柱狀石墨烯一定程度上繼承了石墨烯和碳納米管優(yōu)異的疏水性、力學(xué)、化學(xué)及電學(xué)特性,這些都為流體在柱狀石墨烯納米通道中的流動提供了天然的優(yōu)勢。研究水在納米通道中的流動特性為藥物輸送、海水淡化、傳感器和納米水泵等納米器件的設(shè)計提供了理論依據(jù)。本論文以柱狀石墨烯作為納米通道,采用分子動力學(xué)模擬的方法探究了柱狀石墨烯的滲透和篩選特性。對于柱狀石墨烯滲透特性的研究,本文首先構(gòu)建了三種由碳納米管和帶孔石墨烯組成的納米通道模型,并對比研究了水轉(zhuǎn)移通過這三種納米通道的滲透行為。研究表明,柱狀石墨烯納米通道入口處的漏斗狀結(jié)構(gòu)能夠有效的改善通道入口附近的滲透環(huán)境,提升水的滲透率。與此同時,針對納米通道入口附近的能障分布也證明水分子更易于滲透進(jìn)入由共價鍵連結(jié)而成的納米通道入口。其次,基于柱狀石墨烯納米通道,探究了壓強(qiáng)、溫度和電場強(qiáng)度對其滲透特性的影響。模擬結(jié)果顯示,水的滲透率隨著壓強(qiáng)的增加而升高,且在模擬過程中滲透通過的水分子數(shù)與時間大致成線性相關(guān),具有較好的連續(xù)滲透性。此外,壓強(qiáng)的不同導(dǎo)致入口附近水分子密度分布的差異,進(jìn)而引起入口附近能障的差異,壓強(qiáng)越高水分子滲透通過的能障越低,越易于滲透行為的發(fā)生;與此同時... 

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

柱狀石墨烯模型

圖 2.1 分子動力學(xué)模擬流程圖[96]Figure.2.1 Flow chart of molecular dynamics simulation[96]2.2 原子間相互作用勢原子之間的相互作用不僅會影響原子的運動軌跡，還從本質(zhì)決定了材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)、力學(xué)、電學(xué)、電磁學(xué)等特性的具體表現(xiàn)。因此為了精確的描述事物的發(fā)展過程，在分子動力學(xué)模擬的過程中，首先需要解決的關(guān)鍵問題就是如何構(gòu)建和選擇合理的勢函數(shù)來描述原子之間的相互作用。勢函數(shù)的研究和開發(fā)直接限制了計算機(jī)模擬方法的發(fā)展，要實現(xiàn)更加符合現(xiàn)實狀況的計算機(jī)模擬，精確的描述模擬體系中原子間相互作用是必不可少的。最早被開發(fā)出來用以描述原子之間相互作用的勢函數(shù)為對勢，該種勢函數(shù)認(rèn)為原子之間的相互作用是兩兩原子之間的相互作用而與模擬體系中其他原子的位置無關(guān)。實驗研究表明，單個原子會對周邊電子云的分布產(chǎn)生影響，電子云的

子動力學(xué)模擬的方法進(jìn)行科學(xué)研究，某種程度上是為了探更加精確的表達(dá)物理規(guī)律提供指導(dǎo)。然而受限于計算機(jī)體系的模擬仍然難以實現(xiàn)，因此引入原胞的概念即通常一定尺寸的立方體內(nèi)，并對其施加一定的約束條件（溫衡態(tài)。與此同時，為消除了原胞尺寸較小引起的表面效應(yīng)率，就需要在模擬的過程中使用周期性邊界條件[103,104]。原胞的附近添加鏡像細(xì)胞，每個鏡像細(xì)胞均可看作是原粒子的位置是原胞中粒子位置的鏡像。通過這種方式實現(xiàn)探索。接下來以二維周期性邊界條件為例對周期性邊界的如圖 2.2 所示，當(dāng)一個粒子從一個邊界跑出去以后就會有界進(jìn)入到原胞中，通過這種方式保證原胞中的粒子數(shù)恒寸無限擴(kuò)大，實際模擬的過程中只是對一個原胞進(jìn)行模時間。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]納米碳材料在可穿戴柔性導(dǎo)電材料中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 夏凱倫,蹇木強(qiáng),張瑩瑩.  物理化學(xué)學(xué)報. 2016(10)
[2]通量可控的雙壁碳納米管水分子泵[J]. 曹平,羅成林,陳貴虎,韓典榮,朱興鳳,戴亞飛.  物理學(xué)報. 2015(11)

碩士論文
[1]碳納米管中水分子定向傳輸?shù)难芯縖D]. 陳貴虎.南京師范大學(xué) 2013



本文編號：3515317