Hydration, Ion Distribution, and Ionic Network Formation in Sulfonated Poly(arylene ether sulfones)
我们使用分子动力学模拟探测水化，离子间距，和阳离子-阴离子相互作用在两个磺化聚砜具有不同的离子分布沿聚合物主链。在室温下，这些聚合物保持在玻璃态，即使水含量超过10%。在平衡吸水时，离子表现出与它们在饱和水溶液中相似的水合水平。本文用Manning平衡缩合极限定律的框架来研究模拟聚砜中的离子相互作用。离子经历的介电常数可以很好地近似于聚合物主链和水的介电常数的体积加权平均值。我们的结果表明，一个合理的估计平均离子间距离，b，得到使用的距离，磺酸根-磺酸根的配位数达到1。磺酸根离子沿聚砜主链的间距在确定它们在水合聚合物内的空间分布中起作用。因此，对于磺酸根离子沿着主链更均匀地间隔的聚合物，b的值略大，这与实验证据一致。模拟结果表明，磺酸根离子和钠抗衡离子形成纤维状聚集体在低于平衡吸水量的水含量。预期这种广泛的离子聚集体促进磺化聚砜膜中的离子传输，而不需要如在传统橡胶状离子聚合物的情况下的长程链运动。我们的估计的介电常数和b结合曼宁的理论来估计凝聚到固定离子的抗衡离子的分数。曼宁理论的预测与模拟结果吻合较好。
2021-01-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Exciton thermal radiation from structure-sorted carbon nanotube membranes
针对体相半导体激子仅低温有光学峰、宏观SWCNT组装体传导加热下能否产生激子热辐射不明确的问题，研究观测到结构分选SWCNT薄膜850K下的激子热辐射，其高温稳定激子共振抑制自由载流子贡献、维持带隙下透明，为热发射和能量收集应用提供新可能。
2025-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Carbon Decorated TiO2 Nanotube Membranes: A Renewable Nanofilter for Size- and Charge Selective Enrichment of Proteins
在这项工作中，我们设计了一个二氧化钛纳米膜（TiNM），可以用作一个纳米过滤器的平台，用于选择性富集特定的蛋白质。使用后，TiO 2的光催化性能允许分解基底上不需要的残留物，从而使平台可重复使用。为了构建这个平台，我们制作了一个独立的二氧化钛纳米管阵列，并删除底部的氧化物，形成一个两端开放的TiNM。通过天然管壁污染物（C/TiNM）的热解，管壁变得用石墨碳片装饰。由于大的表面积，两亲性和电荷可调的特性，这种C/TiNM可用于从溶液中提取和富集疏水和带电的生物分子。使用人血清白蛋白（HSA）作为模型蛋白质以及蛋白质混合物，我们表明，复合膜具有高度增强的负载能力和蛋白质的选择性，并可重复使用后，短的UV处理。
2016-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Elastic and Fracture Properties of Single Walled Pentagraphene Nanotubes
碳同素异形体的膜仅由密集堆积的五边形环组成，称为五角环，表现出负泊松比（拉胀行为）和$3.2$ eV的带隙。在这项工作中，我们研究了通过卷起五角大楼膜形成的纳米管的结构稳定性，机械和断裂性能，所谓的五角大楼纳米管（PGNT）。结合第一性原理计算和反应分子动力学模拟，研究了锯齿形、$α$ -扶手椅形和$β$ -扶手椅形三种不同构型的单壁PGNT.我们的结果显示了$680-800 GPa$的杨氏模量值、$18-21\%$的临界应变和$85-110 GPa$的极限拉伸应力。我们还观察到了拉胀行为。在室温拉伸过程中，我们观察到$β$ -扶手椅型到$α$ -扶手椅型PGNT之间的转变接近临界应变。关于断裂模式，我们观察到，机械失效开始于大多与拉伸方向对齐的粘合处，并且在管径向塌陷之后。
2019-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Lindemann Parameters for solid Membranes focused on Carbon Nanotubes
在平面晶体如石墨烯的法线方向上的温度波动是相当剧烈的，并且可以预期会强烈地影响它们的熔融性质。特别是，他们将修改林德曼熔化准则。我们在自洽玻恩近似计算这种修改。结果被应用到石墨烯和其包裹的版本所代表的单壁碳纳米管（SWNTs）。结果表明，面外波动占主导地位的面内波动。这对可能的林德曼参数进行了严格的限制。令人惊讶的是，我们发现这些大的面外波动对熔化温度只有很小的影响。
2009-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Double-Side Cocatalytic Activation of Anodic TiO$_2$ Nanotube Membranes with Sputter-Coated Pt for Photocatalytic H$_2$ Generation from Water-Ethanol Mixtures
采用自组织阳极氧化技术和电位冲击技术制备了自支撑TiO $_2$纳米管膜。然后通过溅射不同的Pt量来装饰膜，i）仅在顶部，ii）仅在底部或iii）在管层的顶部和底部。将Pt修饰的膜以管顶向上或管顶向下的配置转移到FTO载玻片上，并在结晶后使用正面或背面光照射作为H $_2$产生的光催化剂进行研究。管膜的双面Pt-装饰导致更高的H $_2$生成速率（管和光照射配置无关）相比，膜装饰只有一个侧面具有类似的总Pt量。结果表明，这种效果并不归因于Pt助催化剂的总量本身，而是归因于其在两个管末端的分布。这导致优化的光吸收和电子扩散/转移动力学：膜的中心部分充当光收集区，并且其中产生的电子可以向Pt/TiO $_2$活性区（管末端）扩散，在那里它们可以与环境反应并产生H $_2$气体。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Modified silicone rubbers for fabrication and contacting of flexible suspended membranes of n-/p-GaP nanowires with single-walled carbon nanotube transparent contact
本工作提出了用于III-V族半导体NW/硅膜形成和光电子器件制造的新的化学和机械材料和技术。采用分子束外延（MBE）方法合成了n-、p-和i-GaP纳米线，通过引入G-包覆法将其包覆在聚二甲基硅氧烷接枝聚苯乙烯（PDG-PS）中，并从Si生长衬底上释放出来。所制造的膜与不同的材料接触，包括单壁碳纳米管或含二茂铁基的聚甲基氢硅氧烷与多壁碳纳米管掺杂和不掺杂。通过电子束感应电流（EBIC）光谱验证了所制造的膜的电连接。所开发的方法和材料可用于制造高质量的柔性无机光电子器件。
2019-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Mechanical properties of nanotubes of polyelectrolyte multilayers
通过共振接触原子力显微镜（AFM）研究了聚电解质在聚碳酸酯径迹蚀刻膜的纳米孔中的逐层（LBL）组装制备的纳米管的弹性性质，纳米管直径在100至200 nm的范围内。的纳米管的弹性模量计算从自由悬挂的LbL纳米管上的悬臂梁的共振频率。在空气中发现这些纳米结构的杨氏模量的平均值为115MPa，远低于干燥平坦多层膜所报道的值，但在水溶胀平坦多层膜所报道的值的范围内。这些低的值是最有可能的是由于LbL纳米管的离子交联的程度较低，并因此在空气中的水含量较高，从nanobolized纳米多层膜的生长的特殊模式。
2009-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Field Emission properties of nanocomposites of conducting polymers
制备了石墨烯和碳纳米管分散在聚吡咯或聚（3，4-乙撑二氧）噻吩中的纳米复合材料，并评价了它们作为场发射冷阴极的性能。研究发现，场发射过程中聚合物基体会发生降解，导致场发射性能不稳定。电聚合的复合材料的结果显着更好的场发射性能，但稳定性仍然是一个主要问题。提出了将复合材料沉积到稳定的膜上作为改善电极性能的策略。场发射数据表明，沉积在膜表面的复合材料可以限制发射表面，并导致较低的最大发射和较高的开启电压。较低的发射电流和因此较低的热生成，以及AAO膜可能的热耗散，可以降低聚合物的热降解速率。这种膜也可以作为一个物理屏障，将纳米管固定在适当的位置，并允许电子通过。因此，可以防止场发射单元的短路。通过这种方式，可以实现更高的排放和更长的寿命。
2015-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Broadband Solar Selective Absorber with Dallenbach-type Bilayer Structure Achieved Using Carbon Nanotube Membranes with Tailored Optical Spectra
针对传统材料限制干涉型吸收器制备的问题，本研究采用光谱定制的超薄单壁碳纳米管膜作为吸收层，制备Dallenbach型双层结构太阳能吸收器，实现高选择性吸收与低辐射损失，性能优于类黑体吸收器。
2025-11-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Aligned metal oxide nanotube arrays: key-aspects of anodic TiO2 nanotube formation and properties
在过去的十年里，自对准TiO2纳米管吸引了巨大的科学和技术的兴趣，由于其预期的影响，能源转换，环境修复和生物相容性。在本手稿中，我们审查的基本原则，支配阳极二氧化钛纳米管的自组织启动。我们从一个基本问题开始：为什么会发生自组织？我们说明了固有的关键机制方面，导致管生长在各种不同的形态，如波纹壁管，光滑管，堆栈和竹型管，重要的是双壁TiO 2纳米管与单壁管的形成，以及它们的物理和化学性质的巨大差异。我们展示了如何双壁和单壁管层可以从金属基材上分离，并利用强大的自立膜的制备。最后，我们展示了如何通过选择正确的生长方法来显著改善TiO 2纳米管的特定功能特性，例如，可以实现增强的电子迁移率、本征掺杂、或在极高温度下结晶成纯SiO2。这反过来又可以在广泛的应用中构建基于阳极TiO 2的高性能器件。
2016-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Designing an All-Carbon Membrane for Water Desalination
我们设计了一种全碳膜，用于水的过滤和脱盐。包括氧化石墨（GO）、由碳纳米管组成的巴克纸和强碳织物的碳纳米结构的独特分层组件提供了高机械强度和热稳定性、对苛刻的化学清洗剂的弹性和电导率，从而解决了商业反渗透膜的主要缺点。我们使用从头计算密度泛函理论计算，以获得原子水平的洞察到水分子之间的GO层和层内空位缺陷的渗透。我们的计算阐明了溶剂化Na $^+$离子在优化的GO膜中的选择性排斥的原因，所述GO膜在结构上稳定在巴克纸层之间的夹层布置中，所述巴克纸层在两侧上由强碳织物层保护。
2019-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Covalently Binding the Photosystem I to Carbon Nanotubes
我们提出了一种化学方法将光系统I（PS I）共价偶联到碳纳米管（CNT）上。小的连接分子用于将PS I连接到CNT。由碳纳米管和PS I组成的混合系统，由于鲁棒的蓝细菌膜蛋白PS I的突出光电特性，有望产生新的光诱导运输现象。
2009-02-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Groove-Assisted Global Spontaneous Alignment of Carbon Nanotubes in Vacuum Filtration
自从发现碳纳米管（CNT）以来，长期以来，创造宏观有序的CNT组装体或晶体一直是一个具有挑战性的目标，所述组装体或晶体在宏观尺度上保持单个CNT的一维量子性质。最近，报道了一种简单且控制良好的方法，用于通过真空过滤期间发生的自发全局对准来生产高度对准且密集堆积的CNT的晶片级结晶膜[ \textit{Nat.\ Nanotechnol} .] \textbf{11}，633（2016）]。然而，对这种全球协调机制的充分理解尚未实现。在这里，我们报告的一系列系统的实验结果表明，CNT的取向方向可以控制的表面形态的过滤膜中使用的真空过滤过程。更具体地说，我们发现过滤膜表面上预先存在的平行凹槽的方向决定了所得CNT排列的方向。此外，我们有意地使用衍射光栅在过滤膜上压印周期性间隔的平行凹槽，其以精确和可再现的方式成功地定义了CNT的全局对准的方向。
2019-12-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Water and Ion Transfer to Narrow Carbon Nanotubes: Roles of Exterior and Interior
窄碳纳米管（CNTs）模拟生物膜的水通道，使水脱盐，但选择性背后的物理机制，特别是嵌入CNTs的膜对水和离子传递的影响，仍然不清楚。在这里，我们报告$ab$ $initio$分析参与水和K $^+$和Cl $^-$离子从溶液中的转移到空的和水填充的0.68纳米碳纳米管的能量，对于不同的介电常数$ε$的周围矩阵。为$1 \leq ε< \infty$计算的转移能量允许转移能量的透明击穿到三个主要贡献：绑定到CNT，内CNT水合，和电介质的极化的矩阵。后者与$ε$成反比，并且对于两种离子都是$10^2$ / $ε$ kJ/mol的数量级，这可以根据离子、$ε$和CNT直径将离子转移从有利改变为不利。这可能对设计和调整基于纳米通道的器件的选择性具有广泛的影响。
2020-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Transparent and flexible high-power supercapacitor based on carbon nanotube fibre aerogels
在这项工作中，我们报告了连续的透明和灵活的超级电容器的制造，通过沉积碳纳米管网络上的聚合物电解质膜直接从气凝胶的超长碳纳米管产生浮动在气相中。超级电容器结合了高透射率下的$1370 kW kg^{-1}$的记录功率密度（$ca. 70%$）、延长循环期间的高电化学稳定性（$>94%$电容保持超过$20 000 cycles$）以及抵抗重复的$180°$弯曲变形。与现有技术的基于石墨烯、CNT和rGO的透明超级电容器相比，它们表现出1-3个数量级的显著增强。这些特征主要源于CNT的异常长的长度，这使得材料表现为体导体而不是纵横比受限的导电网络，即使对于具有$>90%$透明度的电极也是如此。透明导体的电优值和电容优值分别为$FoMe = 2.7$和$FoMc = 0.46 F S^{-1} cm^{-2}$
2021-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Quasi-Langmuir-Blodgett Thin Film Deposition of Carbon Nanotubes
碳纳米管的处理和操作对于那些对这些有前途的材料的应用潜力感兴趣的人来说仍然是一个挑战。为此，我们已经开发出一种方法来沉积纯纳米管薄膜在任意组成的基板上的大平面区域。该方法与用于沉积薄有机层的Langmuir-Blodgett沉积方法有一些相似之处。我们表明，这种再沉积技术不会导致薄膜的微观结构发生重大变化，并且它们保留了氧化铝膜上沉积薄膜的电子特性。
2003-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Global alignment of solution-based single-wall carbon nanotube films via machine-vision controlled filtration
在过去的十年中，单壁碳纳米管（SWCNTs）的化学处理（手性富集，长度分选，手性选择性和填充物质）取得了实质性进展。最近，它表明，大的，水平排列的膜可以创建出后处理的单壁碳纳米管解决方案。在这里，我们使用机器视觉自动化和并行化，使用压力驱动过滤同时生产全局对齐的SWCNT膜。反馈控制使得过滤能够以恒定的流速发生，这不仅改善了SWCNT膜的有序性，而且提供了使用相同的过滤参数在各种纳米多孔膜上对齐宽范围的SWCNT类型的能力。使用偏振光谱技术，我们表明，弯月面梳产生一个二维径向单壁碳纳米管排列在一侧的膜。在我们通过硅烷化使弯月面变平后，单壁碳纳米管膜两侧的空间分辨向列性图显示了整个结构的全局对齐。从实验改变离子强度和膜摩擦充电，我们提供的证据表明，单壁碳纳米管对齐机制源于管间相互作用和有序膜充电的相互作用。这项工作开辟了为新一代纳米管电子器件和光学控制元件创建全局对齐的SWCNT膜结构的可能性。
2019-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Windowed Carbon Nanotubes for Efficient CO2 Removal from Natural Gas
我们证明从分子动力学模拟，开窗碳纳米管可以有效地分离CO2从CO2/CH 4混合物，类似于用于气体分离的聚合物中空纤维。研究了CO2含量为30%、50%和80%的三种CO2/CH 4混合物在80至180 bar的施加压力下的变化。在所有模拟条件下，仅观察到CO2渗透; CH 4在可访问的时间尺度内被纳米管壁上的氮官能化窗口或孔完全拒绝，同时保持沿管的快速扩散速率。与典型的聚合物膜的约100 GPU相比，估计的时间依赖性CO2渗透范围为107至105 GPU（气体渗透单位）。从渗透的自由能势垒的差异估计CO2/CH 4选择性为~108。这项工作表明，有窗口的碳纳米管可以用作一种高效的介质，可配置在中空纤维状模块中，用于从天然气中去除CO2。
2012-12-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Field emission properties of as-grown multiwalled carbon nanotube films
多壁碳纳米管已经通过乙烯催化化学气相沉积产生，并用于通过膜过滤制造厚且致密的独立膜（“巴基纸”）。用高真空原子力显微镜研究了巴基纸的场发射特性，并以标准金属悬臂梁作为阳极收集样品发射的电子。Buckypapers显示了一个有趣的线性相关的福勒-诺德海姆图证明其适合作为发射器。通过在亚微米区域精确调节针尖-样品距离，我们发现场增强因子不受距离变化的影响，直到2um。最后，对电流稳定性的研究表明，强度约为3.3 *10-5A的场发射电流在几个小时内保持非常稳定（波动在5%以内）。
2011-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum-mechanically enhanced water flow in sub-nanometer carbon nanotubes
碳纳米管（CNT）中的水流动与经典的流体力学完全矛盾，其渗透率可以超过无滑动的Haagen-Poietille预测两到五个数量级。半经典分子动力学解释了由于曲率相关的晶格失配而导致的增强的流动速率。然而，在$\sim$ nm尺寸半径下实验观察到的更陡峭的渗透性增强仍然知之甚少，并表明出现了令人困惑的非经典机制。在这里，我们解决水碳纳米管摩擦从量子力学的角度来看，在声子激发时的水能量损失。我们发现，相结合的弱水-声子耦合和选择规则阻碍水-CNT散射，提供有效的保护水超流，而与半经典理论的比较证明摩擦增加，可以超过量子力学预测的两个数量级以上。亚纳米CNT的准无摩擦流动为微创跨膜细胞注射、单水射流和高效水过滤开辟了新途径。
2022-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulations of Water Anchored in Multi-Layered Nanoporous MoS$_2$ Membranes: Implications for Desalination
在纳米科学中最有前途的应用之一是设计新材料来改善纳米多孔膜的透水性和选择性。了解这些迷人结构背后的分子结构以及它如何影响水流是一项复杂但必要的任务。我们研究了水通过具有不同纳米孔尺寸和长度的多层纳米孔二硫化钼（MLNMoS $_2$）膜的通量。分子动力学模拟表明，渗透率不随膜厚度的倒数而增加，违反了经典的流体力学行为。数据还显示，水动力学比在无摩擦碳纳米管和多层石墨烯膜中观察到的要慢，我们用层间观察到的锚定机制来解释。我们表明，膜的渗透性是严重依赖于纳米孔结构，新的脱盐膜的制造带来了重要的见解。
2021-09-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Embedding a carbon nanotube across the diameter of a solid state nanopore
提出了一种用于将单壁碳纳米管（SWNT）定位和嵌入固态纳米孔的直径的制造方法。化学气相沉积（CVD）用于在薄氮化硅膜中的聚焦离子束（FIB）研磨孔阵列上生长单壁碳纳米管。这通常产生至少一个孔，其直径被SWNT中心穿过。通过原子层沉积（ALD）调节FIB孔的最终直径以产生任何所需直径的纳米孔，同时将SWNT嵌入和绝缘在除了与最终纳米孔的直径交叉的区域之外的任何地方，在该区域中SWNT保持原始和裸露。这种纳米管连接的纳米孔是实现用于生物分子传感和电子表征（包括DNA测序）的新型检测器的重要一步。
2013-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Integrating Atomic Scale Catalyst Design with Transport Engineering for Stable and Efficient CO2 Electrolysis to CO in a Membrane Electrode Assembly
本研究针对膜电极组件CO₂电解制CO的性能与稳定性瓶颈，开发碳纳米管负载的原子级分散Ni-NC催化剂，结合表征与模拟验证其输运优势，实现优于银基催化剂的性能、稳定性与更低成本。
2025-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Graphane as polyhydride of graphene. Computational synthesis applied to two-side membrane
最近，作者在研究碳纳米管和石墨烯之间的特殊复合材料的形成以及考虑在机械化学反应的适当过程中石墨烯片的拉伸变形和断裂时，证明了分子量子化学应用于基本石墨烯问题的巨大功效。在研究中获得的乐观的结果使得有可能将注意力从固态问题转移，并将石墨烷的形成视为原始分子的多步氢化。为了继续进行，我们必须回答以下问题：1）哪种氢吸附，即分子或原子，是最可能的; 2）什么是氢原子附着到衬底上的特征图像; 3）哪个碳原子（或原子）是经受氢连接的第一目标以及如何选择碳原子用于吸附的下一步骤; 4）环己烷的连续吸附模式与环己烷构象之间是否存在联系。在这种方式获得的第一个结果在当前的文件。计算是在非限制性对称破缺Hartree-Fock方法的框架内采用半经验AM 1方法进行的。
2011-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fluctuation-induced quantum friction in nanoscale water flows
到目前为止，碳纳米通道中的水的流动一直没有得到理解，积累了超低摩擦，异常高的水流速和曲率依赖的流体动力学滑动的实验证据。这些独特的性能引起了人们对用于脱盐、分子筛和能量收集的碳基膜的极大兴趣。然而，水-碳摩擦的机制仍然未知，无论是目前的理论，也没有经典或从头分子动力学模拟提供令人满意的合理化，其奇异行为。在这里，我们开发了一个量子理论的固体-液体界面，它揭示了一个新的贡献摩擦，由于在液体中的电荷波动耦合到固体中的电子激发。我们认为这种量子摩擦是水在碳基材料上的主要摩擦机制，而这种摩擦在玻恩-奥本海默分子动力学中是不存在的。作为一个关键的结果，我们证明了水-石墨烯和水-石墨界面之间的量子摩擦的显着差异，由于水德拜集体模式与石墨特定的热激发等离子体的耦合。这表明了碳纳米管中水的半径依赖性滑移的解释，根据纳米管的电子激发。我们的发现开辟了一条道路，量子工程的流体力学流动通过限制壁的电子特性。
2021-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
