| 摘 要： | 石墨烯纳米通道由于超长的滑移长度以及独特的流体输运性能,受到了物理、生物、力学、材料等领域的广泛关注.目前关于碳基材料的受限液体输运研究主要基于均匀的纳米通道,而实际制备的纳米通道结构并不均匀.因此,本文利用分子动力学方法,研究了非均匀石墨烯通道对受限水输运行为的影响.结果表明,通道内的受限水在不同区域形成了不同的层状结构,随着水密度增加,受限水结构会由液态逐渐转变成规则的四方类固态,水的平均速度随其密度增加呈现先降低后上升再下降的趋势.这是由于在低密度下(0.8–0.9 g/cm~3)随着密度的增加,界面摩擦增大,水的速度降低.当密度达到结构转变密度时,摩擦系数会急剧降低,当两层受限水呈现四方类固态时(1.0 g/cm~3),其流速达到最大.继续增大密度(1.0–1.4 g/cm~3),界面摩擦增大,水的速度再次降低.不仅如此,水处于低密度(0.8 g/cm~3)或密度较大(1.4 g/cm~3)时,受限在较大层间距下的水流速较快,在较小层间下水流速较慢.处于中间密度时,不同层间距间水分子速度分布呈现一致.该结果对理解受限体系下水的相态以及输运特性提供了理论支撑,并对生物通道中的物质输运以及海水淡化等方面有一定的指导意义.
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