【摘 要】
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研究水在碳纳米管内的输运对生物纳米技术的应用具有重要价值,同时也对纳米流体的潜在应用具有重要意义。本文通过分子动力学模拟表明,通过调节压差方向,可以显著提高单列水分子在碳纳米管中的跨膜流量,即在纵向压差的基础上施加一个横向压力。有趣的是,随着横向压力的变化,水流量呈现出一个极大值行为,这可以用碳纳米管内部单列水链的断裂来解释。随着横向压力的增大,单个水分子成功通过碳纳米管的平均时间呈单调递减趋势,
【基金项目】
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国家自然科学基金（21873049、21574066）；
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研究水在碳纳米管内的输运对生物纳米技术的应用具有重要价值,同时也对纳米流体的潜在应用具有重要意义。本文通过分子动力学模拟表明,通过调节压差方向,可以显著提高单列水分子在碳纳米管中的跨膜流量,即在纵向压差的基础上施加一个横向压力。有趣的是,随着横向压力的变化,水流量呈现出一个极大值行为,这可以用碳纳米管内部单列水链的断裂来解释。随着横向压力的增大,单个水分子成功通过碳纳米管的平均时间呈单调递减趋势,并且对不同的纵向压差呈现明显的分歧,与流量的增强相对应。因此,横向压力会增加水进入通道的难度,但同时促进碳纳米管内部的水传导,这两种效果的竞争最终导致流量的极大值行为。随着碳纳米管内部水的减少,碳纳米管以其独特的水偶极子取向、密度和氢键数分布在填充态和空态之间进行转换。我们的研究结果表明,调节压差方向应成为提高水渗透的重要新策略,其关键在于破坏单列水链的完整性,这个结果对今后的研究具有指导意义。
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