[发明专利]一种控制纳米通道内流质定向输运的方法

权利要求书

1.一种控制纳米通道内流质定向输运的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

计算待运输流质在纳米通道内传输时的热泳力系数，所述纳米通道包括多个出口；

根据所述纳米通道的尺寸确定所述纳米通道包含的待运输流质的流质分子总数；

根据所述流质分子总数和所述热泳力系数确定所述待运输流质受到的各个出口方向的热泳力与对应出口处的温度梯度之间的关系；

确定将所述待运输流质运输到所述纳米通道的目标出口时，所述待运输流质所需受到的各个出口方向的目标热泳力；

根据每个目标热泳力确定所述纳米通道的对应出口处的目标温度梯度，并按照对应的目标温度梯度在所述纳米通道的各个出口处施加温度。

2.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述计算待运输流质在纳米通道内传输时的热泳力系数，包括：

建立待运输流质的分子均匀分布在纳米通道材料上的实验模型；

通过所述纳米通道与待运输流质两种物质间单位温度内范德华势的变化量计算得出热泳力系数。

3.根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于，所述热泳力系数k_v的表达式为：

其中，表示纳米通道与待运输流质两种物质间的范德华势，范德华势通过所有正常模式的振动相加得到，T表示温度。

4.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述纳米通道用于传输至少两种不同分子类型的待运输流质，不同分子类型的待运输流质的热泳力系数不同。

5.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述计算待运输流质在纳米通道内传输时的热泳力系数，包括：

根据理论推导得出热泳力系数k_v，计算公式为：

其中，k_B为玻耳兹曼常数，k_vdW表示范德华势系数，q＝(q₁,q_m)表示波矢，m_o表示纳米通道材料的原子质量，σ表示纳米通道材料的第一布里渊区，w^za和w^zo表示平面外振动的两个分支。

6.根据权利要求5所述的一种方法，其特征在于，范德华势系数k_vdw的计算公式为：

其中，表示纳米通道与待运输流质两种物质间的范德华势，范德华势通过所有正常模式的振动相加得到，μ_i表示纳米通道材料第i个的原子s_i到平衡位置s₀的距离。

7.根据权利要求5所述的一种方法，其特征在于，所述平面外振动的两个分支w^za和w^zo的计算公式为：

其中，表示通道内的w^zo的分量，表示通道外w^za的分量，ξ和η是关于波矢q的函数，计算公式为：

其中，和为常数，a表示晶格常数，i表示纳米通道材料的第i个原子，

8.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于，所述根据所述流质分子总数和所述热泳力系数确定所述待运输流质受到的各个出口方向的热泳力与对应出口处的温度梯度之间的关系的表达式为：

F_Z＝P·S＝N·F；

其中，F_Z表示待运输流质受到的各个出口方向的热泳力，P表示待运输流质受到的各个出口方向的热泳力产生的压强，N表示流质分子总数，F表示与热泳力系数和温度梯度相关的单个待运输流质分子的热泳力，S表示纳米通道的横截面积。

9.根据权利要求8所述的一种方法，其特征在于，所述单个待运输流质分子的热泳力F的表达式为：

其中，k_v表示热泳力系数，表示温度梯度。

10.根据权利要求1或8所述的一种方法，其特征在于，所述流质分子总数N的计算公式为：

其中，ρ表示待运输流质的分子的密度，V表示纳米通道的体积，即V＝LS，L表示纳米通道的长度，S表示纳米通道的横截面积，m表示待运输流质的分子的相对分子质量，N_A是阿伏加德罗常数。