碳纳米线圈用于微尺度物质输运的力学仿真

王鹏，王清亮，张冬梅

（1. 忻州师范学院 物理系，山西 忻州 034000；2. 大连理工大学 物理学院，辽宁 大连 116024）

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由于物质存储和药物传递等领域的迫切需要，如何实现微纳尺度下的高效物质输运广受关注。目前能够实现微尺度物质输运的驱动方法有很多，例如利用微流体系统或微通道系统输运微粒或活体细胞［1-2］，在一维微纳米线上通过热泳法驱动水滴［3-5］和光势阱法驱动金属微粒［6］，等等。作为一种典型的一维纳米材料，碳纳米管（Carbon Nanotube，CNT）具有极大的长径比，具有原子级平整的表面，力学特性优异，还具有化学惰性，被视为制作“纳米传送带”的极佳候选材料之一。前人围绕碳纳米管的物质输运特性展开了诸多研究，指出碳纳米材料的物质运输速度可达几到几十米每秒，应用潜力巨大［7-10］。但是，由于碳纳米管的尺寸较小，较难实现重微粒或大尺寸液滴的远距离无损输运；极小的尺寸也使得碳纳米管难以操控，器件制作复杂耗时且成本较高。因此，有必要寻找一种新的一维纳米材料，同时满足微尺度物质的无损、快速和远距离输运要求。

碳纳米线圈（Carbon Nanocoil，CNC）是一种具有独特微尺度螺旋结构的准一维碳纳米材料，优异的力学和电学特性使其广泛应用于微纳谐振器［11-12］、传感器［13-15］以及生物探针［16］等领域。碳纳米线圈的直径小于1 μm，长度可超过100 μm，在普通光学显微镜下即可观察，便于直接操控或集成在微机电系统中。事实上，碳纳米线圈在物质输运领域极具应用潜力。螺旋形貌使得碳纳米线圈具有较大的比表面积，有利于物质的附着和输运；……