隨著工業(yè)化的進程,化石能源的大量使用帶來了嚴重的環(huán)境污染問題,尋找清潔無污染的替代能源成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的關鍵問題。江河入海口濃度梯度中蘊藏的鹽差能被認為是一種潛在的清潔無污染的能源。本論文是以荷能重離子徑跡刻蝕的方法制備核孔膜納米復合材料,并以此來研究多孔體系中能量轉化的機制。首先,我們研究了在串聯(lián)體系中,不同電解質的能量轉化的影響因素。我們發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)的電能轉化能力與電解質的種類、納米孔兩端的濃度梯度、納米孔的幾何尺寸以及表面電荷密度有密切的關系。通過選擇合適的電解質和納米孔,我們能夠得到更大的能量轉化效率。其次,我們以海水中廣泛存在的NaCl溶液為例,對能量轉化與離子選擇性膜表面電荷密度的關系做了進一步研究。結果表明,能量轉化與陰陽離子膜表面電荷密度配比有關。在總表面電荷密度相等的情況下,陰離子選擇性膜表面電荷密度略小于陽離子選擇性膜時,獲得最高的電功率。最后,我們通過熱力學分析和數(shù)值模擬的方法研究了納流體能量轉化中的孔密度依賴性。傳統(tǒng)觀點認為電功率隨著孔密度的增加而增加。然而,我們發(fā)現(xiàn)功率密度隨著孔密度增加表現(xiàn)為非線性。過高的孔密度降低了離子選擇性并在納米孔的低濃度端產(chǎn)生濃差極化,最終削弱電能轉化的能力。存在最佳的孔密度使鹽差發(fā)電體系達到最大的功率密度。本工作對納流體系能量轉化做了深入研究,揭示了影響納流體系鹽差發(fā)電的物理機制,為設計更高效的納流系統(tǒng)提供了一定指導意義。
【學位單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM91;TB33
【部分圖文】：

性己被廣泛應用［２Ｑ，２１］，它們通常是在高溫（８００°Ｃ）汽相中化學氣相沉積在硅基??底上制備的。通過反應離子或濕法刻蝕在硅基板上制備一個微米大小的口，然后??用離子束或電子束轟擊ＳｉＮ表面打出納米孔（圖１．５）。這種方法達到了對最終孔??尺寸的高度控制１２１，２２］，能夠大量的應用。大部分ＳｉＮ薄膜中的納米孔直徑都低于??１００ｍｒ＾２３］。ＳｉＮ和Ｓｉ０２中的納米孔被用來研究單鏈ＤＮＡ在孔中的遷移行為。在??２〇〇１年，人們第一次測得了單鏈ＤＮＡ通過固態(tài)納米孔的電流變化如今，還沒??有證據(jù)表明使用固態(tài)納米孔進行ＤＮＡ測序的低分辨率是由于納米孔的厚度引起??的。??ｅｌｅｃｔｒｏｎＢｆｅ??ｏｒ?ｉｏｎ??ｂｅａｍ?Ｗｍ??Ｓｉ?ｗａｆｅｒ?ＳｉＮ?ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ?Ｓｉ?ｅｔｃｈｉｎｇ??圖１．５?５舊納米孔制備過程［１８１??Ｆｉｇ．?１．５?Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｎａｎｏｐｏｒｅ?ｉｎ?ＳｉＮ??９??

ＰＥＴ?ｆｉｌｍ??ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ??圖１．４徑跡刻蝕原理［１８］??Ｆｉｇ．?１．４?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｒａｃｋ－ｅｔｃｈ?ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ??ＳｉＮ和Ｓｉ０２薄膜（通常從十納米到幾百納米）由于其低應力和高的化學穩(wěn)定??性己被廣泛應用［２Ｑ，２１］，它們通常是在高溫（８００°Ｃ）汽相中化學氣相沉積在硅基??底上制備的。通過反應離子或濕法刻蝕在硅基板上制備一個微米大小的口，然后??用離子束或電子束轟擊ＳｉＮ表面打出納米孔（圖１．５）。這種方法達到了對最終孔??尺寸的高度控制１２１，２２］，能夠大量的應用。大部分ＳｉＮ薄膜中的納米孔直徑都低于??１００ｍｒ＾２３］。ＳｉＮ和Ｓｉ０２中的納米孔被用來研究單鏈ＤＮＡ在孔中的遷移行為。在??２〇〇１年，人們第一次測得了單鏈ＤＮＡ通過固態(tài)納米孔的電流變化如今，還沒??有證據(jù)表明使用固態(tài)納米孔進行ＤＮＡ測序的低分辨率是由于納米孔的厚度引起??的。??ｅｌｅｃｔｒｏｎＢｆｅ??ｏｒ?ｉｏｎ??ｂｅａｍ?Ｗｍ??Ｓｉ?ｗａｆｅｒ?ＳｉＮ?ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ?Ｓｉ?ｅｔｃｈｉｎｇ??圖１．５?５舊納米孔制備過

圖１．６?２－Ｄ石墨烯納米孔：（ａ）通過將石墨烯片安裝在中空的Ｓｉ３Ｎ４晶片上然后??在中心孔鉆孔而而制備石墨稀納米孔；（ｂ）在５?ｎｍ孔中實現(xiàn)ｄｓＤＮＡ分子的構??象分析??Ｆｉｇ．?１．６?Ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂａｓｅｄ?２－Ｄ?ｎａｎｏｐｏｒｅ：?（ａ）?Ｔｈｅ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｎａｎｏｐｏｒｅ?ｗａｓ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ｂｙ??ｍｏｕｎｔｉｎｇ?ａ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｓｈｅｅｔ?ｏｎ?ａ?ｈｏｌｌｏｗ?Ｓｉ３Ｎ４?ｗａｆｅｒ?ｆｏｌｌｏｗｅｄ?ｂｙ?ｐｏｒｅ?ｄｒｉｌｌｉｎｇ?ｉｎ?ｔｈｅ??ｃｅｎｔｅｒ；?（ｂ）?Ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｏｆ?ｄｓＤＮＡ?ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ?ｗａｓ?ａｃｈｉｅｖｅｄ?ｉｎ?ａ?５?ｎｍ?ｐｏｒｅ??第三代測序為單分子測序，是基于納米孔的一種測序技術。經(jīng)過近２０年的??發(fā)展，納米孔測序己經(jīng)成為ＤＮＡ測序的主要方式。提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分辨率??和靈敏度是促進ＤＮＡ測序技術發(fā)展的一種方法［３６］。目前，全世界的研宄人員都??在積極進行納米孔測序的研宄，各國公司也在積極致力于打破測序設備能力的極??Ｐ艮，因此，納米孔測序在ＤＮＡ測序技術中有巨大的潛力。??１．４．２納米孔的離子選擇性??
【參考文獻】

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本文編號：2894112