基于核孔膜纳米复合材料的盐差能转化研究
发布时间：2020-11-22 04:18
随着工业化的进程,化石能源的大量使用带来了严重的环境污染问题,寻找清洁无污染的替代能源成为人类社会可持续发展的关键问题。江河入海口浓度梯度中蕴藏的盐差能被认为是一种潜在的清洁无污染的能源。本论文是以荷能重离子径迹刻蚀的方法制备核孔膜纳米复合材料,并以此来研究多孔体系中能量转化的机制。首先,我们研究了在串联体系中,不同电解质的能量转化的影响因素。我们发现,系统的电能转化能力与电解质的种类、纳米孔两端的浓度梯度、纳米孔的几何尺寸以及表面电荷密度有密切的关系。通过选择合适的电解质和纳米孔,我们能够得到更大的能量转化效率。其次,我们以海水中广泛存在的NaCl溶液为例,对能量转化与离子选择性膜表面电荷密度的关系做了进一步研究。结果表明,能量转化与阴阳离子膜表面电荷密度配比有关。在总表面电荷密度相等的情况下,阴离子选择性膜表面电荷密度略小于阳离子选择性膜时,获得最高的电功率。最后,我们通过热力学分析和数值模拟的方法研究了纳流体能量转化中的孔密度依赖性。传统观点认为电功率随着孔密度的增加而增加。然而,我们发现功率密度随着孔密度增加表现为非线性。过高的孔密度降低了离子选择性并在纳米孔的低浓度端产生浓差极化,最终削弱电能转化的能力。存在最佳的孔密度使盐差发电体系达到最大的功率密度。本工作对纳流体系能量转化做了深入研究,揭示了影响纳流体系盐差发电的物理机制,为设计更高效的纳流系统提供了一定指导意义。
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM91;TB33
【部分图文】：
性己被广泛应用［２Ｑ，２１］，它们通常是在高温（８００°Ｃ）汽相中化学气相沉积在硅基??底上制备的。通过反应离子或湿法刻蚀在硅基板上制备一个微米大小的口，然后??用离子束或电子束轰击ＳｉＮ表面打出纳米孔（图１．５）。这种方法达到了对最终孔??尺寸的高度控制１２１，２２］，能够大量的应用。大部分ＳｉＮ薄膜中的纳米孔直径都低于??１００ｍｒ＾２３］。ＳｉＮ和Ｓｉ０２中的纳米孔被用来研究单链ＤＮＡ在孔中的迁移行为。在??２〇〇１年，人们第一次测得了单链ＤＮＡ通过固态纳米孔的电流变化如今，还没??有证据表明使用固态纳米孔进行ＤＮＡ测序的低分辨率是由于纳米孔的厚度引起??的。??ｅｌｅｃｔｒｏｎＢｆｅ??ｏｒ?ｉｏｎ??ｂｅａｍ?Ｗｍ??Ｓｉ?ｗａｆｅｒ?ＳｉＮ?ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ?Ｓｉ?ｅｔｃｈｉｎｇ??图１．５?５旧纳米孔制备过程［１８１??Ｆｉｇ．?１．５?Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｎａｎｏｐｏｒｅ?ｉｎ?ＳｉＮ??９??
ＰＥＴ?ｆｉｌｍ??ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ??图１．４径迹刻蚀原理［１８］??Ｆｉｇ．?１．４?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｒａｃｋ－ｅｔｃｈ?ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ??ＳｉＮ和Ｓｉ０２薄膜（通常从十纳米到几百纳米）由于其低应力和高的化学稳定??性己被广泛应用［２Ｑ，２１］，它们通常是在高温（８００°Ｃ）汽相中化学气相沉积在硅基??底上制备的。通过反应离子或湿法刻蚀在硅基板上制备一个微米大小的口，然后??用离子束或电子束轰击ＳｉＮ表面打出纳米孔（图１．５）。这种方法达到了对最终孔??尺寸的高度控制１２１，２２］，能够大量的应用。大部分ＳｉＮ薄膜中的纳米孔直径都低于??１００ｍｒ＾２３］。ＳｉＮ和Ｓｉ０２中的纳米孔被用来研究单链ＤＮＡ在孔中的迁移行为。在??２〇〇１年，人们第一次测得了单链ＤＮＡ通过固态纳米孔的电流变化如今，还没??有证据表明使用固态纳米孔进行ＤＮＡ测序的低分辨率是由于纳米孔的厚度引起??的。??ｅｌｅｃｔｒｏｎＢｆｅ??ｏｒ?ｉｏｎ??ｂｅａｍ?Ｗｍ??Ｓｉ?ｗａｆｅｒ?ＳｉＮ?ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ?Ｓｉ?ｅｔｃｈｉｎｇ??图１．５?５旧纳米孔制备过
图１．６?２－Ｄ石墨烯纳米孔：（ａ）通过将石墨烯片安装在中空的Ｓｉ３Ｎ４晶片上然后??在中心孔钻孔而而制备石墨稀纳米孔；（ｂ）在５?ｎｍ孔中实现ｄｓＤＮＡ分子的构??象分析??Ｆｉｇ．?１．６?Ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ?２－Ｄ?ｎａｎｏｐｏｒｅ：?（ａ）?Ｔｈｅ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｎａｎｏｐｏｒｅ?ｗａｓ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ｂｙ??ｍｏｕｎｔｉｎｇ?ａ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｓｈｅｅｔ?ｏｎ?ａ?ｈｏｌｌｏｗ?Ｓｉ３Ｎ４?ｗａｆｅｒ?ｆｏｌｌｏｗｅｄ?ｂｙ?ｐｏｒｅ?ｄｒｉｌｌｉｎｇ?ｉｎ?ｔｈｅ??ｃｅｎｔｅｒ；?（ｂ）?Ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｏｆ?ｄｓＤＮＡ?ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ?ｗａｓ?ａｃｈｉｅｖｅｄ?ｉｎ?ａ?５?ｎｍ?ｐｏｒｅ??第三代测序为单分子测序，是基于纳米孔的一种测序技术。经过近２０年的??发展，纳米孔测序己经成为ＤＮＡ测序的主要方式。提高数据采集系统的分辨率??和灵敏度是促进ＤＮＡ测序技术发展的一种方法［３６］。目前，全世界的研宄人员都??在积极进行纳米孔测序的研宄，各国公司也在积极致力于打破测序设备能力的极??Ｐ艮，因此，纳米孔测序在ＤＮＡ测序技术中有巨大的潜力。??１．４．２纳米孔的离子选择性??
【参考文献】
本文编号：2894112
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM91;TB33
【部分图文】：
性己被广泛应用［２Ｑ，２１］，它们通常是在高温（８００°Ｃ）汽相中化学气相沉积在硅基??底上制备的。通过反应离子或湿法刻蚀在硅基板上制备一个微米大小的口，然后??用离子束或电子束轰击ＳｉＮ表面打出纳米孔（图１．５）。这种方法达到了对最终孔??尺寸的高度控制１２１，２２］，能够大量的应用。大部分ＳｉＮ薄膜中的纳米孔直径都低于??１００ｍｒ＾２３］。ＳｉＮ和Ｓｉ０２中的纳米孔被用来研究单链ＤＮＡ在孔中的迁移行为。在??２〇〇１年，人们第一次测得了单链ＤＮＡ通过固态纳米孔的电流变化如今，还没??有证据表明使用固态纳米孔进行ＤＮＡ测序的低分辨率是由于纳米孔的厚度引起??的。??ｅｌｅｃｔｒｏｎＢｆｅ??ｏｒ?ｉｏｎ??ｂｅａｍ?Ｗｍ??Ｓｉ?ｗａｆｅｒ?ＳｉＮ?ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ?Ｓｉ?ｅｔｃｈｉｎｇ??图１．５?５旧纳米孔制备过程［１８１??Ｆｉｇ．?１．５?Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｎａｎｏｐｏｒｅ?ｉｎ?ＳｉＮ??９??
ＰＥＴ?ｆｉｌｍ??ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ??图１．４径迹刻蚀原理［１８］??Ｆｉｇ．?１．４?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｒａｃｋ－ｅｔｃｈ?ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ??ＳｉＮ和Ｓｉ０２薄膜（通常从十纳米到几百纳米）由于其低应力和高的化学稳定??性己被广泛应用［２Ｑ，２１］，它们通常是在高温（８００°Ｃ）汽相中化学气相沉积在硅基??底上制备的。通过反应离子或湿法刻蚀在硅基板上制备一个微米大小的口，然后??用离子束或电子束轰击ＳｉＮ表面打出纳米孔（图１．５）。这种方法达到了对最终孔??尺寸的高度控制１２１，２２］，能够大量的应用。大部分ＳｉＮ薄膜中的纳米孔直径都低于??１００ｍｒ＾２３］。ＳｉＮ和Ｓｉ０２中的纳米孔被用来研究单链ＤＮＡ在孔中的迁移行为。在??２〇〇１年，人们第一次测得了单链ＤＮＡ通过固态纳米孔的电流变化如今，还没??有证据表明使用固态纳米孔进行ＤＮＡ测序的低分辨率是由于纳米孔的厚度引起??的。??ｅｌｅｃｔｒｏｎＢｆｅ??ｏｒ?ｉｏｎ??ｂｅａｍ?Ｗｍ??Ｓｉ?ｗａｆｅｒ?ＳｉＮ?ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ?Ｓｉ?ｅｔｃｈｉｎｇ??图１．５?５旧纳米孔制备过
图１．６?２－Ｄ石墨烯纳米孔：（ａ）通过将石墨烯片安装在中空的Ｓｉ３Ｎ４晶片上然后??在中心孔钻孔而而制备石墨稀纳米孔；（ｂ）在５?ｎｍ孔中实现ｄｓＤＮＡ分子的构??象分析??Ｆｉｇ．?１．６?Ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ?２－Ｄ?ｎａｎｏｐｏｒｅ：?（ａ）?Ｔｈｅ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｎａｎｏｐｏｒｅ?ｗａｓ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ｂｙ??ｍｏｕｎｔｉｎｇ?ａ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｓｈｅｅｔ?ｏｎ?ａ?ｈｏｌｌｏｗ?Ｓｉ３Ｎ４?ｗａｆｅｒ?ｆｏｌｌｏｗｅｄ?ｂｙ?ｐｏｒｅ?ｄｒｉｌｌｉｎｇ?ｉｎ?ｔｈｅ??ｃｅｎｔｅｒ；?（ｂ）?Ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｏｆ?ｄｓＤＮＡ?ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ?ｗａｓ?ａｃｈｉｅｖｅｄ?ｉｎ?ａ?５?ｎｍ?ｐｏｒｅ??第三代测序为单分子测序，是基于纳米孔的一种测序技术。经过近２０年的??发展，纳米孔测序己经成为ＤＮＡ测序的主要方式。提高数据采集系统的分辨率??和灵敏度是促进ＤＮＡ测序技术发展的一种方法［３６］。目前，全世界的研宄人员都??在积极进行纳米孔测序的研宄，各国公司也在积极致力于打破测序设备能力的极??Ｐ艮，因此，纳米孔测序在ＤＮＡ测序技术中有巨大的潜力。??１．４．２纳米孔的离子选择性??
【参考文献】
相关期刊论文 前6条
1 Rui Gao;Yi-Lun Ying;Bing-Yong Yan;Yi-Tao Long;;An integrated current measurement system for nanopore analysis[J];Chinese Science Bulletin;2014年35期
2 刘雪;;纳米孔生物技术的新进展[J];农产品加工(学刊);2014年23期
3 朱晓蕊;王卫东;秦广雍;焦浈;;单锥形纳米孔的制备和离子传导特性研究[J];物理学报;2013年07期
4 郝士杰;任鹏辉;;中国能源紧张的现状分析及策略[J];中国电力教育;2007年S2期
5 黄耀;;中国的温室气体排放、减排措施与对策[J];第四纪研究;2006年05期
6 史立山;中国能源现状分析和可再生能源发展规划[J];可再生能源;2004年05期
本文编号：2894112
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2894112.html
