自驅(qū)動人工馬達的趨化動力學性質(zhì)研究.pdf

1、生物分子馬達在生物體內(nèi)可利用ATP的水解釋放的能量進行旋轉(zhuǎn)、滑動等機械運動。鑒于這些生物馬達的重要功能,科學工作者致力于實驗上合成、制備能夠執(zhí)行特殊任務的人工微納米馬達。近幾年來，制備的各種形狀的馬達能夠從環(huán)境中汲取能量，產(chǎn)生所需的驅(qū)動力進行運動。納米馬達對所處環(huán)境的“營養(yǎng)物”梯度的趨化現(xiàn)象，是對納米馬達運動控制研究的一個有科學意義和潛在應用前景的研究課題。對馬達趨化性質(zhì)的研究方法主要有實驗室合成和計算機模擬兩種途徑。計算機模擬具有不受

2、高要求的實驗儀器和實驗條件的限制的優(yōu)勢，是一種既節(jié)約成本又高效的研究方法。更重要的是，它能探索試驗中難以觀測的物理量，更方便的計算各物理量之間的關聯(lián)，從而得出一般的理論規(guī)律。多粒子碰撞動力學(MPC)是一種介觀模擬方法，將它用于馬達的數(shù)值模擬能夠幫助我們更好的研究馬達動力學現(xiàn)象。MPC方法將溶液看作是大量的粒子組成，對這些粒子進行粗?；喕Ｏ噍^與其它介觀模擬方法， MPC適用于如下一些情況：熱漲落和流體動力學有重要影響的情況；雷諾數(shù)和

3、Peclet數(shù)在0.1-10量級的體系；對輸運系數(shù)具有嚴格的解析解情況；當其中構(gòu)成關聯(lián)不清楚的復雜體系。由此我們采用MPC方法來構(gòu)建模型研究馬達運動性質(zhì)。
　　本研究使用多粒子碰撞動力學方法建立了介觀模擬模型，對由催化球和非催化球構(gòu)成的二聚物分子馬達在一個具有梯度的燃料溶液中的趨化性質(zhì)展開了研究。首先對趨化過程中馬達的運動路徑、趨化特征進行了描述，對運動方式和翻轉(zhuǎn)情況進行了研究，給出了趨化機理；然后對影響趨化速度的物理因素進行了討