[發明專利]一種納米尺度的單向閥結構及其功能的模擬驗證方法

在審

• 申請號: 202010080513.3
• 申請日: 2020-02-05
• 公開（公告）號: CN111288222A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）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）人: 魯東大學
• 主分類號: F16K99/00
• 分類號: F16K99/00;B82Y30/00;G16C10/00
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 馬國冉

本發明公開了一種納米尺度的單向閥結構，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彎曲并緊密貼合形成納米狹縫。本發明另一方面還提供了一種所述納米尺度單向閥功能的模擬驗證方法。本發明的有益效果是：能夠實現在納米尺度控制溶液的單向導通。并通過計算機模擬的方法，驗證了本發明中納米單向閥結構的功能。本發明中的納米結構能夠為納米單向閥的實驗制備提供有效方案；本發明中的納米單向閥功能的模擬驗證方法簡單、可靠、成本低，適用于其它納米單向閥結構功能的驗證。

技術領域

本發明涉及屬于納米材料技術領域，特別是一種納米尺度的單向閥結構及其功能的模擬驗證方法。

背景技術

理論研究和實驗研究均表明，納米流體具有眾多特殊性質，相關技術在海水淡化、生物制藥、篩選分離和電子電氣領域具有重要的應用前景。具有不同功能的納米器件是納米流體及其技術進行推廣應用的基礎。近些年，由于納米技術和工藝的發展，納米器件的合成和制備變得更加簡便、精確，且成本顯著降低。因此，設計具備特殊功能的納米器件結構對指導實驗的合成和制備及推進納米流體技術的實際應用具有重要意義。

宏觀尺度的單向閥已被廣泛應用于各個工業領域。它能夠確保流體只能正向流動通過閥門，而截止流體的反向流動，從而實現流體的單向導通功能。在納米流體領域，研究人員多集中于關于對不同納米通道結構、組成和化學修飾等的研究，并對納米流體在通道中的輸運特性和組裝情況等進行深入分析。通過這些研究，已經設計或制備了圓形、橢圓形、層狀和多層疊加等通道類型，并獲得了流體在通道中的輸運性質和規律。盡管如此，尚未發現關于納米尺度單向閥結構的設計和研究的報道。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種納米尺度的單向閥結構及其功能的模擬驗證方法。與宏觀尺度單向閥功能類似，納米單向閥能夠保證納米流體在通道內的單向流通，有效防止流體反向回流。該結構在納米流體調控、維持孔道壓力、藥物可控釋放等領域具有潛在應用前景。另外，納米單向閥還能夠作為結構單元或組成部分，設計和制備出具有其它功能的納米器件。因此，納米單向閥結構的設計在納米流體技術進一步推廣和實際應用方面具有重要意義。

本發明設計了一種納米尺度的單向閥結構，并采用計算機分子動力學模擬方法對該納米單向閥結構的功能進行了驗證。通過該模擬驗證方法確認，該納米結構能夠實現納米流體的單向導通功能，對納米單向閥的實驗制備和其它納米單向閥結構的設計提供指導意義。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種納米尺度的單向閥結構，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彎曲并緊密貼合形成納米狹縫。

所述納米狹縫是溶液通過單向閥的通道和開關，當單向閥兩側壓差在合理范圍內時，單向閥能夠控制溶液的單向導通：當壓差方向為正向，且達到開啟壓差時，該納米單向閥能夠打開，流體可以正向流動；當壓差為反向時，且小于最大工作壓差時，單向閥不能開啟，流體不能反向流動，從而實現控制流體溶液單向導通的功能。

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彎曲。第一石墨烯層的固定部和第二石墨烯層的固定部作為單向閥結構的支撐部分。

優選的，所述的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，即所述的第一石墨烯層任意部位被沿前后方向延伸的垂面截得的截面均相同且位于同一位置，第二石墨烯層任意部位被沿前后方向延伸的垂面截得的截面均相同且位于同一位置。

進一步優選的，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。