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柱状石墨烯渗透和筛选特性研究

发布时间:2021-11-24 05:22
  柱状石墨烯一定程度上继承了石墨烯和碳纳米管优异的疏水性、力学、化学及电学特性,这些都为流体在柱状石墨烯纳米通道中的流动提供了天然的优势。研究水在纳米通道中的流动特性为药物输送、海水淡化、传感器和纳米水泵等纳米器件的设计提供了理论依据。本论文以柱状石墨烯作为纳米通道,采用分子动力学模拟的方法探究了柱状石墨烯的渗透和筛选特性。对于柱状石墨烯渗透特性的研究,本文首先构建了三种由碳纳米管和带孔石墨烯组成的纳米通道模型,并对比研究了水转移通过这三种纳米通道的渗透行为。研究表明,柱状石墨烯纳米通道入口处的漏斗状结构能够有效的改善通道入口附近的渗透环境,提升水的渗透率。与此同时,针对纳米通道入口附近的能障分布也证明水分子更易于渗透进入由共价键连结而成的纳米通道入口。其次,基于柱状石墨烯纳米通道,探究了压强、温度和电场强度对其渗透特性的影响。模拟结果显示,水的渗透率随着压强的增加而升高,且在模拟过程中渗透通过的水分子数与时间大致成线性相关,具有较好的连续渗透性。此外,压强的不同导致入口附近水分子密度分布的差异,进而引起入口附近能障的差异,压强越高水分子渗透通过的能障越低,越易于渗透行为的发生;与此同时... 

【文章来源】:江苏大学江苏省

【文章页数】:75 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

柱状石墨烯渗透和筛选特性研究


柱状石墨烯模型

流程图,分子动力学模拟,流程图,势函数


图 2.1 分子动力学模拟流程图[96]Figure.2.1 Flow chart of molecular dynamics simulation[96]2.2 原子间相互作用势原子之间的相互作用不仅会影响原子的运动轨迹,还从本质决定了材料的形态结构、力学、电学、电磁学等特性的具体表现。因此为了精确的描述事物的发展过程,在分子动力学模拟的过程中,首先需要解决的关键问题就是如何构建和选择合理的势函数来描述原子之间的相互作用。势函数的研究和开发直接限制了计算机模拟方法的发展,要实现更加符合现实状况的计算机模拟,精确的描述模拟体系中原子间相互作用是必不可少的。最早被开发出来用以描述原子之间相互作用的势函数为对势,该种势函数认为原子之间的相互作用是两两原子之间的相互作用而与模拟体系中其他原子的位置无关。实验研究表明,单个原子会对周边电子云的分布产生影响,电子云的

示意图,周期性边界条件,镜像,原胞


子动力学模拟的方法进行科学研究,某种程度上是为了探更加精确的表达物理规律提供指导。然而受限于计算机体系的模拟仍然难以实现,因此引入原胞的概念即通常一定尺寸的立方体内,并对其施加一定的约束条件(温衡态。与此同时,为消除了原胞尺寸较小引起的表面效应率,就需要在模拟的过程中使用周期性边界条件[103,104]。原胞的附近添加镜像细胞,每个镜像细胞均可看作是原粒子的位置是原胞中粒子位置的镜像。通过这种方式实现探索。接下来以二维周期性边界条件为例对周期性边界的如图 2.2 所示,当一个粒子从一个边界跑出去以后就会有界进入到原胞中,通过这种方式保证原胞中的粒子数恒寸无限扩大,实际模拟的过程中只是对一个原胞进行模时间。

【参考文献】:
期刊论文
[1]纳米碳材料在可穿戴柔性导电材料中的应用研究进展[J]. 夏凯伦,蹇木强,张莹莹.  物理化学学报. 2016(10)
[2]通量可控的双壁碳纳米管水分子泵[J]. 曹平,罗成林,陈贵虎,韩典荣,朱兴凤,戴亚飞.  物理学报. 2015(11)

硕士论文
[1]碳纳米管中水分子定向传输的研究[D]. 陈贵虎.南京师范大学 2013



本文编号:3515317

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