Paranematic-to-nematic ordering of a binary mixture of rod-like liquid crystals confined in cylindrical nanochannels
我们探讨了吸收到平行排列的纳米通道的介孔氧化铝和二氧化硅膜的通道半径为$3.4~\le~R~\le 21.0$ nm的双折射率的双折射的二元混合物6CB $_{1-x}$ 7 CB $_x$（$0~\le~x~\le~1$）。将计算结果与体相行为进行了比较，并采用Landau-de-Gennes模型进行了分析。取决于通道半径的圆柱形纳米通道中的有序演化不连续（亚临界状态，有序场$σ<1/2$）或连续（超临界状态，$σ>1/2$），但在这两种情况下具有特征的paranematic前体行为。的有序场的强度，施加的通道壁，和淬灭的无序的大小与摩尔分数$x$线性变化，并与$R$通道半径大于4 nm成反比。临界孔半径，$R_c$，从一个不连续的paranematic-到-xylene的演变分开，与$x$线性变化，不同的二氧化硅和氧化铝膜之间可以忽略不计。我们没有发现一个物种在通道壁的首选吸附的暗示。相比之下，线性变化的向列向paranematic过渡点$T_{\rm PN}$和的有序场$σ$与$x$表明，氰基联苯6 CB和7 CB的二元混合物保持其均匀的体积化学计量也在纳米约束，至少对于大于$\sim$ 7 nm的通道直径。
2014-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Electrostatics of Colloidal Particles Confined in Nanochannels: Role of Double-Layer Interactions and Ion-Ion Correlations
我们进行计算调查的电解质介导的相互作用的带电胶体粒子限制在纳米通道。我们研究了离散离子效应，价态和电解质强度对胶体壁相互作用的作用。我们发现，对于一些多价电荷制度，带电胶体和墙壁可以有吸引力的相互作用。我们详细研究了这些相互作用和自由能分布的胶体壁分离。我们发现，有能量障碍和能量最小值给出首选的胶体位置在通道中心附近，并在距离附近，但从通道壁分离。我们表征的贡献，从表面过充电，凝聚层，和重叠的离子双层。我们使用粗粒布朗动力学模拟（BD），经典的密度泛函理论（cDFT）和平均场泊松-玻尔兹曼理论（PB）进行我们的调查。我们讨论了我们的研究结果的影响，在纳米器件的现象。
2018-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
The importance of chemical potential in the determination of water slip in nanochannels
采用非平衡分子动力学模拟研究了石墨类纳米通道中水的滑移特性，分别分析了不同物理量对滑移长度的影响.在一个系统下的限制，但连接到一个水库的流体，化学势是自然的控制参数：我们表明，两个纳米通道，其特征在于相同的宏观接触角-但不同的微观表面电位-不表现出相同的滑移长度，除非在两个通道中的水的化学势是匹配的。本文还讨论了在有限几何条件下进行比较分析时样品制备的一些方法学问题。
2015-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Finite-size corrections for confined polymers in the extended de Gennes regime
聚合物在孔道中的延伸的理论结果通常是在无限长的边界条件下得到的。但是实验研究和DNA分子的模拟局限于纳米通道不一定在这个渐近极限。我们计算的跨度和端到端的距离的一个半柔性聚合物的有限长度的扩展德Gennes政权的统计，利用这个事实，即这个问题可以映射到一个一维的弱自避免随机行走。由此获得的结果比较有利的修剪丰富Rosenbluth方法（PERM）模拟的三维离散蠕虫状链模型的DNA限制在纳米通道。我们讨论了实验研究的线性$λ$ -DNA局限于纳米通道在许多实验中使用的高离子强度的影响。
2015-10-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active Ionic Fluxes Induce Symmetry Breaking in Charge-Patterned Nanochannels
Northwestern University（西北大学）
研究通过表面电荷和主动离子通量的对称边界图案约束电解质的纳米通道，发现扩散、静电和水动力相互作用在临界主动通量以上触发对称性破缺，产生定向流动，流速可达每秒数百毫米。
2026-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Free energy of a folded semiflexible polymer confined to a nanochannel of various geometries
利用蒙特卡罗模拟研究了长通道内折叠半柔性聚合物的构象性质。我们测量构象自由能相对于聚合物的端到端距离的变化，并从这些功能中，我们提取的发夹折叠的自由能，以及所产生的熵力沿通道重叠的聚合物的部分之间的相互作用。我们考虑缩放的自由能相对于不同的持久性长度的聚合物，以及在圆柱形，矩形和三角形通道的限制的通道尺寸。我们专注于聚合物的行为在经典的Odijk和回折Odijk制度。我们发现熵力的缩放接近预测的缩放参数，在第二维里水平上处理偏转段之间的相互作用。此外，测得的发夹折叠自由能是一致的，直接从最近的圆柱形通道的理论计算。它也是一致的，从测量的聚合物的全球持久性长度在最近的模拟研究中的反折Odijk政权的值。
2018-05-31 cond-mat.soft
Preferred orientation of n-hexane crystallized in silicon nanochannels: A combined x-ray diffraction and sorption isotherm study
我们提出了一个X射线衍射研究正己烷在管状硅通道的直径约为10 nm的填充分数f的通道和作为一个函数的温度。在冷却时，受限的正己烷以典型的本体结晶状态的三斜相结晶。然而，各向异性的空间限制导致受限微晶的优选取向，其中<001>结晶方向与通道的长轴重合。该优选取向的大小随着填充分数而增加，这证实了Bridgman型结晶过程负责奇特的晶体织构的假设。这种生长过程预测的通道状限制的最快的结晶方向平行于长通道轴的对齐。预计随着固化液体包裹的长度以及因此随着f的增加，其将越来越有效。事实上，最快的凝固前沿预计将席卷整个硅纳米通道的f=1，与我们观察到的完全填充的纳米通道的几乎完美的纹理。
2009-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.chem-ph
Orientational correlations in confined DNA
通过蒙特卡罗模拟和平均场论，我们研究了DNA在纳米通道中的取向相关性如何依赖于通道直径D。这个理论描述了DNA构象在实验相关制度的弗洛里-德热内理论不适用。我们展示了局部相关性如何决定DNA分子的端到端距离对D的依赖性。锥形纳米通道提供了必要的D分辨率，以实验研究受限DNA分子的延伸如何取决于D。我们的实验和理论结果是在定性的协议。
2012-10-05 cond-mat.soft physics.bio-ph
Thermotropic Orientational Order of Discotic Liquid Crystals in Nanochannels: An Optical Polarimetry Study and a Landau-de Gennes Analysis
基于芘衍生物的分散液晶的取向顺序的光学偏振测量，并限制在作为温度、通道半径（3 - 22 nm）和表面化学的函数的单片介孔氧化铝、二氧化硅和硅的平行排列的纳米通道中，揭示了径向和轴向柱状顺序的竞争。相对于本体中的不连续转变，受限体系的取向序参量的演化是连续的。对于大于10 nm的通道半径，我们建议几个，替代的缺陷结构，这是兼容的集体分子取向的光学实验在这里，并与平移，径向柱状顺序在以前的衍射研究报告。对于较小的通道半径，我们的观察结果可以半定量地描述的Landau-de Gennes模型的径向有序列（受弹性张开变形），共存于一个取向无序，各向同性的核心的一个无规壳。对于这些结构，圆柱形的相边界被预测为移动从通道壁的通道中心时，冷却，反之亦然，加热时，根据观察到的显着的冷却/加热temperases和缩放行为的转变温度与通道直径。实验提示的paranematic状态的情况下是一致的双二次耦合的张开变形的序参量。
2015-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Electrophoresis of ions and electrolyte conductivity: from bulk to nanochannels
本研究聚焦受限电解质溶液电导率异于体相的问题，系统分析离子电泳推导相关方程，得到更准确的体相电导率表达式，并拓展至带电通道场景，为体相及窄通道电导率测量解读提供框架。
2023-10-17 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
On the confinement of semiflexible chains under torsion
研究了有限扭矩对受限环境中半柔性聚合物的影响。它示出了如何一个新的长度尺度出现在强约束极限。扭矩的影响，在纳米通道中的生物聚合物的延伸也触及后，有人认为，扭矩的存在下有很强的影响，需要防止发夹的纳米通道的尺寸。
2012-12-27 cond-mat.soft q-bio.BM
Temperature dependence of electrokinetic flux in Si nanochannel
利用分子动力学模型研究了平板结构纳米通道中的温度对电动输运的影响。研究了一个由Na+和Cl-组成的溶解在水中的系统，该系统被限制在具有带负电荷的内表面的固定的晶体硅壁之间，在外部电场中。采用Lennard-Jones（LJ）力场和基于简单点电荷扩展（SPC/E）模型的库仑静电相互作用来描述离子、水分子和通道壁原子之间的相互作用。水和离子的流量对温度的依赖性进行了检查。水通量的大小，甚至其方向被证明是显着的温度影响。特别地，先前报道的流动反向现象在较高温度下不会发生。通量的温度依赖性归因于电荷重新分配和水的粘度的变化。
2010-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Confining deep eutectic solvents in nanopores: insight into thermodynamics and chemical activity
我们已经建立了详细的相图的原型低共熔溶剂乙醇（乙二醇/氯化胆碱2：1）作为水合水平的函数，在本体状态和限制在纳米通道的介孔结构的多孔二氧化硅基质MCM-41和SBA-15，与孔半径$R_P$ = 1.8 nm和4.15 nm。对于纯的和适度水合的DES，避免冷冻，并且在所有情况下形成玻璃形成溶液。当水的质量分数高于阈值$W_g'\approx30\%$时，发生结晶并导致形成最大冷冻浓缩的DES溶液。在这种情况下，由于限制和冰点下降效应的结合，在限制状态下获得了极深的熔化凹陷。这些现象进行了定量分析，基于经典的吉布斯-汤姆森和拉乌尔热力学方法的扩展版本。在此框架下，在密闭系统中的水化学活性的预测值被证明是系统地偏离散装同行。这一惊人的观察的起源进行了讨论相对于水的热力学异常的“无人区”和DES解决方案中的特定纳米结构的可能存在时，在纳米通道或在与固体的界面处操作。
2022-01-04 cond-mat.soft physics.chem-ph
Disentangling $1/f$ noise from confined ion dynamics
已知通过生物和固态纳米通道的离子传输是高噪声过程。根据经验，电流波动的功率谱与频率的倒数一样，遵循长期存在但知之甚少的Hooge定律。在这里，我们报告的纳米尺度的二维通道具有不同的表面特性的电流波动的测量。发现涨落的结构依赖于沟道的材料。虽然在原始通道中，电流波动像$1/f^{1+a}$与$a = 0 - 0.5$一样缩放，但活化石墨通道的噪声功率谱根据频率显示不同的状态。基于这些观察，我们开发了一个理论形式主义直接连接离子动力学和电流波动。我们预测，噪声功率谱的形式为$1/f \times S_\text{channel}(f)$，其中$1/f$波动出现在流体水库两侧的通道和$S_\text{channel}$描述波动inside it. Deviations到Hooge定律，从而允许直接访问的离子输运动力学的通道-解释整个现象在实验中观察到的2D纳米通道。我们的研究结果表明，电流波动可以用来表征纳米离子动力学。
2023-03-21 cond-mat.soft
Tuning Water Slip Behavior in Nanochannels using Self-Assembled Monolayers
固体表面的水滑移对于广泛的微/纳米流体应用是重要的。虽然已知水滑移行为取决于表面官能化，但它如何影响界面处的分子水平动力学和质量传递仍然没有完全理解。在本文中，我们使用非平衡分子动力学模拟研究的自组装单分子层（SAM）分子功能化的金表面之间的水的滑移行为与不同的极性官能团。我们观察到一个积极的到消极的滑移过渡从疏水性到亲水性SAM功能化，这是发现相关的水分子和更亲水的SAM分子之间的界面相互作用更强。更强的相互作用增加了表面摩擦和局部粘度，使水滑动更加困难。更亲水的官能化也减缓了界面水弛豫，并导致SAM层内部更明显的水捕获，这两者都阻止了水滑移。从这项工作的结果将提供有用的见解，在功能化表面的水滑移的理解和设计指导方针，为各种应用。
2019-05-31 cond-mat.soft physics.app-ph
Ionic association and Wien effect in 2D confined electrolytes
本研究结合分子动力学模拟与解析理论，发现二维受限电解质中离子会发生类Kosterlitz-Thouless相变的缔合，其解离引发非普适的第二维恩效应与离子库仑阻塞，二维推广的Onsager理论可解释该非线性输运，为新型纳米流体器件设计提供依据。
2025-01-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Perpendicular separations of a binary mixture under van der Waals confinement
本研究通过分子动力学模拟发现范德华限域内二元混合物的两相垂直分离新现象，揭示其演化过程与浓度变化规律，提出动态“软柱”稳定机制，为纳米薄膜和有机纳米通道制备及相关领域发展提供新思路。
2024-07-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Does twist angle affect the properties of water confined inside twisted bilayer graphene?
石墨烯纳米狭缝孔用于纳米流体设备，如水脱盐，离子选择性通道，离子晶体管，传感，分子筛，蓝色能量收集和蛋白质测序。制备纳米流体装置是一项艰巨的任务，因为小的未对准导致装置的各种性质的显著改变。在这里，我们专注于两个平行的石墨烯片之间的旋转错位。使用分子动力学模拟，我们探测的结构和动力学单层水限制在石墨烯纳米通道内的一系列相称的扭曲角。采用SPC/E和TIP 4P/2005水模型，模拟结果表明，SPC/E的平衡数密度$(n \sim 13 nm^{-2})$和TIP 4P/2005的平衡数密度$(n \sim 11.5 nm^{-2})$在扭转方向上是独立的。根据水模型的密度，结构和介电常数不随扭转角的变化而变化。此处的承压水结构仅显示SPC/E水的方形冰序。TIP 4 P/2005显示了临界密度$(n \sim 12.5 nm^{-2})$附近的有序性。对于所研究的扭转角，承压水的平均垂直介电常数仍然非常低（SPC/E为$\sim 2$，TIP 4 P/2005为$\sim 6$）。我们发现，受限水分子的摩擦系数变化的小扭曲角，而成为独立的扭曲大于$5.1^{o}$。我们的研究结果表明，小的角度错位不会损害单层水的介电性能的石墨烯狭缝孔，但可以显着影响其动力学。
2022-12-23 cond-mat.soft
Translational diffusion of a fluorescent tracer molecule in nanoconfined water
示踪染料分子在水中的扩散是一个重要的课题，直接影响到许多技术应用。然而，目前尚不清楚亲水性和疏水性纳米通道中的水动力学是否保持块状。在这里，我们提出了一种荧光染料分子在水中的扩散测量局限于两个亲水表面之间的纳米级，其分离可以控制精度小于一个纳米。我们观察到荧光强度在快速（$\sim$ 30 $μ$ s）和慢速（$\sim$ 1000 $μ$ s）时间分量上相关。缓慢的时间尺度是由于荧光团吸附到限制壁，并且在1 M盐的存在下消失。快的组件是由于染料分子在间隙中的扩散，并被发现是散装样的子-10 nm的分离，并表明限制下的水的粘度保持不变的限制间隙小到$\sim$ 5 nm。我们的研究结果相矛盾的一些最近的测量扩散纳米约束下，但他们是一致的自扩散使用分子动力学模拟和测量中子散射实验的许多估计。
2022-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn
Water sub-diffusion in membranes for fuel cells
我们调查的动力学的水限制在软离子纳米组件，一个问题的关键是在新材料的多尺度结构-功能相互作用的一般理解。我们特别关注在燃料电池中用作电解质的水合全氟磺酸化合物。这些材料形成相分离的形态，表现出出色的质子传导性能，直接关系到吸收水的状态和动力学。我们结合准弹性中子散射、脉冲场梯度核磁共振和分子动力学计算机模拟，对水的运动和离子输运进行了量化。有效的水和离子的扩散系数已确定连同它们的变化后，在相关的原子，纳米和宏观尺度上的水合作用，提供了一个完整的图片运输。我们表明，在纳米级的限制和直接与带电界面的相互作用产生异常的子扩散，由于在离子纳米通道内的异质空间依赖性动力学。这与疏水限制基质的化学细节无关，证实了我们结论的统计学意义。我们的研究结果表明，有趣的连接和可能性的交叉受精与其他领域，包括生物物理学。他们还建立了富有成效的通信与先进的统计力学的主题，导致新的可能性，分析中子散射数据。
2017-08-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Water under extreme confinement in graphene: Oscillatory dynamics, structure, and hydration pressure explained as a function of the confinement width
石墨烯纳米通道与其可能的应用有关，例如在水净化中，以及理解它们如何改变受限液体的性质的挑战。在这里，我们使用全原子分子动力学模拟调查水限制在一个开放的石墨烯狭缝孔作为其宽度的函数$w$，下降到亚纳米尺度。我们发现，水的平移和旋转动力学表现出振荡依赖于$w$，由于水分层。动力学中的振荡与水合压力中的振荡相关，水合压力可以是负的（疏水吸引力），或高达$\sim 1$ GPa，如实验中所见。在孔隙宽度与全层一致时（一层和两层分别在$7.0$ λ和$9.5$ λ附近），体系的自由能最小，水化压力为零。在这些分离处，承压水的动力学减慢。然而，在自由能具有最大值的地方，即，对于那些与良好分离层的形成不相容的孔宽度，如$w\simeq 8.0$。在这些$w$值附近，动力学比本体更快，水从孔隙中挤出。对于受限的简单液体，或者对于封闭的纳米孔中的水，都没有观察到这种行为。自由能的分解阐明了动力学加速和减速的起源。特别是，我们发现，减速的性质取决于水层的数量：对于两层，这是由于内能的贡献，在简单的液体，而对于一层，它有一个熵的起源可能是由于存在的氢键网络在水中。我们的研究结果揭示了承压水的动力学和热力学机制，并为今后的实验提供了指导。
2021-03-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Quantum Analogies in Ionic Transport Through Nanopores
纳米孔或纳米通道中的离子转运是许多细胞过程的关键，并且现在正在探索作为DNA/聚合物测序和检测的方法。虽然在其范围内显然是简单的，在有限的几何形状的离子动力学的研究揭示了有趣的新现象，几乎有一个与量子制度一一对应。由此可见，离子可以形成两种“准粒子”状态，一种状态是它们被电荷相反的其他离子包围-离子气氛，另一种状态是半束缚水分子在离离子不同距离处形成层-水合层。第二种状态产生了两个额外的效果。在第一个，这是一个单一的准粒子效应，通过纳米孔的离子电导被预测为“量子化”作为孔半径的函数，与相应的“量子化单位”不相关的通用常数-如普朗克常数和元电荷-而是水化层的半径。第二种效应涉及相同符号的离子准粒子之间的多体相互作用，并且当孔具有有限的电容以容纳离子时发生，使得存在阈值浓度，超过该阈值浓度，相同符号的离子在能量上不被允许进入孔。类似于电子输运的情况下，离子对应物只出现在“量子”制度，当形成离子准粒子的水化层需要打破，以通过孔。在这里，我们回顾了所有这些现象，并讨论了条件下，他们可能会被检测到的电子传输的情况下进行类比。由于纳米孔正在被考虑用于DNA测序和检测中的许多技术应用，我们预计这些现象将变得非常相关，并且它们的理解对进展至关重要。
2013-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
