摘要：纳米通道离子输运在离子能量转换与存储、海水脱盐和离子传感过程扮演着重要作用,离子输运选择性和净通量受纳米通道表面电荷的强烈影响.目前研究主要基于实验和有限元模拟方法,而很少从微观分子尺度揭示外表面电荷对离子输运性能的影响.本文采用分子动力学方法,研究外表面电荷对纳米通道离子输运的调控机理.结果表明,外表面电荷加剧了纳米通道附近和内部的离子电荷不平衡,降低了纳米通道内电势,增强了唐南排斥效应.外表面电荷使纳米通道内水的流速趋于稳定,显著增强通道中心附近的水流速.外表面电荷增强了纳米通道中段的离子速度,在电场驱动作用下内外表面都带电的纳米通道表现出更高的Na^(+)离子通量密度和离子选择性,其离子电导是仅内表面带电纳米通道的2.65倍.该结果丰富了离子输运调节微观理论,对纳米通道离子输运精准调控、离子能量转换和海水淡化器件设计具有指导意义.

摘要：建立了一种两端带有缓冲液池的纳米通道流体电动输运的分子动力学模型,仿真了纳米通道中的离子输运过程.结果表明,纳米通道的带电表面会引起双电层(EDL)域中反号离子的富余及同号离子的衰减,在外加电场作用下,通道中正负离子的定向移动将产生稳定的电泳电流,该电流主要由EDL域中占主导地位的反号离子的定向移动产生;当EDL域与外界有离子交换时,电场的作用会导致EDL域内Na+和Cl?离子数量的减少,平衡后,EDL域的电中性将受到破坏,对外显示的电性取决于表面电荷的特性;EDL域内离子分布与连续理论预测的结果相差很大,如壁面附近Na+浓度峰值远低于理论预测值;提高表面电荷密度可以有效提高反号离子在通道中的传输效率,同时降低同号离子的传输效率.仿真结果证实了经典扩散双电层理论模型无法准确描述纳米通道中的离子分布,探明了相关实验现象的产生机理以及纳米通道中离子传输效率与表面电荷密度的关系,为纳米泵的设计及应用提供了理论依据.

摘要：基于有限元法,对溅射离子泵抽气单元内气体放电及离子输运过程进行了研究.采用商业软件COM SOL M ultiphysics将等离子体模块、磁场模块、带电粒子追踪模块进行耦合,计算得到阳极筒内电子密度的分布规律.研究了气体压强、阳极电压、磁场强度等参数对电子密度的影响,追踪了离子在不同压强下的运动轨迹,得到了离子对阴极板的入射角度和冲击能量.将仿真结果代入到理论抽速计算公式中,所得结果与实验数据进行对比,两者具有很好的一致性,验证了仿真模型的准确性.对离子泵结构设计和性能优化提供了一种适用方法.

摘要：全固态结构的关键因素是固态电解质材料,它应具有良好的相稳定性和电化学稳定性,以及在室温下的高锂离子电导率。本研究采用第一原理计算,对F掺杂的Li_(2)OHX(X=Cl,Br)固态材料的相稳定性、电化学稳定性、化学稳定性和电子/离子传输特性进行了系统的研究。计算结果表明,F掺杂的Li_(2)OHX(X=Cl,Br)在0 K时是热力学亚稳态且宽带隙的电子绝缘体,可以通过实验合成。与一些硫化物和氧化物基固体电解质相比,该材料表现出更宽的电化学稳定性窗口(0.80-3.15 V)。此外,当与典型的正极材料(LiCoO_(2),LiMn_(2)O_(4),LiFePO_(4))接触时,F掺杂的Li_(2)OHX(X=Cl,Br)显示出良好的化学稳定性。对于离子输运性质,用F~-替代部分OH~-被证明能有效地降低Li_(2)OHX(X=Cl,Br)的锂离子迁移势垒。这些发现为进一步设计高性能固态电解质提供了一个理论指导。

摘要：纳米通道的尺寸、结构和表面化学对其内部溶液的分布结构和输运性质有着重大影响.本文研究了一种全新的菱形石墨烯纳米通道.这种理想的通道与最近被广泛研究的金属有机框架材料(MOF)的内部结构类似,有着与传统的碳纳米管截然不同的内部结构.本文使用分子动力学模拟的方法研究在不同尺寸的菱形石墨烯纳米通道内的KCl溶液的性质,并将其与同尺寸的单壁碳纳米管进行了比较.研究结果表明在小孔道内(<20)其内部的溶液结构呈现若干个密度极高的聚集区域,即出现了结晶化的趋势.这一研究结果,将为MOF的结构设计提供思路,从而有望实现类似于生物离子通道的高选择性和高传输能力.

摘要：量子计算机的扩展需要将多个子系统连接合成为可扩展的物理系统,离子作为量子比特载体,在各个子系统间传递量子信息,所以离子输运是实现在多个离子囚禁区域或多个子系统间的量子比特扩展方案中必要的操控手段,可见离子输运的重要性极高。因此,我们整理了一种用于计算离子输运过程中分段直流电极的时变电压的方法,在方法的设计中,我们不是从纯理论的角度来研究离子输运,还考虑了电子学的实际约束,且让实验方法更加简洁明了。最终的实验结果表明该方法可以让离子按预期的路线输运,这说明该方法是可行的,产生的直流电极电压是可靠的。

摘要：生物体细胞膜上的纳米通道在环境刺激下智能打开和关闭,通过精准调控传输离子种类和离子流通方向,保证细胞内外物质平衡以维持正常生命活动.基于仿生理念,模仿生物纳米通道,构筑具有精确离子输运调控功能的人工智能纳米通道,在生物传感、纳米技术、医疗和能源等领域皆展现出了广阔的应用前景.综述了近年来本课题组在仿生智能纳米通道领域的研究成果,包括纳米通道结构和功能设计、外场响应性离子输运性能构筑及研究,以及其在水系浓差电池中的应用,并展望了仿生智能纳米通道在锂二次电池等重要储能器件中的应用前景,旨在为离子型储能器件的性能优化提供思路.

摘要：概述激光驱动束靶相互作用产生中子的蒙特卡罗程序MCNRC的程序设计和进展。详细阐述MCNRC中的离子输运过程和中子产生过程中应用的物理模型和数据库,并展示MCNRC的模拟计算和实验数据或与其他模拟数据之间的比较。介绍该程序应用于质子锂反应、氘锂反应和锂质子反应,三种基于不同核反应中子源的模拟计算,计算结果表明,MCNRC对上述中子源具有较好的模拟能力。

摘要：近日,2023年度“晨光计划”项目拟入选名单公示,我校能源与材料学院赵云博士的“锂金属负极的图案化混合导电界面设计及其离子输运机制”位列其中。