专利摘要

本实用新型涉及纳流体领域，具体公开了一种栅栏式离子电流整流器，包括第一离子直通道、第二离子直通道、栅栏式纳米通道，栅栏式纳米通道由四个并列的长锥型纳米通道组成。本实用新型设计了一种长锥型纳米通道，当在第一离子直通道上外加正反电压时，由于长锥型纳米通道的离子选择性，使得纳米通道内的离子产生积累或流失，最终导致纳米通道自身的导电性和通道内的离子电流发生变化。本实用新型的主要优势在于：所述的离子整流工作全程仅通过施加外加电场实现，长锥型的锥形结构提高了整流的效率，使纳米通道中的离子电流更稳定。

权利要求

1.一种栅栏式离子电流整流器，包括第一离子直通道（1）、栅栏式纳米通道、第二离子直通道（10）；所述的栅栏式纳米通道由第一矩形纳米通道（2）、第一锥形纳米通道（6）、第二矩形纳米通道（3）、第二锥形纳米通道（7）、第三矩形纳米通道（4）、第三锥形纳米通道（8）、第四矩形纳米通道（5）、第四锥形纳米通道（9）组成。

2.根据权利要求1所述的栅栏式离子电流整流器，其特征在于第一离子直通道（1）为长800nm，宽600nm的矩形，内部储存氯化钾溶液；其上端边界接有电极可提供所需电压，下端边界与栅栏式纳米通道相互连接。

3.根据权利要求1所述的栅栏式离子电流整流器，其特征在于所述的第一矩形纳米通道（2）、第二矩形纳米通道（3）、第三矩形纳米通道（4）及第四矩形纳米通道（5）均为高200nm，宽120nm的矩形；第二矩形纳米通道（3）上端为孔径120nm的纳米孔并与第一离子直通道（1）下端边界相互连接，第三矩形纳米通道（4）位于第二矩形纳米通道（3）右侧间隔20nm并且关于竖直中心轴对称；第一矩形纳米通道（2）位于第二矩形纳米通道（3）左侧间隔20nm，第四矩形纳米通道（5）与第一矩形纳米通道（2）关于竖直中心轴对称；其拐角处由半径为1nm的圆角连接。

4.根据权利要求1所述的栅栏式离子电流整流器，其特征在于所述的第一锥形纳米通道（6）、第二锥形纳米通道（7）、第三锥形纳米通道（8）及第四锥形纳米通道（9）均为高200nm的锥形；其上端为孔径120nm的纳米孔，与对应的矩形纳米通道相互连接且中点相互重合；下端为孔径6nm的纳米孔与第二离子直通道（10）相连接；其拐角处用半径为1nm的圆角平滑连接。

5.根据权利要求1所述的栅栏式离子电流整流器，其特征在于所述的第二离子直通道（10）为与第一离子直通道（1）尺寸相同的矩形；其内部储存氯化钾溶液；其上端边界与栅栏式纳米通道相互连接；下端边界电势为零。

说明书

技术领域

本实用新型属于纳流体领域，涉及一种新型的栅栏式离子电流整流器。

背景技术

纳米流体是指将纳米材料（1~100nm）分散在特定的液体介质中形成稳定的悬浮体系，由于其具有流动性好、抗沉降稳定性和相容性等优点，成为多个学科的研究新热点。对应的纳米流体技术是一种在纳米尺度空间对流体进行操控为主要特征的科学技术，随着社会的不断发展与进步，在电化学、海水淡化、DNA测序等诸多领域都会用到纳米流体技术。

整流通常是指在相同的驱动力推动下正向和逆向电流的电流幅值大小不同，传统的宏观整流方法是利用二极管的单向导电性组成半波整流、全波整流或桥式整流等整流电路，然而这些传统的整流手段无法适用于纳米尺度下的逻辑电路中，而且当前工艺手段制造纳米级二极管成本太高，所以利用纳米流体技术设计结构简单的整流器更加经济。

由二级管搭建的整流电路通常会产生谐波，从而产生整流效率下降、电流不稳定等缺点。而本实用新型所述的栅栏式离子电流整流器是通过在的电场作用下利用不对称纳米孔使得纳米通道内的离子积累与消散来产生整流效果，从而克服了谐波所产生的影响，使得这种整流方式在纳米逻辑电路中得到广泛应用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供结构简单合理的栅栏式离子电流整流器，通过不对称纳米孔的离子选择性，使得纳米通道内的离子电流和导电性发生改变，从而达到整流效果，来解决纳米逻辑电路中的整流问题。

本实用新型采用的技术方案是：一种栅栏式离子电流整流器，包括第一离子直通道、栅栏式纳米通道、第二离子直通道；栅栏式纳米通道由第一矩形纳米通

道和第一锥形纳米通道相互连接的长锥型结构，第二矩形纳米通道和第二锥形纳米通道相互连接的长锥型结构，第三矩形纳米通道和第三锥形纳米通道相互连接的长锥型结构，第四矩形纳米通道和第四锥形纳米通道相互连接的长锥型结构并列组成；其矩形纳米通道上端纳米孔与第一离子直通道下端边界相互连接；其锥形纳米通道下端纳米孔与第二离子直通道上端边界相互连接。

所述的栅栏式离子电流整流器的特征在于：当外加电场作用时，阴阳离子在正向电场力的作用下从栅栏式纳米通道向第一或第二离子直通道运动，或在反向电场力的作用下从第一或第二离子直通道向栅栏式纳米通道运动；所述的第一或第二离子直通道为长800nm，宽600nm的矩形，其长宽比为4:3；所述的栅栏式纳米通道为四个并列的长锥型纳米通道，其上半部分为高200纳米，宽120nm的矩形纳米通道；其下半部分为上端为孔径120nm纳米孔，下端为孔径10nm的纳米孔，高为200nm的锥形纳米通道。所述的栅栏式纳米通道中所有的连接处由半径1nm的圆角平滑连接。

本实用新型的收益在于：结构简单，整流效果好，生产成本低且易于实现。当电极处施加负电压时，离子在电场力的作用下向栅栏式纳米通道中运动，在锥形纳米通道中纳米孔的作用下使得阴阳离子在纳米通道中形成富集，进而提高了纳米通道内离子电流且增强了纳米通道的导电性；当电极处施加正电压时，离子在电场力的作用下向第一或第二离子直通道中运动，在锥形纳米通道中纳米孔的作用下使得纳米通道中的阴阳离子被消耗，从而导致纳米通道内离子电流降低且削弱了纳米通道的导电性。当阴阳离子在栅栏式纳米通道中运动时，在矩形纳米通道的作用下离子的受力更加均匀，从而使得纳米通道中的离子电流更加稳定，大大提高了该栅栏式离子电流整流器的整流效果。通过上述结果证实这种新型离子电流整流器具有良好的整流效果，同时在电流稳定性方面表现更加优越，可以通过多个串联的方式来提高整流效率，并且受环境影响小，适合于更广泛的应用空间。

附图说明

图1为栅栏式离子电流整流器结构示意图。

图2为栅栏式离子电流整流器的栅栏式纳米通道结构图。

图中：a为矩形纳米通道的宽，其数值为120nm；b为四个并列纳米通道之间的间距，其数值为20nm；c为孔径10nm的纳米孔；d为矩形纳米通道的长，其数值为200nm；e为锥形纳米通道的长，其数值为200nm；L为该结构的竖直中心对称轴。

图3为外加电压为±0.0005V到±0.001V时栅栏式离子电流整流器的整流比。

具体实施方式

本实用新型利用有限元仿真软件对栅栏式离子电流整流器的模型进行搭建，通过数值计算，进一步证实了该离子电流整流器在实际应用中的可行性及整流方面的高效性。

如图1所示，这种栅栏式离子电流整流器的结构由第一离子直通道、栅栏式纳米通道、第二离子直通道组成；其中第一离子直通道和第二离子直通道之间通过栅栏式纳米通道相互连接；所述的栅栏式纳米通道由第一矩形纳米通道和第一锥形纳米通道相互连接的长锥型结构，第二矩形纳米通道和第二锥形纳米通道相互连接的长锥型结构，第三矩形纳米通道和第三纳米通道相互连接的长锥型结构，第四矩形纳米通道和第四纳米通道相互连接的长锥型结构并列组成。

该离子电流整流器中使用1mol/m³的氯化钾溶液来充当电解质，氯化钾具有在水中完全电离的性质，而且氯离子和钾离子拥有良好的扩散系数，有利于离子在纳米通道内的运输。当第一离子直通道的电极处施加负向电压时，栅栏式纳米通道中的离子受纳米通道壁上的负表面电荷和外加电场力所影响，造成离子在纳米通道中堆积，提高了纳米通道内的离子电流且增强了纳米通道的导电性；当外加电压变为正向电压时，离子由于外部电压产生的电场力与纳米通道壁上的负表面电荷产生的作用下向纳米通道外运动，造成纳米通道内的离子被消耗，从而降低了通道中的离子电流且削弱了纳米通道的导电性。

如图2所示,所述的栅栏式纳米通道是由四个长锥型纳米通道并列组成，每个纳米通道间隔20nm，并且关于竖直中心轴L对称；长锥型纳米通道的优势在于，锥形纳米通道可在电场力的作用下通过上下不对称的纳米孔使得离子在通道内聚集或消耗，从而达到良好的整流效果；矩形纳米通道可以大大提高通道内的离子传输效率，使得通道内的离子电流更加稳定；这种栅栏式纳米通道结构简单，

加工成本低，适用于纳米尺度下电路的搭建。

如图3所示，当外加电压不断变化时，利用电流表测得不同电压下通过该整流器的电流并计算其整流比；图中曲线呈现出一种先上升后下降的趋势，这说明纳米通道离子选择性随电压变化而变化；在不同电压区间内，整流比的上升或下降趋势较为平缓，这由于本实用新型中的矩形纳米通道可以大大提高电流稳定性；电流当外加电压达到7×10^-4V时，此时的整流比到达峰值，其数值为32.15，由此可以看出该离子整流器在纳米尺度下拥有较好的整流效果。

一种栅栏式离子电流整流器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。