气体分子在纳米通道中的输运扩散研究

摘要

随着计算机技术飞速发展，分子模拟方法已经成为研究分子输运的有力手段之一。目前，微观分子输运扩散机制的研究绝大部分都是基于完美通道，对于缺陷通道的研究还知之甚少。 本文结合非平衡分子动力学和蒙特卡洛方法，研究了单组份和双组份气体分子分别在完美通道和形变通道中的输运扩散特性，分析了包括通道长度、管径大小、通道手性、流体种类、混合浓度比例，以及形变等可能会影响输运扩散系数的因素。 本文的主要研究成果包括： 1.在单组份气体分子的完美通道中，我们发现通道长度、管径大小、环境温度、流体种类、通道材料等对输运扩散系数均有着不同程度的影响，但通道手性没有造成明显的影响。 2.我们构建了四种类型的形变通道，与完美通道对比发现：影响通道分子输运特性的实质是通道横截面和长度的变化，前者影响相对较大而后者相对较小。 3.在双组份气体分子的完美通道中，我们发现环境温度、混合气体的种类、混合浓度比例和管径大小对输运扩散均有不同影响。 4.双组份与单组份气体分子在形变通道的输运特性相似。 本文有助于丰富统计物理中非平衡扩散的内容和理解生物通道的物质交换。同时，关于双组份气体分子的输运扩散研究可提供一些关于气体分离和储存的新思路。

目录

声明

1 绪论

1.1分子输运的研究背景

1.2纳米通道

1.3纳米通道分子输运的研究

1.4本文的主要工作和研究意义

2 研究方法

2.1 分子动力学方法

2.2 蒙特卡洛方法

2.3 输运扩散系数的计算

3 单组份气体分子在纳米通道中的输运扩散研究

3.1 模型与方法

3.2 分子在完美通道中的输运扩散

3.3变形通道对气体输运扩散的影响

3.4 小结

4 双组份气体分子在纳米通道中的输运扩散研究

4.1 模型与方法

4.2 双组份气体在完美碳纳米管中的输运扩散

4.3 变形通道对双组份气体分子输运扩散系数的影响

4.4 小结

5 总结与展望

参考文献

读硕士研究生期间发表的论文

读硕士研究生期间参与的科研项目

致谢