论文部分内容阅读
流体输运是非常普遍的物理现象。对于宏观体系中流体的运动，人们已经有了较为全面的认识。最近，受限在人造通道或者天然纳米通道中分子行为的研究逐渐成为热点，在生物和化学领域具有重要意义。尽管纳米尺度的流体输运现象受到了普遍地关注，如在海水脱盐、物质的分离与提纯、药物输运以及仿生的离子通道选择性输运等研究领域具有重要的应用价值，但是对于流体输运的微观机制人们并不十分清楚。分子动力学模拟是在微观层面研究这类现象的有力工具。模拟发现受限在纳米通道（如碳纳米管）中的水表现出独特的行为，与宏观的体相水大不相同。人们提出了碳纳米管中水密度缺陷以孤立子形式进行输运的学说，更深刻地说明了微观和宏观之间的差异。本文将采用分子动力学模拟的方法研究水分子在单壁扶手椅型碳纳米管内的运动，提出了一种新的鉴别一维水链密度缺陷孤立子的方法，很好地解决了原方法在热涨落等因素的影响下不易清晰识别孤立子位置和形状的难题。在此基础上，详细研究了单壁扶手椅型碳纳米管中孤立子的运动行为，并揭示了温度和孤立子数密度变化对其造成的影响。 研究发现水链中密度缺陷孤立子的长时间运动满足标准一维扩散运动的特征，并且处于同一构象中的孤立子具有相同的扩散系数。我们的模拟还表明，温度加剧了孤立子的扩散运动，温度越高，孤立子扩散速度越大;相反地，孤立子数密度越大，其扩散速度越小，这一结果与前人提出的孤立子之间存在弱排斥的设想是一致的。