《受限納米通道中離子輸運機理的研究》是葛艷艷為項目負責人，南京農業大學為依託單位的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：受限納米通道中離子輸運機理的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：葛艷艷
- 依託單位：南京農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
將實驗研究與理論模擬相結合，研究尺寸小於10 nm的受限納米通道中離子輸運規律，在此基礎上實現對流體的控制和目標分析物的檢測。實驗研究方面，設計、製造出基於單孔納米通道的納流控器件，研究尺寸效應、表面效應、電解質溶液濃度、外加電場等對離子輸運的影響。納米通道是通過沉積、刻蝕工藝在矽基底上形成自支撐的薄膜結構上分別採用聚焦離子束減薄和TEM電子束轟擊相結合、聚焦離子束打孔和電子束誘導沉積相結合的兩種方法獲得。理論研究方面，在分子動力學仿真的基礎上，闡明受限納米通道中離子輸運影響因素的作用機制，修正基於連續假設的流體動力學模型，建立納米通道中離子輸運的數學模型，實現控制、改變納米通道中流體的結構形態和性質。通過本項目的實驗與理論研究，將完善微納流控動力學的基本內容，為發展超靈敏單分子感測器奠定理論基礎。
結題摘要
納流控技術理論的不斷完善是促進納流控技術進行實際套用的重要基礎，而其中很多物理現象尚未被完全理解和描述，因此需要通過大量仿真和實驗去對所發現的物理現象進行定量描述從而建立相關模型和完善理論。本項目的主要工作如下：(1) 採用分子動力學仿真的方法研究高溶液濃度下離子在錐形納米通道中的輸運。研究發現在高濃度溶液中僅幾何形狀不對稱的受限錐形納米通道中會出現整流現象，整流比大小隨溶液濃度的變化呈現出極值且整流方向受壁面電荷性質的控制。(2) 採用分子動力學仿真的方法研究了不同溶液濃度下，帶有不同電荷密度的C60分子通過受限納米通道時對通道內離子電流的影響。研究結果表明，當電中性的C60分子進入納米通道中時，通道中反離子的濃度不發生變化，C60分子的體積占位會影響電滲的形成，使得通道內離子的軸向速度下降，導致過孔電流小於基準電流；當荷電的C60分子進入納米通道中時，隨著荷電量的增加，通道內會出現更多的反離子來維持中間區域的電中性，反離子濃度的增大導致電滲速度的增加，引起離子電流的增大，從而出現過孔電流大於基準電流。(3)研究了納米通道中單壁碳納米管的體積、賀電量及通道壁面電荷密度對受限納米通道中離子電流的影響。統計結果表明，電中性的單壁碳納米管進入通道中所產生的過孔電流始終小於基準電流，且隨著碳納米管的直徑增大，過孔電流越小；當碳納米管荷電且荷電量增加時，在溶液濃度較低時，過孔電流大於基準電流；當溶液濃度較高時，過孔電流小於基準電流，出現電流交叉現象。隨著納米通道壁面電荷密度的增大，電流的交叉點對應的溶液濃度值增大。(4) 針對納流控技術中納米通道離子電流檢測的需要，搭建了一種納米通道離子電流檢測試驗台，並對納米孔內的離子電流進行了測量。
