纳米通道

摘要： 世界各地面临日益严峻的水资源短缺问题。海水淡化是生产饮用水的一种方法,但往往伴随着巨大的能源成本。日本研究人员首次使用基于氟的纳米结构成功过滤了水中的盐。与目前主要的海水淡化方法(热能法和反渗透膜法)相比,氟离子纳米通道的工作速度更快,需要的压力和能量更少,是更有效的过滤器。用含有聚四氟乙烯涂层的锅做饭,煮熟的饭就不会粘在锅上。

摘要： 准确快速检测水体中农药残留对水体安全至关重要.基于纳米通道电流整流现象,利用适配体特异性结合目标物的特点,构建了电化学适配体传感器,以实现马拉硫磷(Mal)的检测.通过金硫键将Mal适配体1(Apt-1)修饰到镀有金膜的纳米管腔内,利用Mal与Apt-1和适配体2(Apt-2)特异性结合后改变纳米通道内电荷密度的特点,实现Mal的定量检测.采用扫描电镜(SEM)和圆二色谱(CD),对纳米管及通道内部进行表征;对Apt-1在纳米通道内部的修饰浓度、Apt-2的使用浓度、孵育溶液的pH以及孵育时间进行优化.在最佳工作条件下,Mal浓度的对数与传感器的响应电流信号呈线性关系,传感器对Mal的检测线性范围为1.0×10^(-8)~1.0×10^(-6) mol/L,检测限(LOD)为3.33×10^(-9) mol/L.考察了传感器的稳定性以及对Mal的检测选择性,并将传感器用于水样中Mal的分析,所得结果与气相色谱(GC)方法所得结果基本一致.

摘要： 能源前沿网易号9月1日讯具有纳米通道的膜在分子分离中表现出巨大的潜力,但由于缺乏尺寸筛分特性和特异性亲和力,在分离具有非常接近物理性质和动力学直径的分子(例如乙烯/乙烷)方面仍然存在巨大挑战.近日,南京工业大学金万勤教授和刘公平副教授等人报告了一种金属受限二维(2D)亚纳米通道,通过分子识别和筛分成功区分乙烯与乙烷.

摘要： 纳米流体是指流体在特征尺寸小于100 nm的通道或孔中流动呈现超快水运输、表面电荷控制离子传输等独特的物理行为。该现象的有效利用在生物、能源相关领域展现出巨大的潜力,因而引起人们的广泛关注。近年来,随着纳米流体通道制造技术的飞速发展,利用其进行能源转化取得了空前的增长。本文综述了纳米流体通道的主要制备方法,介绍基于纳米光刻、微电子机械系统技术(MEMS)、纳米材料三类常规制备策略以及其他非常规纳米流体通道制备方法,随后讨论了纳米流体通道在盐差能转换、刺激相应门控、离子检测、单分子传感、海水淡化领域的重要应用研究,最后,对当前利用纳米流体材料的制备方法及未来研究方向面临的挑战和机遇进行讨论,比如高成本、可靠性和稳定性有待提高等。

摘要： 在河水与海水的交界处实现渗透能提取与捕获是解决未来能源危机的重要方式之一.渗透能因为储量大,容易获取以及绿色可持续的优势受到广泛关注.反向电渗析技术是一种能够有效捕获渗透能的方法之一,目前已经得到了深入的研究与发展.离子交换膜是反向电渗析技术转换渗透能的关键组件,其性能的优异程度决定能量转换效率的高低.常见的膜材料主要是高分子聚合物及其改性化合物,最近一些二维材料如石墨烯、氧化石墨烯、二硫化钼、各种框架材料及其改性复合物因优异的选择性离子传输、纳米级通道、丰富的表面功能基团以及可修饰性成为捕获渗透能的重要膜材料.本文综合评述了二维材料作为离子传输通道的类型以及相应的传输机理;例举了二维材料及其复合物的设计方案和在渗透能转换方面的具体应用;最后提出了目前二维材料在渗透能转换领域中面临的挑战以及未来的发展方向.

摘要： 含液微纳米孔隙在自然界中普遍存在,在发展 日趋精密化、微型化的工业中也有着广泛的应用,深刻理解流体在微纳米通道内的物性变化对于相关自然现象以及工业应用具有重要的指导意义.本文基于分子动力学方法,建立了由金属铂板构成的二维纳米尺度通道分子模型,分别考察了受限Lennard-Jones流体和水的物性变化.根据密度、剪切应力和粘性在通道高度方向的分布情况,确定了两种流体的边界层厚度约为4.8 ?和4.6 ?.针对边界层内的流体,发现界面流体的粘性相比宏观尺度体态流体粘性明显提高,且随着固-液相互作用强度的增加而增加,但随着通道壁面晶格常数的增加而减少.基于计算结果,给出了由接触角表征的具有一定普适性的流体界面粘性计算公式.研究工作为微纳米尺度通道输运性能及其调控提供了有价值的参考和指导.

摘要： 运用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对栅压调控纳米通道器件进行数值分析,通过耦合静电场、稀物质传递和层流模块进行仿真,以相同偏压下栅压变化对电渗流速度的调控作为评价标准,分析了不同通道高度、介电层厚度和通道长度尺寸下的栅压调控性能,结果表明栅压调控纳米通道器件的调控性能和器件尺寸参数有较大联系,优化器件尺寸参数是优化调控性能的重要手段.

摘要： 为了更好地了解近年来微通道研究的发展状况,基于微通道两个不同的尺度级别(微米级、纳米级),对国内外相关研究成果进行了综述.通过对比分析发现,学者们对影响微通道流动与换热的因素,如工质侧的工质种类、微通道侧的通道结构、制作材料以及微尺度效应等进行了研究,但有些结论仍存在争议,甚至部分结果之间相互矛盾.在纳米通道的研究中,由于无法进行实验研究,数值模拟方法得到了广泛的应用;并且在大部分研究中主要采用分子动力学方法;在纳米通道内原子势能对换热性能产生了较大影响.

摘要： 微纳流控芯片在生物、医学等领域有着重要的应用价值.针对纳米压印技术进行微纳流控芯片制作过程中,通道尺寸难以调节以及纳米通道难以与带有微通道的PDMS (polydimethylsiloxane)键合等问题,提出一种通过胶厚调节尺寸和在纳米沟槽表面沉积氮化硅作为键合层的方案.通过纳米压印光刻进行纳米沟槽的制作,并通过控制压印胶的厚度实现了对纳米沟槽高度的调节;在纳米沟槽表面沉积氮化硅作为键合层,使用氧等离子体对PDMS表面进行改性,实现PDMS与纳米沟槽的键合.采用这种工艺制作了纳米通道尺寸小于100 nm的微纳流控芯片,并对芯片进行了荧光离子富集试验,结果显示该芯片具有较好的富集能力.

摘要： PS-b-P4VP薄膜在发生微相分离后可以形成以P4VP链段为分散相、PS链段为连续相基体的微相分离形貌,P4VP微相区以柱状形态从薄膜表面突起.Iryna I.Perepichka等人使用PS-b-P4VP(PDP)嵌段共聚物,对该嵌段共聚物在不同的PS和P4VP物质的量比条件下形成的自组装结构进行了研究,并发现PDP含量在一定范围内,嵌段聚合物PS-b-P4VP中P4VP段的吡啶基团与同时带羧基和PDP中酚羟基可以形成氢键而构筑形成超分子嵌段聚合物薄膜. 本实验在Iryna I.Perepichka的研究基础上，用重蒸的四氢吠喃将PS-b-P4VP和PDP溶解、涂膜，并在四氢吠喃蒸气中溶剂退火，之后用无水甲醇将PDP溶解制备纳米通道，并分别对PS-b-P4VP膜、PS-b-P4VP(PDP)、以及洗掉PDP之后得到的聚合物膜进行了AFM表征.实验证明，通过上述方法的得到的PS-b-P4VP嵌段共聚物自组装薄膜，具有排列规则的纳米孔道结构，且该结构兼具离子整流性质和油水分离性质。

摘要： 在电渗析、反电渗析、电渗、纳滤等电动问题中,常常抽象出的是一个纳米通道连接两个池的简化模型.通常两个池的浓度和电势的无穷远边界条件是已知的,但是在一维简化理论及一些简单的二维模拟中我们需要知道纳米通道两端的边界条件.Donnan平衡关系是用于给出纳米通道边界条件的一个简单易用且应用广泛的理论,但其适用性及可行性并没有得到过系统的验证.本文采用格子波尔兹曼算法求解两池一通道系统的Poisson-Nernst-Plank(PNP)模型,将得到的模拟结果与Donnan平衡关系进行对比,从而总结出Donnan平衡关系的适用条件.

摘要： 微纳尺度内部流动的粘性耗散效应在多数情况下不可忽略.本文基于前人对纳米通道内部流动粘性耗散的研究,修正了预测纳米通道内流体截面温度分布方程.该方程保留了能量方程中粘性耗散引起的对流项,同时考虑了微纳尺度流固界面上温度跳跃等特点.修正后的方程验证了纳米通道Poiseuille充分发展流动下截面温度呈四次多项式分布.在不同入口驱动力,壁面湿润性及通道尺寸下,方程的预测值均能与分子动力学模拟结果吻合较好。

摘要： 本文采用非平衡分子动力学方法模拟了氖氩混合气体在纳米通道中的流动.模拟结果显示:在纳米通道中,氖氩非均匀混合,随着氖粒子的减少,氩粒子逐渐被吸附于壁面,而氖粒子主要分布于通道中间.流体速度分布显示速度随着氖粒子比例增加而升高,同时,滑移速度也从负滑移速度逐渐转变为正滑移速度.在不同温度下,流体分子热运动剧烈程度不同,氩粒子解吸附能力随着温度升高而增大,使得固壁附近氩粒子密度随着温度升高而降低;氖粒子随着温度升高逐渐能够到达固壁附近.氖、氩混合气体的滑移速度随着温度升高而增大,中心流速随着温度升高而减小.

摘要： 运用分子动力学方法对纳米通道内存在泊肃叶流场时高分子链的运动特性进行了模拟,分析了外力对高分子链构象和迁移特性的影响.模拟结果表明:随着外力的增加,高分子链的构象实现了团聚状向伸展状的转变,通道中心的密度随着外力的增加而增大,密度分布曲线由单峰变为两对称尖峰分布;高分子链的质心移动速率随外力呈线性增加,但松弛时间随外力的增大逐渐减小.

摘要： 提出了一种利用毛细力驱动的新型纳米通道双电层发电系统,可以同时收集利用环境中的各种品位能量进行发电.从理论和实验两方面对系统的风能利用特性进行研究,实验结果与理论分析合理吻合.在15m/s的风速下(约相当于成人吹气的气流速度),直径1.5cm的发电装置实验最高发电功率可达30nW,通过减小纳米通道尺寸,最高功率可达390nW.

摘要： 纳米通道内的反电渗析过程是一种将纳米通道两端由于浓度差造成的能量势差转化成电能的新方法.由于反电渗析中局部浓度随流向位置变化,通道内壁面电荷密度也会随流向位置发生变化.本文引入双电层带电Basic-Stern模型,将壁面电荷密度与局部浓度关联,并在传统空间电荷模型的基础上,预测了反电渗析过程的电流-电压曲线和开路电压.修正的空间电荷模型由于引入双电层带电模型,将难以测量的物理量,如壁面电荷密度,转化为较易测得的物理量和已知的模型参数.与已有模型的对比表明修正的空间电荷模型在合理选择模型参数的条件下更符合实验结果.

摘要： 理论和实验研究预言或揭示,孔径及形状确定的纳米孔,尤其是直径小于2mm甚至1nm的纳米孔在纳米受限空间下具有众多奇异的功能与性质.开发结构与功能可调的分子及超分子有机纳米管及纳米孔可望系统揭示纳米及亚纳米空间下诸多性质的机理,并为进一步设计、制备相关的功能材料提供必要的结构基础.在已有方案中,有机大环分子的管状堆积代表制备超分子有机纳米管及纳米孔的一条概念直观的、切实可行的途径.其中,含有不变形内孔的超分子有机纳米管可由刚性有机大环分子的可控管状自组装形成.通过关联分子及超分子结构,这样的超分子纳米管具有独特的优势,如在分子水平上对于大环构件的合成与功能修饰可直接在超分子结构层次得到反映.

摘要： 近年对于具有不变孔径的纳米孔,尤其是小纳米(＜2nm)及亚纳米(＜1nm)孔的理论或实验研究预言或揭示了在纳米受限空间下众多奇异的功能与性质.开发结构与功能可调的分子及超分子有机纳米管及纳米孔可望系统揭示纳米及亚纳米空间下诸多性质的机理,并为进一步设计、制备相关的功能材料提供必要的结构基础.有机大环分子的管状堆积为制备有机纳米管及纳米孔提供一条概念直观的、切实可行的途径.刚性有机大环分子的可控管状自组装形成含有不变形(孔径确定的)内孔的超分子有机纳米管.

摘要： 采用三维分子动力学模拟方法研究了光滑和粗糙纳通道内的热滑移,获得了纳通道内的温度分布.分析讨论了固液界面的热滑移现象,研究了固液相互作用强度、表面粗糙高度和固体壁面刚度对界面热滑移的影响.研究表明:粗糙和光滑纳通道中心区域的液体温度均呈线性分布,但在近壁面附近,液体温度分布偏离了线性特征;固液相互作用较强时,界面热滑移长度较小;增加粗糙高度或者减小壁面刚度会减少界面热滑移长度.

摘要： 本发明涉及自组装纳米结构，其包含聚亚烷基亚胺(PAI)和去污剂溶解的跨膜蛋白，例如水通道蛋白。

摘要： 本发明涉及一种基于叠层超表面实现双通道纳米印刷和双通道全息的方法，包括：构建超表面单元结构，超表面单元结构包括基底、设置在基底上的第一纳米砖以及嵌于基底中的第二纳米砖；优化得到第一纳米砖和第二纳米砖的结构参数；构建超表面结构阵列，其包括多个超表面单元结构；根据入射光先后经过第一纳米砖和第二纳米砖以及先入射至第二纳米砖再入射到第一纳米砖两种模式下的近场图案和远场图案的成像要求，从中找出能同时满足近场成像的强度分布又在远场能形成相位型傅里叶全息图的第一纳米砖转向角θ1和第二纳米砖转向角θ2的排布，获得能实现双通道纳米印刷和双通道全息的超表面材料。本发明可以在一片超表面材料上编码四幅完全无关的图像。

摘要： 本发明涉及一种基于叠层超表面实现双通道纳米印刷和双通道全息的方法，包括：构建超表面单元结构，超表面单元结构包括基底、设置在基底上的第一纳米砖以及嵌于基底中的第二纳米砖；优化得到第一纳米砖和第二纳米砖的结构参数；构建超表面结构阵列，其包括多个超表面单元结构；根据入射光先后经过第一纳米砖和第二纳米砖以及先入射至第二纳米砖再入射到第一纳米砖两种模式下的近场图案和远场图案的成像要求，从中找出能同时满足近场成像的强度分布又在远场能形成相位型傅里叶全息图的第一纳米砖转向角θ1和第二纳米砖转向角θ2的排布，获得能实现双通道纳米印刷和双通道全息的超表面材料。本发明可以在一片超表面材料上编码四幅完全无关的图像。

摘要： 本发明涉及自组装纳米结构，其包含聚亚烷基亚胺(PAI)和去污剂溶解的跨膜蛋白，例如水通道蛋白。

摘要： 多通道且内嵌中空Co3O4纳米颗粒的碳纳米纤维气凝胶及其制备方法，属于能源材料领域。由混合聚丙烯腈/聚苯乙烯/ZIF‑67并经过静电纺丝方法制备的纳米纤维膜为原料，依次经过剪切分散、冷冻干燥、碳化及氧化热处理构建三维纳米纤维气凝胶，独特的“双空”结构可以有效缓解活性物质充放电过程带来的电极材料体积膨胀及收缩这一共性问题，并暴露更多的电化学活性位点，同时纤维之间连续的三维“焊接”网络结构消除了界面接触电阻并提供了良好的导电性，促使电子快速传输。该三维纳米纤维气凝胶作为超级电容器的电极材料表现出高比电容、高倍率和超长循环稳定性的优异集成性能。

摘要： 本发明提供了一种电探测器，其包括集成有电荷传感器的纳米流体通道。所述电荷传感器可为纳米管、纳米线、晶体管或电容，并且可以是碳、硅、碳/硅或其他半导体材料。纳米通道的深度与德拜屏蔽距离接近。本发明还提供了以电探测器探测带电分子或生物或化学物类的方法。溶液中的带电分子或物类被驱动通过电探测器的纳米通道，并与电荷传感器接触，从而产生可探测到的信号。本发明还提供了检测局部溶液电势的方法。流经电探测器纳米通道的溶液与电荷传感器接触，从而产生可探测到的局部溶液电势信号。

摘要： 本发明公开了一种基于液气平衡的聚合物纳米通道自构建机理制备微纳米通道的方法，是使用光栅模板利用纳米压印技术制备SU-8胶的纳米光栅结构，接着在SU-8胶的光栅结构上旋涂一层脱模剂，然后利用狭缝型挤压涂胶的方式在覆有脱模剂的SU8胶的光栅结构上涂覆一层SU-8胶，涂覆的SU-8胶层在表面张力的作用下与截留在光栅内的空气压力平衡以形成微纳米通道，最终完成微纳米流控系统的制备。本发明无需高压高温，这就避免了了聚合物光栅结构的变形和破坏，提高了加工的成功率；本发明可以通过调节聚合物表面张力来控制微纳米通道的尺寸。

摘要： 本发明公开了一种基于液气平衡的聚合物纳米通道自构建机理制备微纳米通道的方法，是使用光栅模板利用纳米压印技术制备SU-8胶的纳米光栅结构，接着在SU-8胶的光栅结构上旋涂一层脱模剂，然后利用狭缝型挤压涂胶的方式在覆有脱模剂的SU8胶的光栅结构上涂覆一层SU-8胶，涂覆的SU-8胶层在表面张力的作用下与截留在光栅内的空气压力平衡以形成微纳米通道，最终完成微纳米流控系统的制备。本发明无需高压高温，这就避免了了聚合物光栅结构的变形和破坏，提高了加工的成功率；本发明可以通过调节聚合物表面张力来控制微纳米通道的尺寸。

摘要： 本发明提供了一种电探测器，其包括集成有电荷传感器的纳米流体通道。所述电荷传感器可为纳米管、纳米线、晶体管或电容，并且可以是碳、硅、碳/硅或其他半导体材料。纳米通道的深度与德拜屏蔽距离接近。本发明还提供了以电探测器探测带电分子或生物或化学物类的方法。溶液中的带电分子或物类被驱动通过电探测器的纳米通道，并与电荷传感器接触，从而产生可探测到的信号。本发明还提供了检测局部溶液电势的方法。流经电探测器纳米通道的溶液与电荷传感器接触，从而产生可探测到的局部溶液电势信号。

摘要： 本发明提供了一种超组装策略制备垂直通道介孔碳钛/阳极氧化铝异质纳米通道(MCT/AAO)的制备方法。该制备方法制备得到的垂直通道介孔碳钛/阳极氧化铝异质纳米通道具有丰富且规整的孔道结构，孔径大小为4.87nm。该纳米通道呈现出非对称的化学组成、表面电荷分布以及通道结构，其介孔碳钛层中，介孔碳框架含有丰富的含氧官能团，主要提供负电荷位点用于调控离子传输，嵌入到介孔碳框架中的氧化钛纳米晶，其光电性能可以赋予纳米通道光控离子传输性能。介孔碳钛层通道与阳极氧化铝通道是垂直连通的，减少了物质传输阻力。该制备方法具有普适性，通过调节介孔碳钛前驱体溶液中碳钛含量和旋涂次数得到不同碳钛含量不同厚度介孔层的纳米通道。