[發(fā)明專利]一種納米尺度的單向閥結(jié)構(gòu)及其功能的模擬驗證方法

在審

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• 申請日: 2020-02-05
• 公開（公告）號: CN111288222A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳生輝;李泉江;劉艷麗;王麗;何締;徐玉慶;王美山
• 申請（專利權(quán)）人: 魯東大學(xué)
• 主分類號: F16K99/00
• 分類號: F16K99/00;B82Y30/00;G16C10/00
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 馬國冉

1.一種納米尺度的單向閥結(jié)構(gòu)，其特征在于：包含兩片均具有彎曲部的石墨烯層，兩片石墨烯層的彎曲部向同一側(cè)彎曲并緊密貼合形成納米狹縫。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米尺度的單向閥結(jié)構(gòu)，其特征在于：以通過所述納米狹縫的流體的流向為前，以兩片石墨烯層所處的方位分別為上方和下方，位于上方的石墨烯層為第一石墨烯層，位于下方的石墨烯層為第二石墨烯層，第一石墨烯層的上部為固定部，第一石墨烯層的下部為彎曲部，第二石墨烯層的下部為固定部，第二石墨烯層的上部為彎曲部，第一石墨烯層的彎曲部和第二石墨烯層的彎曲部均向前側(cè)彎曲。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種納米尺度的單向閥結(jié)構(gòu)，其特征在于：第一石墨烯層和第二石墨烯層均由一條母線沿左右方向水平延伸形成。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種納米尺度的單向閥結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的第一石墨烯層的固定部和第二石墨烯層的固定部均大致沿上下方向延伸。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米尺度的單向閥結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的第一石墨烯層的彎曲部的末端和第二石墨烯層的彎曲部的末端均具有大致沿水平方向延伸的貼合部，第一石墨烯層的貼合部和第二石墨烯層的貼合部部分重疊貼合或完全重疊貼合，形成納米狹縫，作為流體溶液穿過單向閥的通道和開關(guān)。

6.一種納米尺度單向閥功能的模擬驗證方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、利用Materials Studio軟件構(gòu)建全原子單向閥模型，并在單向閥兩側(cè)添加流體溶液分子和活塞結(jié)構(gòu)，獲得初始模型；

S2、對初始模型進(jìn)行平衡動力學(xué)模擬，獲得平衡模型；

S3、模擬實際工況，在活塞上施加一定的壓強(qiáng)，在閥門兩側(cè)形成壓差，對所建體系進(jìn)行分子動力學(xué)模擬，獲得不同壓差下通過單向閥的溶液分子數(shù)目，進(jìn)而驗證單向閥結(jié)構(gòu)的功能。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種納米尺度的單向閥結(jié)構(gòu)功能的模擬驗證方法，其特征在于：所述步驟S1中活塞為原始石墨烯層，其內(nèi)部原子可以在垂直于納米尺度單向閥方向協(xié)同移動。

8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種納米尺度的單向閥結(jié)構(gòu)功能的模擬驗證方法，其特征在于：所述步驟S2中平衡動力學(xué)模擬采用NVT系綜，模擬力場為PCFF力場，溫度為298K，采用Nose–Hoover控溫方法，時間步長為1fs，截斷半徑為1.25nm，模擬時間為2ns。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種納米尺度的單向閥結(jié)構(gòu)功能的模擬驗證方法，其特征在于：所述步驟S3中閥門兩側(cè)壓差等于單向閥進(jìn)液側(cè)壓強(qiáng)減去單向閥出液側(cè)壓強(qiáng)。施加的壓差范圍為：-400MPa至400MPa。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種納米尺度的單向閥結(jié)構(gòu)功能的模擬驗證方法，其特征在于：所述步驟S3中分子動力學(xué)模擬的其它參數(shù)與所述步驟S2相同，模擬時間為500ps。