近年来,随着微纳制备技术的快速发展,纳米通道作为纳米尺度流体研究的重要学科,引起了各个领域的广泛关注。由于纳米尺寸的独特效应,使得纳流体具有更加优异的性质,如更好的离子选择性、离子富集效应、和超高的检测灵敏度等。尽管现阶段的纳流体研究已经取得了长足进展,众多智能响应器件层出不穷,但是磁场调控的智能传输却鲜有报道。同时由于目前的智能微纳器件仍然局限于复杂的化学修饰,低的工作稳定性等等。这大大限制了其在大面积制备等方面的应用前景。然而细胞膜上的生物纳米通道在细胞生物学及生命活动中发挥着重要的作用,表现出了优异的离子选择性及刺激响应等特性。本论文受这些智能生物纳米通道的启发,设计和开发了性能优异的磁响应固态仿生智能纳米孔道。通过对结构和功能的一步步深入研究,我们分别实现了磁响应门控研究,磁响应液体门控和磁响应能源转化。论文的具体内容如下:1.通过对家鸽地磁导航机理的学习,我们发现其导航过程是通过磁棒在不同地磁场中的受力不同,对细胞膜产生不同的拉伸引起蛋白质孔道的离子传输性质发生变化。受此启发我们将磁弹性体引入到化学刻蚀的孔道(锥形孔道)的聚合物膜表面。通过施加不同强度的磁场,我们可以实现对膜上孔道的拉伸进而实现了整流比可调控的纳米通道。进一步的深入研究了磁场施加方向(大口端VS小口端)引起不同程度的整流效应,这是由于弹性体在两种情况下分别引起拉伸和压缩两种不同的形变而产生的。该研究为纳流传输领域提供了一个全新的思路,同时也为智能响应通道添加了新成员。2.电化学刻蚀制备了多孔氧化铝薄膜,通过不同端基的硅烷偶联剂修饰,制备了不同浸润性和黏附力的纳米通道。在此基础上将磁流体引入该纳流体系,通过磁场和表面张力的协同作用,我们在超亲水的纳米通道上实现了可控开关的离子传输性能。进一步研究发现,由于超亲水表面水下超疏油低黏附的特性,使得该纳米门控可以实现多次连续稳定的可逆循环。通过理论模拟和能量计算我们进一步的验证了该体系的开关机理。并且我们进一步的将该体系扩展到可控的离子扩散和原电池领域等,实现了稳定的开关过程。该工作为超亲水在纳流体系中的应用提供了宝贵的借鉴意义。3.受生物智能纳米通道中的先进能源转换体系(例如,电鳗放电、ATP合成、视网膜等)和家鸽磁场导航的启发,我们设计和开发了一种具有一定结构和功能的仿生智能单离子通道能源转化体系。以鸽子的磁感应蛋白孔道为设计灵感,从孔道的响应机理和能量转化两个方面入手,采用磁流体作为电解质结合离子选择性孔道构筑具有磁感应的纳米发电器件。通过外加磁场可以调控磁流体的位置进而实现整个电路的开关效果。并且我们实验探究了磁电解质浓度、pH、膜孔径、等对发电的影响,实现了超高的发电功率。进一步的理论分析发现,该体系的高发电功率是由于磁电解质的正负电荷在粒径、电荷数量和迁移率方面的巨大差异引起的。该设计为功能纳米通道在浓差发电领域的发展开辟了新的道路。