纳米尺度下通道内的尺寸效应明显,一些独特的、宏观尺寸下观察不到的现象会在纳米通道内出现。纳米通道内的离子整流现象以及利用通道对大分子进行检测等都是纳米通道所特有的性质和功能。对纳尺度通道中流体输运性质的研究是发展纳流控器件的重要基础。本文主要展开如下几个方面的研究:(1)采用分子动力学仿真的方法研究高溶液浓度下离子在锥形纳米通道中的输运。研究发现在高浓度溶液中仅几何形状不对称的受限锥形纳米通道中会出现整流现象,整流比大小随溶液浓度的变化呈现出极值且整流方向受壁面电荷性质的控制。通过统计离子轴向浓度分布发现,在受限的锥形纳米通道中,因轴向键和能以及双电层厚度变化共同作用的影响,在不同方向外加电场作用下离子在锥形纳米通道中出现不对称的浓度分布引起整流现象。当溶液浓度增大时,轴向键和能变化引起的离子极化现象会更明显而双电层厚度减小则弱化极化现象,二者共同作用的结果导致整流比极值的产生。(2)采用分子动力学仿真的方法研究了不同溶液浓度下,带有不同电荷密度的C60分子通过受限纳米通道时对通道内离子电流的影响。研究结果表明,当电中性的C60分子进入纳米通道中时,通道中反离子的浓度不发生变化,C60分子的体积占位会影响电渗的形成,使得通道内离子的轴向速度下降,导致过孔电流小于基准电流;当带电荷的C60分子进入纳米通道中时,随着带电量的增加,通道内会出现更多的反离子来维持中间区域的电中性,反离子浓度的增大导致电渗速度的增加,引起离子电流的增大,从而出现过孔电流大于基准电流。综上,C60分子进入纳米通道时其体积占位对电渗的影响和其带电量引起纳米通道中反离子浓度的变化对电渗的影响,这二者作用相互竞争的结果使得过孔电流与基准电流之间产生交叉现象。(3)针对纳流控技术中纳米通道离子电流检测的需要,搭建了一种纳米通道离子电流检测试验台,并对锥形纳米孔内离子整流现象进行了验证。