納米尺度電滲的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、微泵控制技術(shù)是微電子機(jī)械系統(tǒng)發(fā)展需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一，由于電滲微泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)，得到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注?；谶B續(xù)介質(zhì)假設(shè)，Poisson-Boltzmann方程和Navier-Stokes方程的連續(xù)性理論在處理微米尺度以上的電滲流時(shí)取得了相當(dāng)大的成功。當(dāng)管徑減小至納米級(jí)時(shí)，連續(xù)性理論是否仍然能夠用于描述納米尺度的電滲就很值得探討。 本文采用分子動(dòng)力學(xué)的方法，對(duì)間距為2.9nm兩平行板間的電滲現(xiàn)象進(jìn)行了研究。首

2、先模擬了平行板間的電滲現(xiàn)象。模擬結(jié)果表明，在雙電層的某個(gè)區(qū)域內(nèi)，同號(hào)離子的濃度超過(guò)了對(duì)離子的濃度，出現(xiàn)了電荷倒置現(xiàn)象；約占整個(gè)通道的三分之二內(nèi)的區(qū)域內(nèi)，溶液朝著與連續(xù)性理論預(yù)測(cè)的相反方向流動(dòng)，出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)電滲流。連續(xù)性理論無(wú)法解釋電荷的倒置與反轉(zhuǎn)電滲流這兩種現(xiàn)象。電荷倒置主要由于固體原子及表面電荷對(duì)納離子、氯離子不同的作用特性，誘導(dǎo)了電荷過(guò)度補(bǔ)償，導(dǎo)致中間區(qū)域內(nèi)納離子數(shù)量少于氯離子數(shù)量；反轉(zhuǎn)電滲流可歸于脫水化納離子致密層的形成和電荷倒置兩

3、個(gè)因素。 通過(guò)在兩平行板上添加電性相反的表面電荷，用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法在復(fù)合型納米通道內(nèi)得到了明顯的剪切流現(xiàn)象。模擬結(jié)果顯示，雙電層內(nèi)的靜電勢(shì)大體上成線性下降，偏離了連續(xù)性理論的預(yù)測(cè)曲線；分子動(dòng)力學(xué)方法所得到的流速值要比與連續(xù)性理論預(yù)測(cè)結(jié)果低50﹪。分子動(dòng)力學(xué)方法與連續(xù)性理論所得到結(jié)果差異的原因歸結(jié)于二者考慮的粒子之間作用力的不同，以及在納米尺度下連續(xù)性介質(zhì)假設(shè)不再適用等因素。 最后采用在雙電層域兩邊加體態(tài)域的方法，研