探索也越来越全面越来越复杂，人类也将面临着许多挑战。比如，人们希望用微米械或胶体在人体类运动来治疗疾病。近十几年来，一些来自物理微米/纳米技术等不同学科的学者开展了一系列微米/纳米马达的希望将这些看似神秘的东西变为现实。

杭州电子科技大学硕士学位论文些聚合物进行组装合成。这些合成马达与生物，也一样可以从环境中获得能量，并且进行能量使马达运动。2002 年，第一个以 H2O2为燃料的物图 1.2）。将具有催化性能的 Pt 放置在聚二甲基放在充有 H2O2燃料的溶液中，Pt 催化 H2O2发生。美国宾夕法尼亚大学[6]和加拿大多伦多大学[7 的实验产生了浓厚的兴趣，于是他们就开始专注米尺度的马达。2004 年，宾夕法尼亚大学的研反应来催化的人造自驱动微、纳米马达：Au/P通过 Pt 端催化被氧化消耗燃料 H2O2，失去电子向着带负电荷的电子移动，这样就造成溶液中流向 Au 端，从而相对于马达就产生了反作用力的方向移动（图 1.3）。

线马达[6]。马达通过 Pt 端催化被氧化消耗燃料 H2O2，失去电子，产生 H+,然而H+粒子在溶液中向着带负电荷的电子移动，这样就造成溶液中携带 H+的流体在马达表面从 Pt 端流向 Au 端，从而相对于马达就产生了反作用力推动着马达朝着流体运动的相反的方向移动（图 1.3）。图 1.2 自推荐器件示意图[6]
【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 吕刚,纪青,展永,卓益忠;驱动蛋白及其研究进展[J];现代物理知识;2002年05期

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1 刘玉书;反应多粒子碰撞动力学在双负反馈系统的建模和应用[D];杭州电子科技大学;2012年

本文编号：2894026