摘要：纳米通道物质的筛选及输运因其前沿学术研究意义以及在能源、环境、健康等领域的重要应用前景,近年来受到了科学界、工程界和工业界的广泛关注.纳米尺度下,界面效应和分子间力作用凸显.液体分子自由运动受到限制,其结构表现出分层、有序化等特征.受此影响,受限液体的输运行为也呈现出跟宏观尺度下截然不同的形式.描述纳米流动的控制方程和边界条件都值得进一步深入研究.本文围绕受限液体的结构和输运,结合近期国内外在该领域取得的重要研究成果进行了系统综述,重点关注了纳米通道中水的输运以及离子筛选这一热点问题,剖析了受限液体的有序结构及其输运过程中边界条件和驱动力等问题复杂性的根源,揭示了分子间力主导的纳米通道流动的力学机制与规律,并探讨了该领域仍存在的难题及可能的发展方向.

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：利用膜片钳采集了λ-DNA通过纳米通道时的电流信号,分析了电压、通道几何形状与尺寸、盐浓度以及通道材料等因素对信号1/f噪声的影响.研究结果表明,纳米通道内的1/f噪声是由溶液体态离子与壁面电荷综合作用引起的.对于氮化硅纳米通道,当电压绝对值增大至一定程度时,通道内部会出现电荷局部拥挤现象,导致局部电阻增大,1/f噪声的功率也随之增大.孔径对氮化硅纳米通道检测信号的1/f噪声影响相对较小.石墨烯的结构电容大并具有极高的载流子迁移率,故其噪声信号明显强于氮化硅纳米通道.研究结果有助于辨识λ-DNA通过纳米通道时产生的高信噪比电流信号.

摘要：正渗透离子截留性能的分子动力学模拟可为纳米孔材料的优化设计提供理论依据和技术指导。文章采用正渗透膜纳米通道模型,运用分子动力学模拟方法,模拟了不同孔径和亲水性纳米通道对离子的截留行为,分析了通道内离子截留率与离子水化数、离子水化半径及平均力势间的关系。结果表明:离子进入纳米通道需克服的能量势垒是由离子水化物的脱水引起,随纳米通道孔径的增大,离子水化物需脱去的水分子数减少;Na+和Cl-的截留率随孔径的增大而降低,当孔径≥1.356 nm时,二者均可通过膜纳米通道;离子进入纳米通道需克服的能量势垒、膜纳米通道对离子的截留率均随亲水性的增强而降低。

摘要：近日,中国科大中科院材料力学行为和设计重点实验室研究团队与诺贝尔物理奖得主、英国曼彻斯特大学安德烈·海姆教授研究团队合作,在石墨烯纳米通道水输运方面取得重要研究进展,实验制备出最小尺寸的纳米通道,为新型纳米流体器件的设计和开发提供了重要参考。

摘要：针对λ噬菌体中的脱氧核糖核酸(λ-DNA)通过纳米通道时的过孔信号噪音大,强度弱且非平稳的缺点,提出了使用具有良好时频域分辨能力的小波分析方法对其进行去噪处理,并对有效去噪后的λ-DNA过孔信号进行了统计分析.首先根据小波去噪原理,选择合适的小波函数,确定最佳的分解层数并选取合适的阈值,对实验采集到的含噪声信号进行去噪处理.根据最终去噪效果可得,以sym7为小波基函数、分解层数5层、使用默认软阈值可以有效降低信号中的噪声,提高信噪比.然后,对具有48 000个碱基对(48 kbp)的λ-DNA通过60 nm氮化硅(SiN)纳米孔的特征信号进行了统计分析,分析结果表明,阻塞电流和过孔时间分别符合双峰高斯分布和偏正态分布,这为后续DNA分子的辨识工作提供了依据.

摘要：建立一个2侧带有缓冲池的bulk-nanochannel-bulk模型,采用非平衡态的分子动力学模拟方法研究热运动的硅原子对受限于纳通道中氯化钠溶液黏度的影响.该模拟在不同的通道上板移动速度、通道高度和通道壁面电荷密度的情况下进行.模拟结果表明:随着通道壁面电荷密度的增加、通道高度和剪切率的减小,热运动的硅原子对受限于纳米通道中流体的剪切黏度有着不可忽视的影响,当通道高度小于0.8nm,剪切率小于1.0×1011s-1时,热运动的硅原子导致了通道中氯化钠溶液的黏度减小,并且剪切率越小,这一现象越明显.这是由于热运动的硅原子减弱了反离子(Na+)和带电的通道壁面之间的相互作用引起的.

摘要：二维层状膜由二维纳米片的层层堆叠而成,由于相邻纳米片之间二维毛细通道展现出的选择性传质特性,受到研究者广泛关注。从对二维层状膜的溶胀现象出发,系统总结了纳米通道尺寸调控策略,并分析了其他尺寸因素对离子传输行为的影响,总结了通道表面电荷以及特异性结合基团与离子传输与分离效率的关系。综述了近几年有关二维层状膜在离子传质与分离方面的研究现状、进展以及存在问题,旨在为高性能离子筛分层状膜的结构设计和应用提供理论参考。

摘要：功能型复合纳米材料的设计与合成具有重要的意义.基于反相微乳液法,合成了Chitosan/Fe3O4/SiO2复合纳米粒子,并应用TEM、磁滞回线、SEM能谱、XRD和zeta电位等方法表征了复合纳米粒子.此外,还研究了复合纳米粒子的电化学发光催化特性,研究结果显示:包埋于SiO2壳层中的Fe3O4可基于复合于其中的Chitosan凝胶所提供的纳米通道,而展现出一定的催化过氧化氢氧化鲁米诺的特性.

摘要：采用Stber溶液生长法,在氧化铟锡(ITO)导电基底上合成了孔道高度有序且垂直于基底的介孔二氧化硅薄膜(Mesoporous silica film,MSF),其孔径约为2.3nm.利用循环伏安法探究了MSF孔道对带不同电荷的探针分子的选择渗透性;此外,利用纳米通道的尺寸效应和电荷效应,研究了溶液的离子强度对MSF孔道选择渗透性的影响,设计了具有"开/关"效应的智能响应界面.