隨著工業(yè)化的進(jìn)程,化石能源的大量使用帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題,尋找清潔無污染的替代能源成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。江河入�？跐舛忍荻戎刑N(yùn)藏的鹽差能被認(rèn)為是一種潛在的清潔無污染的能源。本論文是以荷能重離子徑跡刻蝕的方法制備核孔膜納米復(fù)合材料,并以此來研究多孔體系中能量轉(zhuǎn)化的機(jī)制。首先,我們研究了在串聯(lián)體系中,不同電解質(zhì)的能量轉(zhuǎn)化的影響因素。我們發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)化能力與電解質(zhì)的種類、納米孔兩端的濃度梯度、納米孔的幾何尺寸以及表面電荷密度有密切的關(guān)系。通過選擇合適的電解質(zhì)和納米孔,我們能夠得到更大的能量轉(zhuǎn)化效率。其次,我們以海水中廣泛存在的NaCl溶液為例,對能量轉(zhuǎn)化與離子選擇性膜表面電荷密度的關(guān)系做了進(jìn)一步研究。結(jié)果表明,能量轉(zhuǎn)化與陰陽離子膜表面電荷密度配比有關(guān)。在總表面電荷密度相等的情況下,陰離子選擇性膜表面電荷密度略小于陽離子選擇性膜時(shí),獲得最高的電功率。最后,我們通過熱力學(xué)分析和數(shù)值模擬的方法研究了納流體能量轉(zhuǎn)化中的孔密度依賴性。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為電功率隨著孔密度的增加而增加。然而,我們發(fā)現(xiàn)功率密度隨著孔密度增加表現(xiàn)為非線性。過高的孔密度降低了離子選擇性并在納米孔的低濃度端產(chǎn)生濃差極化,最終削弱電能轉(zhuǎn)化的能力。存在最佳的孔密度使鹽差發(fā)電體系達(dá)到最大的功率密度。本工作對納流體系能量轉(zhuǎn)化做了深入研究,揭示了影響納流體系鹽差發(fā)電的物理機(jī)制,為設(shè)計(jì)更高效的納流系統(tǒng)提供了一定指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM91;TB33
【部分圖文】：

性己被廣泛應(yīng)用［２Ｑ，２１］，它們通常是在高溫（８００°Ｃ）汽相中化學(xué)氣相沉積在硅基??底上制備的。通過反應(yīng)離子或濕法刻蝕在硅基板上制備一個(gè)微米大小的口，然后??用離子束或電子束轟擊ＳｉＮ表面打出納米孔（圖１．５）。這種方法達(dá)到了對最終孔??尺寸的高度控制１２１，２２］，能夠大量的應(yīng)用。大部分ＳｉＮ薄膜中的納米孔直徑都低于??１００ｍｒ＾２３］。ＳｉＮ和Ｓｉ０２中的納米孔被用來研究單鏈ＤＮＡ在孔中的遷移行為。在??２〇〇１年，人們第一次測得了單鏈ＤＮＡ通過固態(tài)納米孔的電流變化如今，還沒??有證據(jù)表明使用固態(tài)納米孔進(jìn)行ＤＮＡ測序的低分辨率是由于納米孔的厚度引起??的。??ｅｌｅｃｔｒｏｎＢｆｅ??ｏｒ?ｉｏｎ??ｂｅａｍ?Ｗｍ??Ｓｉ?ｗａｆｅｒ?ＳｉＮ?ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ?Ｓｉ?ｅｔｃｈｉｎｇ??圖１．５?５舊納米孔制備過程［１８１??Ｆｉｇ．?１．５?Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｎａｎｏｐｏｒｅ?ｉｎ?ＳｉＮ??９??

ＰＥＴ?ｆｉｌｍ??ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ??圖１．４徑跡刻蝕原理［１８］??Ｆｉｇ．?１．４?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｒａｃｋ－ｅｔｃｈ?ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ??ＳｉＮ和Ｓｉ０２薄膜（通常從十納米到幾百納米）由于其低應(yīng)力和高的化學(xué)穩(wěn)定??性己被廣泛應(yīng)用［２Ｑ，２１］，它們通常是在高溫（８００°Ｃ）汽相中化學(xué)氣相沉積在硅基??底上制備的。通過反應(yīng)離子或濕法刻蝕在硅基板上制備一個(gè)微米大小的口，然后??用離子束或電子束轟擊ＳｉＮ表面打出納米孔（圖１．５）。這種方法達(dá)到了對最終孔??尺寸的高度控制１２１，２２］，能夠大量的應(yīng)用。大部分ＳｉＮ薄膜中的納米孔直徑都低于??１００ｍｒ＾２３］。ＳｉＮ和Ｓｉ０２中的納米孔被用來研究單鏈ＤＮＡ在孔中的遷移行為。在??２〇〇１年，人們第一次測得了單鏈ＤＮＡ通過固態(tài)納米孔的電流變化如今，還沒??有證據(jù)表明使用固態(tài)納米孔進(jìn)行ＤＮＡ測序的低分辨率是由于納米孔的厚度引起??的。??ｅｌｅｃｔｒｏｎＢｆｅ??ｏｒ?ｉｏｎ??ｂｅａｍ?Ｗｍ??Ｓｉ?ｗａｆｅｒ?ＳｉＮ?ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ?Ｓｉ?ｅｔｃｈｉｎｇ??圖１．５?５舊納米孔制備過

圖１．６?２－Ｄ石墨烯納米孔：（ａ）通過將石墨烯片安裝在中空的Ｓｉ３Ｎ４晶片上然后??在中心孔鉆孔而而制備石墨稀納米孔；（ｂ）在５?ｎｍ孔中實(shí)現(xiàn)ｄｓＤＮＡ分子的構(gòu)??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??第三代測序?yàn)閱畏肿訙y序，是基于納米孔的一種測序技術(shù)。經(jīng)過近２０年的??發(fā)展，納米孔測序己經(jīng)成為ＤＮＡ測序的主要方式。提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分辨率??和靈敏度是促進(jìn)ＤＮＡ測序技術(shù)發(fā)展的一種方法［３６］。目前，全世界的研宄人員都??在積極進(jìn)行納米孔測序的研宄，各國公司也在積極致力于打破測序設(shè)備能力的極??Ｐ艮，因此，納米孔測序在ＤＮＡ測序技術(shù)中有巨大的潛力。??１．４．２納米孔的離子選擇性??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2894112