本文關鍵詞：納米級離子液體液滴流動電勢的分子動力學模擬研究　出處：《蘭州大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：浸沒在流動的電解液或極性分子液體中的石墨烯或碳納米管能夠產生流動電勢,可以用于實現(xiàn)納米尺度下的自供能,從而使納米機器人等納米電機系統(tǒng)在無需額外電源供電、不增加器件重量和尺寸的情況下實現(xiàn)生物分子傳感、遠程控制等復雜功能�，F(xiàn)有的關于流動電勢的研究中采用的諸如氯化氫溶液、液體水、甲醇溶液等,具有易揮發(fā)、有毒性、腐蝕性和不穩(wěn)定等缺點,限制了流動電勢在生物、醫(yī)療等領域內的應用,且系統(tǒng)為毫米/微米量級,無法應用于納米尺度系統(tǒng)。作為目前被廣泛研究的綠色新型材料,室溫離子液體具有環(huán)境友好、對健康無害、高熱穩(wěn)定性、可設計性等優(yōu)異性質,常被作為極端環(huán)境下非常優(yōu)異的電解液,且由于其對環(huán)境和人體健康的危害性很小可被應用在基于納機電系統(tǒng)的生物醫(yī)學領域。此外,納米級液滴表現(xiàn)出極強的表面效應,使得液滴表面增大,更加有利于流動電勢的產生。因此,基于室溫離子液體的流動電勢可以應用于實現(xiàn)納米級的自供能器件,使得在納機電系統(tǒng)中實現(xiàn)生物分子傳感和遠距離遙控等成為可能。為了探究可應用于納機電系統(tǒng)的自供電器件,本文首次提出采用極具效率的分子動力學模擬的方法研究納米級室溫離子液體液滴在單層石墨烯表面上運動產生流動電勢的現(xiàn)象。根據對兩種咪唑類室溫離子液體1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽和1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽的液滴在單層石墨烯片上運動過程的模擬,得出液滴中陰陽離子漂移速度隨著液滴的運動速度均呈現(xiàn)出非線性的增長并最終達到飽和,這種現(xiàn)象與之前此類研究中觀察到的現(xiàn)象是一致的,本文首次給予產生這一現(xiàn)象的解釋是由于液滴所受外力與其自身受到的粘滯阻力達到了受力平衡,最終液滴保持了勻速運動。并且,與以往流動電勢研究不同的是,我們在估算液滴移動過程中所產生的流動電壓時不僅考慮到了陰離子的漂移速度,還將陽離子的漂移速度和庫倫作用力的影響也都考慮進去,修正了以往研究中估算流動電勢的公式,根據其估算本文中離子液體液滴在單層石墨烯片上運動時產生了可達微伏級大小的流動電勢。最后,通過對比兩種不同離子液體在不同溫度下的模擬,發(fā)現(xiàn)溫度越高或者離子液體粘度越小時,液滴中陰陽離子的漂移速度越大,導致產生的流動電勢大,進一步說明,離子液體的粘度對流動電勢的產生具有阻滯作用。本文基于室溫離子液體的流動電勢研究結果將對納米自供能器件的發(fā)展具有重要應用意義,使得納機電系統(tǒng)中實現(xiàn)醫(yī)療診斷、生物分子傳感和遠距離遙控等成為可能。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1

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本文編號：1325527