轴向电场对纳米管道中溶液离子径向分布的影响

用分子动力学模拟的方法,研究了轴向外加电场强度对圆柱形纳米管道中NaCI溶液离子径向密度分布的影响.仿真结果表明,纳米管道两端的外加电场强度增大时,系统的瞬时动能增加.离子获得较大的径向动能就可以克服所在位置势能束缚,运动到使原来浓度峰值减小的径向位置,以保证系统的自由能减小,从而导致离子径向浓度峰值变小.壁面电荷密度越小,离子受到壁面电荷的束缚就越小,这一现象越明显.由于离子的径向分布对电渗流有直接影响,因此这一仿真对电渗流的理论研究和利用外电场实现离子分离的纳流体器件的设计具有重要的参考价值.     

电渗流泵的机理分析

以实现CPU的温度控制、提高微流体的流动速度为目标，对电渗流的机理进行了分析．应用无网格算法对Laplace方程、Poisson-Boltzmann方程、Navier-Stokes方程进行数值求解，得到的数值仿真结果与解析近似解吻合较好．对微直管内的微流体的流动进行了仿真，再现了微流体流动的驱动过程，并讨论了微流体的流动速度与外加垂直电场的电势和ζ电势的相关性．本文的数学模型不仅可以仿真几何形状简单的微直管内微流体的驱动过程，也可仿真几何形状复杂、ζ电势较大条件下的微直管内微流体的流动，为电渗流微泵的设计提供了仿真模型．     

纳米通道中离子输运机理的分子动力学仿真

建立了一种两端带有缓冲液池的纳米通道流体电动输运的分子动力学模型,仿真了纳米通道中的离子输运过程.结果表明,纳米通道的带电表面会引起双电层（EDL）域中反号离子的富余及同号离子的衰减,在外加电场作用下,通道中正负离子的定向移动将产生稳定的电泳电流,该电流主要由EDL域中占主导地位的反号离子的定向移动产生;当EDL域与外界有离子交换时,电场的作用会导致EDL域内Na^＋和Cl^-离子数量的减少,平衡后,EDL域的电中性将受到破坏,对外显示的电性取决于表面电荷的特性;EDL域内离子分布与连续理论预测的结果相差很大,如壁面附近Na＋浓度峰值远低于理论预测值;提高表面电荷密度可以有效提高反号离子在通道中的传输效率,同时降低同号离子的传输效率.仿真结果证实了经典扩散双电层理论模型无法准确描述纳米通道中的离子分布,探明了相关实验现象的产生机理以及纳米通道中离子传输效率与表面电荷密度的关系,为纳米泵的设计及应用提供了理论依据.