[发明专利]一种控制纳米通道内流质定向输运的方法

说明书

本发明公开了一种控制纳米通道内流质定向输运的方法，涉及纳米流体器件领域，该方法包括：计算待运输流质的热泳力系数，纳米通道包括多个出口；根据纳米通道的尺寸确定纳米通道包含的待运输流质的流质分子总数；根据流质分子总数和热泳力系数确定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；确定将待运输流质运输到纳米通道的目标出口时，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纳米通道的各个出口处施加温度，通过温度梯度能够在纳米通道中产生稳定的驱动力，使得运输过程更加平稳，保证了运输的质量。

技术领域

本发明涉及纳米流体器件领域，尤其是一种控制纳米通道内流质定向输运的方法。

背景技术

纳米技术是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用的技术，纳米技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是动态科学和现代科学结合的产物，纳米科学又引发一系列新的科学技术，例如：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等。

纳米尺度下的物质运输一直是当今实验和理论研究的焦点之一，如何控制纳米通道内的物质使其实现定向运输对于纳米通道在过滤、筛选、海水淡化和气体分离等方面有着重大的作用，目前对于纳米尺度下的物质运输研究主要集中在对物理阀门的设计，通过物理阀门来控制纳米通道内流质的流向，一方面这种物理阀门上的力不是均匀分布的，另一方面需要使用强度较大的材料作为阀门，导致控制效果不显著、成本较高。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种控制纳米通道内流质定向输运的方法，本发明的技术方案如下：

一种控制纳米通道内流质定向输运的方法，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。

其进一步的技术方案为，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。

其进一步的技术方案为，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。

其进一步的技术方案为，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。

其进一步的技术方案为，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：