全文总字数：3927字
毕业论文课题相关文献综述
近年来，膜技术发展迅速，在电力、冶金、石油石化、医药、食品、市政工程、污水回用及海水淡化等领域得到较为广泛的应用，各类工程对膜技术及其装备的需求量更是增加。然而膜技术的快速发展却未能满足人类在效率、成本和功能上所期待的目标，尤其是在分离效率和能耗方面与生物离子通道相比是相差甚远。
细胞是通过细胞膜与外界隔离的，在细胞膜上有很多离子通道，细胞通过这些通道与外界进行离子交换。离子通道在许多细胞活动中都起关键作用，它是生物电活动的基础，在细胞内和细胞间信号传递中起着重要作用。生物孔道借助于其孔道壁面性质的作用对流体的传输体现出了高通量、高选择性和低能耗。纳米孔道内的界面性质影响了流体的微观结构，使得流体表现出与体相中不同的性质，如水在碳纳米管内极高的传递速率与碳管极度惰性的壁面有关[1]。当前大多数流体在膜孔道内的传递机理都是以经验为主，不能用于高效膜材料的设计。分子模拟手段可以从分子层面考察流体的传递行为，以碳纳米管为膜孔道模型，分析流体与界面的相互作用，与生物通道内流体的传递行为相比较，抽提流体在界面性质影响下的膜孔道内的传递机制，指导新型高性能膜材料的设计[2]。
研究者以面向应用过程进行膜材料结构设计为目标，将膜的结构参数（膜孔径分布、孔隙率和膜厚度）引入到膜的瞬间渗透通量计算模型中，为多孔膜材料的结构设计提供了新的方法。
1991年，Iijim[3]第一次报道发现了碳纳米管（CNT）这种新型一维纳米材料。碳纳米管自身特殊结构和优异的微电、化学和机械性质使得其在光学和电子设备[4]以及分子识别[5-7]等多个领域都广受关注。
碳纳米管内部规整的孔道结构使其在纳米流体器件应用和研究领域中具有巨大的潜能。和传统的聚合物和无机材料相比，碳纳米管内壁表面有极高的化学惰性，流体在其内部流动的摩擦阻力几乎为零。同时通过控制碳纳米管径向和轴向的生长条件可以做到对碳纳米管尺寸近乎完美的控制。[8，9]此外，研究者已经可以通过化学方法能够在碳管端口、内壁等部位修饰不同种类的官能团。[10]
生物通道既有高选择性，对流体也有高的传输速率。研究者已经制备出了具有选择性的孔道，但是流体在其中流动的速率比较慢，这主要是因为HagenPoiseuille方程中存在的极限，即层流的流体在孔道边界的速度为0[11]。当周围环境变为受限环境时，孔道内表面对流体的作用变得尤为重要。研究还发现，碳管内流体的传递速率并不随流体本身粘度的增大而减小，这也是与传统流体力学中的理论相悖的。流体在碳管内的高速流动主要来自于碳管壁面对流体的零摩擦作用，可以用传统的边界层理论来阐述该现象，那就是已发现的边界层厚度为3~70μm，这个值要比碳管的管径大的多，因此对碳管来说，无边界层可言，即流体在管壁的速率是与管中心的速率几乎一致。尺寸上的差别，让流体在受限环境下拥有高的传递速率。
近些年的研究发现，由于空间尺度效应和在纳米尺度下各向异性的相互作用，流体在纳米管道中体现出不同于体相中的性质[11]。例如在管径为2nm的纳米管道组成的薄膜中，水分子表现出超快的流速。容易推测，在纳米管道中离子的水化作用也可能有自己不同于体相中的特征。近几年的相关研究表明，纳米管道的性质如温度[12]和管道半径[13]，对管道中离子的水化作用会产生一定的影响，不同离子水化作用所受到的影响不同，这些不同的影响被认为是纳米管道对不同离子的选择存在能力差异而引起的。
对于碳纳米管为孔道模型的流体行为研究，常见流体如：水，离子，乙醇等在碳管的性质和结构，考虑了碳管端口和内壁修饰的官能团对流体行为的影响。受到生物通道的启发，模拟工作者以碳纳米管为模型，在碳管壁上修饰基团，发现采用修饰基团的不同，基团摆放位置的不同，能够影响到碳管对离子的选择性[12]。在碳管端口修饰羧基，发现修饰后的碳管对水分子进出碳管具有一定的开关作用。在碳管内壁修饰羧基，发现羧基能够影响碳管内水分子的偶极取向，而且这种效应延伸到整个碳管区域，这与水孔蛋白内基团改变水分子偶极取向，使水分子偶极取向一致的作用是相似的。目前的研究已经让科研工作这认识到生物孔道内基团的重要作用，现有的膜改性方法也的确让膜具有了原先没有的性质，以及流体在修饰孔道内的传递的分子模拟研究，让研究者对基团对流体的作用有了深入的了解，这三者让作者意识到，制备既有高选择性，又具有高通量的膜，基团的作用必不可少[13]。
随着计算机模拟技术的发展，使实验上尚无法获得或很难获得的大量重要信息的获取成为可能，虽不能完全代替实验但为科研工作者们提供了重要的参考、指导实验、验证某些理论假设，降低试验的盲目性、成本低廉广等，其中特别是分子动力学模拟在各个学科中都有着广泛而重要的应用[14]。分子动力学模拟(moleculardynamicssimulation，MD)是在评估和预测材料结构和性质方面模拟原子和分子的一种物质微观领域的重要模拟方法，通过计算机对原子核和电子所构成的多体体系中的微观粒子之间相互作用和运动进行模拟，在此期间把每一原子核视为在全部其他的原子核和电子所构成的经验势场的作用下按照牛顿定律进行运动，进而得到体系中粒子的运动轨迹，再按照统计物理的方法计算得出物质的结构和性质等宏观性能。简而言之即是应用力场及根据牛顿运动力学原理所发展的一种计算机模拟方法。采用分子模拟的方法可以直接获得离子的信息，同时还可以获得很多实验无法得到的结果，如离子周围水分子的取向行为等，分子模拟还可以对各种水化理论的参数进行验证，并为建立具有预测功能的电解质溶液模型提供依据。[15]
本文以碳纳米管为纳米孔道模型，以水，水与离子，水与离子与官能团作为研究对象，考察了这些因素在电场作用下的变化机制。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
