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通量可控的双壁碳纳米管水分子泵
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TB383[一般工业技术—材料科学与工程]
  • 作者机构:[1]南京师范大学,物理科学与技术学院,南京210023, [2]江苏省光电科学技术重点实验室,南京210023, [3]江苏第二师范学院,物理与电子工程学院,南京210013
  • 相关基金:国家自然科学基金青年基金(批准号:21203097),江苏省高校自然科学研究项目(批准号:14KJB140006)和江苏高校优势学科建设工程资助的课题.
中文摘要:

以双壁碳纳米管作为基本单元设计了一种新型纳米机械水泵,其内管固定作为水分子通道,外管做活塞式轴向运动。分子动力学计算表明,水分子净通量及管内水分子电偶极矩分布均与外管运动速率有强烈耦合效应。该设计可以实现水分子的高效单向运输,且输运效率可以通过外管活塞运动的速率进行调控。这些发现可为未来实用纳米分子泵器件的设计提供新的思路。

英文摘要:

A water pumping system model has been designed based on the double-walled carbon nanotube. In this system, the inner tube is fixed as the water channel, while the exterior one can move, similar to the piston motion along the axial direction, to create a pumping force. Molecular dynamics simulations confirm that both the water flux and the water dipole orientation are sensitive to the velocity of motions of the outer tube so that a controllable unidirectional water flow can be achieved in this system by varying the velocity. Its pumping ability comes mainly from the carbon–water van der Waals driving forces of the exterior tube. The piston motion of the outer tube changes the position of the vdW balance point, which not only leads to the increase of vdW force on the water molecules already residing in the inner tube, but also enlarges their accelerated distance. Meanwhile, the orientation of water molecules inside the inner tube is strongly coupled to the water flux, the probability of +dipole states attains unity at v=0.05/ps, where the water flux reaches its maximum value (2.02 ns-1). Compared to the pump which is controlled by uniform electric field, the transmission efficiency of our mechanical pump is higher. This design may open a new way for water pumping in the field of nanodevices.

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期刊论文 15 会议论文 1
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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876