纳米孔道电渗流特性：部分微扰密度泛函理论新视角

"这篇论文是2010年由郑远翔、李英峰和于养信在清华大学化学工程系化学工程联合国家重点实验室进行的研究成果，主要探讨了纳米孔道中电渗流特性的部分微扰密度泛函理论。研究重点在于解决经典Poisson-Boltzmann方程在描述离子分布时的局限性，并通过Navier-Stokes方程分析电渗流的瞬时速度分布。" 电渗流是电解质溶液在外部电场作用下产生的流动现象，具有重要的应用价值，如在纳米流体控制、生物传感器和膜分离技术等领域。然而，经典Poisson-Boltzmann方程作为描述电场下离子分布的工具，忽略了离子的体积效应和离子间的相互作用，因此在处理纳米尺度的带电孔道问题时往往出现偏差。 部分微扰密度泛函理论（DFT）是为了解决这个问题而提出的一种方法。该理论考虑了离子的体积排斥和离子相关性，能更准确地模拟纳米孔道内的离子分布状态。通过这种方式，研究者能够更真实地反映电解质溶液在纳米孔道中的行为，这是之前研究的重要进展。 在得到精确的电荷分布后，研究者利用Navier-Stokes方程来研究电渗流的瞬时速度分布。Navier-Stokes方程是流体力学的基本方程，用于描述流体运动。在假设孔道内电解质溶液的粘度恒定时，可以计算出电渗流的速度分布情况。 论文进一步讨论了外部电场强度、主体相电解质溶液的浓度和双电层厚度对电渗流速度分布的影响。特别指出，经典理论中无法解释的一些现象，比如电渗流速度在径向呈现出的振荡分布，可能源自纳米尺度下离子间的强烈相互作用以及离子与孔道壁面的非寻常相互作用，这些因素导致了电荷分布的异常。 关键词涵盖了电解质溶液、纳米孔道、电渗流和密度泛函理论，表明本研究的核心内容涉及这些领域。论文的分类号和文献标志码分别对应于化学工程和基础科学研究，表明这是一篇深入探讨物理化学现象的学术论文。 这篇2010年的研究工作通过部分微扰密度泛函理论揭示了纳米孔道中电渗流的复杂性，弥补了经典理论的不足，为理解和操控纳米尺度下的电渗流现象提供了新的理论工具。