纳流控反电渗析盐差发电性能的影响因素

随着微纳米技术的发展和材料的日新月异,利用反电渗析技术获取海洋/河水之间的盐差能成为近几年的研究热点。反电渗析盐差发电具有结构简单、无污染、原料可循环等优势。本文着重研究在一定的浓度差下,膜上基本单元纳米孔中的离子输运特性。通过探究纳米孔几何因素、对流和温差对盐差发电的影响,解释基于纳米孔盐差发电的内在物理机制。研究结果有助于理解盐差发电的物理机理,也可为提高纳米孔盐差发电性能提供理论指导。     

仿生智能单纳米通道的研究进展

自然界的生命体经过亿万年的进化几乎完成了智能操纵的所有过程,向自然学习是智能新材料和新体系发展的永恒主题.生物学纳米通道,典型的如水通道和离子通道,在细胞的基本分子生物学过程中发挥着重要的作用.目前,仿生智能单纳米通道主要是从不同外场响应（pH值、温度、离子等）来开展研究.文章主要结合作者所在课题组的最新研究进展,对受水通道和离子通道启发的仿生智能纳米通道系统的研究工作做一简要综述和展望.     

仿生智能单纳米通道的研究进展

自然界的生命体经过亿万年的进化几乎完成了智能操纵的所有过程,向自然学习是智能新材料和新体系发展的永恒主题.生物学纳米通道,典型的如水通道和离子通道,在细胞的基本分子生物学过程中发挥着重要的作用.目前,仿生智能单纳米通道主要是从不同外场响应(pH值、温度、离子等)来开展研究.文章主要结合作者所在课题组的最新研究进展,对受水通道和离子通道启发的仿生智能纳米通道系统的研究工作做一简要综述和展望.     

纳米通道滑移流动的分子动力学研究

本文采用非平衡分子动力学方法对纳米通道内的Couette流动进行了研究,计算获得了不同壁面和流体间势能作用强度下通道内流体的速度分布和密度分布,反映出可能存在的速度滑移、表观无滑移和负滑移现象,并探讨了速度滑移程度和壁面作用强度之间的关系。     

纳米水通道内水的流动特性研究

由于纳米水通道在水处理方面的潜在应用以及它与生物水通道的相似性,人们对纳米水通道的研究受到广泛重视.文章重点介绍了近10年来在纳米水通道方面的研究进展,特别是在外力或外电场扰动下,纳米碳管内水的流动特性.主要包括:热噪音环境下受控水通道内水流的开关特性;外电场驱动下纳米管道内水流的行为;受生物水通道的复杂结构启发的纳米水泵设计.     

纳米水通道内水的流动特性研究

由于纳米水通道在水处理方面的潜在应用以及它与生物水通道的相似性,人们对纳米水通道的研究受到广泛重视.文章重点介绍了近10年来在纳米水通道方面的研究进展,特别是在外力或外电场扰动下,纳米碳管内水的流动特性.主要包括：热噪音环境下受控水通道内水流的开关特性;外电场驱动下纳米管道内水流的行为;受生物水通道的复杂结构启发的纳米水泵设计.     

纳米通道内液体流动的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法模拟液体在定截面及变截面纳米通道内的三维Poiseuille流动,研究液体浸润性及通道截面变化对纳米通道内液体流动的影响.研究结果表明:液体对壁面不湿润时,壁面处有速度滑移存在,并且随接触角的增大而增大,液体对壁面湿润则不存在速度滑移;同时,摩擦阻力系数随接触角的减小而增大.通道截面形状的变化对流场的影响随着远离变截面位置而迅速减弱,对流体通道平直处的流体速度相对值分布影响不大,对摩擦阻力系数影响较大.     

纳米通道滑移流动的分子动力学模拟研究

本文采用非平衡分子动力学方法对平板纳米通道滑移流动进行了非平衡分子动力学模拟,获得了不同壁面势能和不同温度时流体的速度分布及密度分布。研究结果表明滑移速度在很大程度上决定于流体温度和壁面吸引力作用强度的大小。由于不同壁面吸引力时流体的密度分布受温度的影响规律不同,使得不同壁面吸引力时流体的滑移速度受温度影响规律也不一致。而且,流体结构受壁面流速的影响要受到壁面势能的制约。     

纳米通道内液体流动的滑移现象

采用分子动力学模拟方法研究了液态氩在铂纳米通道内的流动，通过改变流体和壁面之间的势能作用获得了流体和通道表面之间浸润性质不同时的滑移现象. 研究发现：液体分子在亲水性通道表面附近呈类固体性质，数密度和有序性较大，而在疏水性表面附近的平均数密度降低，形成一个低密度层；液体流动在固体表面的速度滑移随着液体与表面势能作用的增强而减小，当液体和表面的浸润性不同时可以发生滑移、表观无滑移和负滑移现象；液体在固体表面的表观滑移是液体在固体表面的速度滑移、粘附和流体内部滑移的综合作用的结果. 关键词： 纳米尺度流动 速度滑移 浸润性 分子动力学模拟     

微细通道纳米与非纳米流体传热和压降对比研究

分别以0.2%、0.5%、1%质量分数的Al2O3-H2O纳米流体和去离子水为实验工质,在高2mm,宽1mm的矩形微细通道内进行纳米流体与非纳米流体两相沸腾传热和压降对比研究。实验结果表明:增加质量通量对两种工质换热系数影响都较小,但增加热流密度可提高换热系数;在相同工况下,与水基液相比,采用Al2O3-H2O纳米流体换热系数明显增大,且随着纳米流体质量分数的增加而增加,对于该实验换热系数可提高8%～17%;随着纳米颗粒质量分数和质量通量的增加,两相摩擦压降显著增大。     

一维反激光器完美相干吸收理论分析

利用传输矩阵和散射矩阵方法, 具体计算了单通道和双通道结构完美相干吸收效应的产生条件, 并分析了其之间的相关性.结果表明, 单、双通道结构各自都有大量可选条件能促 使完美相干吸收效应的发生, 且在入射波长及其相应介质折射率等参数不变的情况下, 双通道完美相干吸收效应产生所对应的介质长度与单通道完美相干吸收效应产生所对应的 介质长度具有二倍关系.如波长为756 nm的光入射Si介质,完美相干吸收可以在介质长度分别为3.701 和7.402 μm的单通道结构和双通道结构中发生. 该研究对促进完美相干吸收效应在光调制、光开关、光学探测等方面应用以及光学通 信和计算领域的硅基集成光子器件设计都具有积极意义.     

钛酸钡纳米颗粒铁电性临界尺寸的理论分析

从铁电体的Eular-Lagrange方程出发, 取贝塞尔方程级数解的形式, 得到了钛酸钡陶瓷颗粒的总极化强度表达式, 分析了各系数对总极化强度的影响. 根据总极化强度表达式, 采用MATLAB软件对尺寸在100 nm以下的钛酸钡纳米颗粒的铁电性进行了仿真分析. 结合实际数据探讨了尺寸效应对陶瓷颗粒铁电性的影响, 获得了与实验数据相符的数值解和极小值, 从而预测了钛酸钡纳米颗粒铁电性存在的临界尺寸为6 nm.     

纳米通道内高分子稀溶液的分子动力学模拟

运用分子动力学方法对纳米通道内的高分子稀溶液进行了模拟,分析了通道宽度、壁面性质和链长对高分子链构象参数和质心密度分布的影响。模拟结果表明:随着通道宽度和壁面接触角的增大,回转半径逐渐减小,高分子链实现了从二维构象向三维构象的转变;通道宽度的减小和壁而接触角的增大,均导致高分子链远离壁面;在通道宽度一定时,长链高分子易呈伸展状且远离壁面,而短链易呈团聚状且移向壁面.     

非对称纳米通道内界面热阻的分子动力学研究

微尺度系统传热具有较小的热惯性和较快的热响应,在控制传热方面具有独到的优势.本文利用分子动力学方法研究了纳米通道中壁面温度及壁面润湿性不同时,静态流体和动态流体下界面热阻的变化规律.结果表明,在静态流体中,壁面润湿性的增强会显著降低界面热阻,对于温度不同的壁面,当润湿性较弱时,可以观察到高温壁面处的界面热阻高于低温壁面处,反之,当润湿性较强时,壁面温度对界面热阻的影响较小;对流体区域施加外力使流体流动,结果显示外力的增加能有效提高系统的热通量,流体温度升高.当润湿性较弱时,外力的增大能显著减低界面热阻,而随着壁面润湿性增强,外力对界面热阻的影响逐渐减小.此外,本文将界面热阻与壁面吸附流体分子数量相联系,发现在静态流体中,界面热阻值与壁面吸附流体分子的数量呈负相关;而在动态流体中,外力的变化对吸附分子数量的影响较小,壁面润湿性的强弱是影响壁面吸附流体分子的主要影响因素.     

纳米硅通道内滑移现象的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了水在硅通道中的流动现象。通过模拟Couette剪切流动,得到了通道中流体的速度分布,同时考察了壁面吸附气体以及壁面具有纳米结构情况下的流动。模拟表明气体层以及微结构的存在可以改变硅表面的滑移性质,进而可以通过在壁面构造纳米结构以及在通道中充入气体来改变和控制纳米通道中的流体输运。     

纳米通道内气体剪切流动的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了表面力场对纳米通道内气体剪切流动的影响规律.结果显示通道内的气体流动分为两个区域:受壁面力场影响的近壁区域和不受壁面力场影响的主流区域.近壁区域内,气体流动特性和气体动力学理论预测差别很大,密度和速度急剧增大并出现峰值,正应力变化剧烈且各向异性,剪切应力在距壁面一个分子直径处出现突变.主流区域的气体流动特性与气体动力学理论预测相符合,该区域内的密度、正应力与剪切应力均为恒定值,速度分布亦符合应力-应变的线性响应关系.不同通道高度及密度下,近壁区域的归一化密度、速度及应力分布一致,表明近壁区域的气体流动特性仅由壁面力场所决定.随着壁面对气体分子势能作用的增强,气体分子在近壁区域的密度和速度随之增大,直至形成吸附层,导致速度滑移消失.通过剪切应力与切向动量适应系数(TMAC)的关系,得到不同壁面势能作用下的TMAC值,结果表明壁面对气体分子的势能作用越强,气体分子越容易在壁面发生漫反射.     

金纳米通道制备及催化性能研究

以聚碳酸酯超滤膜(PC膜)为模板,采用层-层自组装技术将聚乙烯亚胺(PEI)阳离子聚合物和柠檬酸根稳定的金纳米粒子(AuNPs)交替吸附在PC膜孔内制备了金纳米通道,并采用SEM对其进行了表征。以紫外-可见吸收光谱作为分析手段研究了金纳米通道对对硝基苯酚(4-NP)还原反应的催化性能。结果表明,金纳米通道具有良好的催化活性,催化效率随组装层数的增多出现先增大后降低的现象,PEI/AuNPs为三层时,金纳米通道具有较高的催化性能,且催化效率随4-NP+NaBH4混合溶液体系在金纳米通道内的流速增大而减小。     

金纳米球壳光学吸收的Mie理论分析

基于Mie散射理论研究了金壳厚度变化、内核尺寸变化及内核介质变化下金纳米球壳的吸收光谱.研究发现,随着金壳厚度的增加,颗粒光学吸收增加到最大值后逐渐降低;随着内核尺寸逐渐增加,金壳颗粒的光学吸收最大值逐渐减小.此外,还发现随着内核介电常数的增大,颗粒的光学吸收逐渐减弱,当内核为空心时,吸收最强.利用等离激元杂化理论及自由电子和振荡电子变化的竞争机制对上述现象进行了理论分析. 关键词： 金纳米球壳 等离激元共振 吸收光谱     

分子动力学模拟纳米通道内混合气体流动的温度效应

温度对纳米通道内流体的流动有显著的作用。运用分子动力学方法,模拟了不同温度下气体混合物在纳米通道内的Poiseuille流动。结果表明:气体混合物化学成分和物理结构都是非均匀的,固壁附近亲水粒子密度随着温度的升高而降低,疏水粒子随着温度的升高逐渐能够到达固壁附近。纳米通道内混合气体在温度较低时有明显的分层现象,而随着温度的升高,密度分布趋于一致。同时在固体壁面从温度较低时的无表观滑移到表观滑移速度随着温度的升高而逐渐增大,而在通道中心混合气体的流动速度随着温度的升高而降低。