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上海市应用数学和力学研究所硕士研究生冷建涛在Nano Letters上发表论文

Created Date 12/13/2016    View Numbers  4880 Return    
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        上海市应用数学和力学研究所2014级硕士研究生冷建涛作为第一作者在国际著名刊物《Nano Letters》(影响因子13.779)在线发表了关于固体间负热泳的论文。

         自1856年Ludwig首次发现液体中的正热泳现象(液体中的微粒自发朝低温方向运动)以来,热泳在医药、生物、能量转换等领域得到了广泛的应用。1967年,Dwyer理论预测了液体中的负热泳现象(微粒在某些情况下自发朝高温方向运动)。尽管液体中的热泳规律及其机理研究取得了许多重要进展,固体间的热泳现象却很少有人关注。直到2006年,Schoen等人(Nano Lett)才通过分子动力学模拟在同轴碳纳米管的相对运动中发现了固体间的热泳运动,该现象迅速得到Barreiro等人的实验证实(Science,2008)。但是,固体间是否也存在负热泳现象目前为止没有人报道过。冷建涛等人运用分子动力学模拟方法,预测了固体间的负热泳运动。

        他们通过研究嵌套于不同温度的两根纳米管(外管)中的单壁碳纳米管(内管)的定向运动,发现内管的运动方向依赖于其长度:内管较短(端部包含于外管之内)时,发生正热泳现象(内管向低温方向运动,如左图所示);内管较长(两端伸出外管)时,则会发生负热泳现象(内管向高温的外管方向运动,如右图所示)。细致的数值分析显示这两种现象的运动机理完全不同。对于正热泳,层间吸附力和的边界力为驱动力,而对于负热泳,驱动力主要源自热梯度力。基于力学模型的理论结果进一步验证了以上机理。结构依赖的正负热泳现象对纳尺度驱动和能量转换具有重要的应用价值。

        冷建涛师从张田忠教授。张田忠教授课题组近年在纳尺度驱动和能量转换领域取得了一系列进展:预测了碳纳米管塌缩的多米诺现象(PRL,2008)及其热致可逆性(Nano Lett,2010);揭示了纳尺度接触中的边界效应,分析了其对纳尺度热梯度驱动及纳尺度摩擦的作用(PRL,2011;JMPS, 2012);提出了纳尺度弹性梯度驱动概念(PRL,2015,被Nature专文报道)等等。
论文共同作者包括:冷建涛、郭争荣、张红卫、张田忠(通讯作者)、郭兴明、高华健(布朗大学)。论文工作得到国家杰出青年科学基金和上海市浦江人才计划支持。


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