有限长碳纳米管中的分子输运

吕勇军 陈民

引用本文: 吕勇军, 陈民. 有限长碳纳米管中的分子输运[J]. 物理化学学报, 2012, 28(05): 1070-1076. doi: 10.3866/PKU.WHXB201202213 shu
Citation:  LÜ Yong-Jun, CHEN Min. Molecular Transport through Finite-Length Carbon Nanotubes[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2012, 28(05): 1070-1076. doi: 10.3866/PKU.WHXB201202213 shu

有限长碳纳米管中的分子输运

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51076078, 51171027)资助项目 (51076078, 51171027)

摘要: 采用非平衡分子动力学方法研究了有限长度、开口单壁碳纳米管中氦分子的输运过程. 结果表明氦分子在小管径碳纳米管中主要以超扩散方式运动. 当碳纳米管直径大于某一阈值时发生从超扩散向弹道输运方式的转变, 而随着管径的继续增大, 分子输运重新以超扩散的方式进行. 这种转变与纳米管端口效应有密切的联系. 当碳纳米管内部分子通过弹道方式高速运动时, 这种运动在端口处由于端部势垒的影响而被抑制, 造成端部阻塞现象, 其本质是受端部势垒和碳纳米管管径共同影响的结果.

English

    1. [1]

      (1) Dillon, A. C.; Jones, K. M.; Bekkedahl, T. A.; Kiang, C. H.;Bethune, D. S.; Heben, M. J. Nature 1997, 386, 377.  (1) Dillon, A. C.; Jones, K. M.; Bekkedahl, T. A.; Kiang, C. H.;Bethune, D. S.; Heben, M. J. Nature 1997, 386, 377.  

    2. [2]

      (2) Simonyan, V. V.; Johnson, J. K. J. Alloy. Compd. 2002,330-332, 659. (2) Simonyan, V. V.; Johnson, J. K. J. Alloy. Compd. 2002,330-332, 659.

    3. [3]

      (3) Hilder, T. A.; Hill, J. M. Small 2009, 5, 300.   (3) Hilder, T. A.; Hill, J. M. Small 2009, 5, 300.  

    4. [4]

      (4) Bianco, A.; Kostarelos, K.; Prato, M. Curr. Opin. Chem. Biol.2005, 9, 674.   (4) Bianco, A.; Kostarelos, K.; Prato, M. Curr. Opin. Chem. Biol.2005, 9, 674.  

    5. [5]

      (5) Ghosh, S.; Sood, A. K.; Kumar, N. Science 2003, 299, 1042.   (5) Ghosh, S.; Sood, A. K.; Kumar, N. Science 2003, 299, 1042.  

    6. [6]

      (6) Cheng,Y.W.;Yang, Z.;Wei, H.;Wang,Y.Y.;Wei, L. M.; Zhang,Y. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 3127. [程应武, 杨志,魏浩, 王艳艳, 魏良明, 张亚非. 物理化学学报, 2010, 26,3127.] (6) Cheng,Y.W.;Yang, Z.;Wei, H.;Wang,Y.Y.;Wei, L. M.; Zhang,Y. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 3127. [程应武, 杨志,魏浩, 王艳艳, 魏良明, 张亚非. 物理化学学报, 2010, 26,3127.]

    7. [7]

      (7) Srivastava, A.; Srivastava, O. N.; Talapatra, S.; Vajtai, R.;Ajayan, P. M. Nat. Mater. 2004, 3, 610.   (7) Srivastava, A.; Srivastava, O. N.; Talapatra, S.; Vajtai, R.;Ajayan, P. M. Nat. Mater. 2004, 3, 610.  

    8. [8]

      (8) Sun, L.; Crooks, R. M. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12340.   (8) Sun, L.; Crooks, R. M. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12340.  

    9. [9]

      (9) Wen, X. N.; Zhang, J.; Gu,W. X.; Jin, H. H.; Li, H. B.; Li, Q.W.Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 2757. [温晓南, 张静, 顾文秀, 金赫华, 李红波, 李清文. 物理化学学报, 2010, 26, 2757.] (9) Wen, X. N.; Zhang, J.; Gu,W. X.; Jin, H. H.; Li, H. B.; Li, Q.W.Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 2757. [温晓南, 张静, 顾文秀, 金赫华, 李红波, 李清文. 物理化学学报, 2010, 26, 2757.]

    10. [10]

      (10) Skoulidas, A. I.; Ackerman, D. M.; Johnson, J. K.; Sholl, D. S.Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 185901.   (10) Skoulidas, A. I.; Ackerman, D. M.; Johnson, J. K.; Sholl, D. S.Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 185901.  

    11. [11]

      (11) Chen, H. B.; Sholl, D. S. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 7778.   (11) Chen, H. B.; Sholl, D. S. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 7778.  

    12. [12]

      (12) Arora, G.; Sandler, S. I. J. Chem. Phys. 2006, 124, 084702.   (12) Arora, G.; Sandler, S. I. J. Chem. Phys. 2006, 124, 084702.  

    13. [13]

      (13) Tuzun, R. E.; Noid, D.W.; Sumpter, B. G.; Merkle, R. C.Nanotechnology 1996, 7, 241.   (13) Tuzun, R. E.; Noid, D.W.; Sumpter, B. G.; Merkle, R. C.Nanotechnology 1996, 7, 241.  

    14. [14]

      (14) Hummer, G.; Rasaiah, J. C.; Noworyta, J. P. Nature 2001, 414,188.   (14) Hummer, G.; Rasaiah, J. C.; Noworyta, J. P. Nature 2001, 414,188.  

    15. [15]

      (15) Della , C.; Hummer, G. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 245901.   (15) Della , C.; Hummer, G. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 245901.  

    16. [16]

      (16) Cambré, S.; Schoeters, B.; Luyckx, S.; ovaerts, E.;Wenseleers,W. Phys. Rev. Lett. 2010, 104, 207401.   (16) Cambré, S.; Schoeters, B.; Luyckx, S.; ovaerts, E.;Wenseleers,W. Phys. Rev. Lett. 2010, 104, 207401.  

    17. [17]

      (17) Skoulidas, A. I.; Sholl, D. S.; Johnson, J. K. J. Chem. Phys.2006, 124, 054708.   (17) Skoulidas, A. I.; Sholl, D. S.; Johnson, J. K. J. Chem. Phys.2006, 124, 054708.  

    18. [18]

      (18) Holt, J. K.; Park, H. G.;Wang, Y.; Stadermann, M.; Artyukhin,A. B.; Gri ropoulos, C. P.; Noy, A.; Bakajin, O. Science 2006,312, 1034.   (18) Holt, J. K.; Park, H. G.;Wang, Y.; Stadermann, M.; Artyukhin,A. B.; Gri ropoulos, C. P.; Noy, A.; Bakajin, O. Science 2006,312, 1034.  

    19. [19]

      (19) Le as, S. B.; Giro, R.; Galvao, D. S. Chem. Phys. Lett. 2004,386, 425.   (19) Le as, S. B.; Giro, R.; Galvao, D. S. Chem. Phys. Lett. 2004,386, 425.  

    20. [20]

      (20) Collins, P. G.; Bradley, K.; Ishigami, M.; Zettl, A. Science 2000,287, 1801.   (20) Collins, P. G.; Bradley, K.; Ishigami, M.; Zettl, A. Science 2000,287, 1801.  

    21. [21]

      (21) Baei, M. T.; Soltani, A. Z.; Moradi, A. V.; Moghimi, M.Monatsh. Chem. 2011, 142, 573.   (21) Baei, M. T.; Soltani, A. Z.; Moradi, A. V.; Moghimi, M.Monatsh. Chem. 2011, 142, 573.  

    22. [22]

      (22) Babu, J. S.; Sathian, S. P. J. Appl. Phys. 2011, 134, 194509. (22) Babu, J. S.; Sathian, S. P. J. Appl. Phys. 2011, 134, 194509.

    23. [23]

      (23) Majumder, S. R.; Choudhury, N.; Ghosh, S. K. J. Chem. Phys.2007, 127, 054706.   (23) Majumder, S. R.; Choudhury, N.; Ghosh, S. K. J. Chem. Phys.2007, 127, 054706.  

    24. [24]

      (24) Lee, J.; Aluru, N. R. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 133108.   (24) Lee, J.; Aluru, N. R. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 133108.  

    25. [25]

      (25) Chan, Y.; Hill, J. M. J. Membr. Sci. 2011, 372, 57.   (25) Chan, Y.; Hill, J. M. J. Membr. Sci. 2011, 372, 57.  

    26. [26]

      (26) Hahn, K.; Kärger, J.; Kukla, V. Phys. Rev. Lett. 1996, 76, 2762.   (26) Hahn, K.; Kärger, J.; Kukla, V. Phys. Rev. Lett. 1996, 76, 2762.  

    27. [27]

      (27) Lin, B.; Meron, M.; Cui, B.; Rice, S. A.; Diamant, H. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 216001.   (27) Lin, B.; Meron, M.; Cui, B.; Rice, S. A.; Diamant, H. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 216001.  

    28. [28]

      (28) Chen, Q.; Moore, J. D.; Liu, Y.; Roussel, T. J.;Wang, Q.;Wu,T.; Gubbins, K. E. J. Chem. Phys. 2010, 133, 094501.   (28) Chen, Q.; Moore, J. D.; Liu, Y.; Roussel, T. J.;Wang, Q.;Wu,T.; Gubbins, K. E. J. Chem. Phys. 2010, 133, 094501.  

    29. [29]

      (29) Lee, K. H.; Sinnott, S. B. Int. J. Multiscale Com. 2005, 3, 379.   (29) Lee, K. H.; Sinnott, S. B. Int. J. Multiscale Com. 2005, 3, 379.  

    30. [30]

      (30) Ott, T.; Bonitz, M.; Donko, Z.; Hartmann, P. Phys. Rev. E 2008,78, 026409.   (30) Ott, T.; Bonitz, M.; Donko, Z.; Hartmann, P. Phys. Rev. E 2008,78, 026409.  

    31. [31]

      (31) Siegle, P.; ychuk, I.; Hanggi, P. Phys. Rev. Lett. 2010, 105,100602.   (31) Siegle, P.; ychuk, I.; Hanggi, P. Phys. Rev. Lett. 2010, 105,100602.  

    32. [32]

      (32) Bhide, S. Y.; Yashonath, S. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7425.   (32) Bhide, S. Y.; Yashonath, S. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7425.  

    33. [33]

      (33) Lee, K. H.; Sinnott, S. B. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 9861.   (33) Lee, K. H.; Sinnott, S. B. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 9861.  

    34. [34]

      (34) Heffelfinger, G. S.; van Swol, F. J. Chem. Phys. 1994, 100, 7548.   (34) Heffelfinger, G. S.; van Swol, F. J. Chem. Phys. 1994, 100, 7548.  

    35. [35]

      (35) Cannon, J.; Hess, O. Microfluid Nanofluid 2010, 8, 21.   (35) Cannon, J.; Hess, O. Microfluid Nanofluid 2010, 8, 21.  

    36. [36]

      (36) Evans, D. J.; Holian, B. L. J. Chem. Phys. 1985, 83, 4069.   (36) Evans, D. J.; Holian, B. L. J. Chem. Phys. 1985, 83, 4069.  

    37. [37]

      (37) Hanasaki, I.; Nakatani, A.; Kitagawa, H. Sci. Tech. Adv. Mater.2004, 5, 107.   (37) Hanasaki, I.; Nakatani, A.; Kitagawa, H. Sci. Tech. Adv. Mater.2004, 5, 107.  

    38. [38]

      (38) Jakobtorweihen, S.; Keil, F. J.; Smit, B. J. Phys. Chem. B 2006,110, 16332.   (38) Jakobtorweihen, S.; Keil, F. J.; Smit, B. J. Phys. Chem. B 2006,110, 16332.  

    39. [39]

      (39) Tersoff, J. Phys. Rev. Lett. 1986, 56, 632.   (39) Tersoff, J. Phys. Rev. Lett. 1986, 56, 632.  

    40. [40]

      (40) Tersoff, J. Phys. Rev. B 1988, 37, 6991.   (40) Tersoff, J. Phys. Rev. B 1988, 37, 6991.  

    41. [41]

      (41) Brenner, D.W.; Shenderova, O. A.; Harrison, J. A.; Stuart, S. J.;Ni, B.; Sinnott, S. B. J. Phys.: Condes. Matter 2002, 14, 783.   (41) Brenner, D.W.; Shenderova, O. A.; Harrison, J. A.; Stuart, S. J.;Ni, B.; Sinnott, S. B. J. Phys.: Condes. Matter 2002, 14, 783.  

    42. [42]

      (42) Allen, M. P.; Tidesley, D. J. Computer Simulation of Liquids;Clarendon Press: Oxford, 1989.   (42) Allen, M. P.; Tidesley, D. J. Computer Simulation of Liquids;Clarendon Press: Oxford, 1989.  

    43. [43]

      (43) Lü, Y. J.; Chen, M. Nanotechnology 2008, 19, 215707.   (43) Lü, Y. J.; Chen, M. Nanotechnology 2008, 19, 215707.  

    44. [44]

      (44) Fois, E.; Gamba, A.; Tabacchi, G.; Quartieri, S.; Vezzalini, G.J. Phys. Chem. B 2001, 105, 3012.   (44) Fois, E.; Gamba, A.; Tabacchi, G.; Quartieri, S.; Vezzalini, G.J. Phys. Chem. B 2001, 105, 3012.  

    45. [45]

      (45) Druger, S. D.; Nitzen, A.; Ratner, M. A. J. Chem. Phys. 1983,79, 3133.   (45) Druger, S. D.; Nitzen, A.; Ratner, M. A. J. Chem. Phys. 1983,79, 3133.  

    46. [46]

      (46) Wei, Q. H.; Bechinger, C.; Leiderer, P. Science 2000, 287, 625.   (46) Wei, Q. H.; Bechinger, C.; Leiderer, P. Science 2000, 287, 625.  

    47. [47]

      (47) Ye, H.; Zhang, H.; Zheng, Y.; Zhang, Z. Microfluid Nanofluid2011, 10, 1359.   (47) Ye, H.; Zhang, H.; Zheng, Y.; Zhang, Z. Microfluid Nanofluid2011, 10, 1359.  

    48. [48]

      (48) Zheng, Y.; Ye, H.; Zhang, Z.; Zhang, H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 964. (48) Zheng, Y.; Ye, H.; Zhang, Z.; Zhang, H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 964.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  913
  • 文章访问数:  1742
  • HTML全文浏览量:  1
文章相关
  • 发布日期:  2012-04-26
  • 收稿日期:  2011-12-21
  • 网络出版日期:  2012-02-21
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章