本文的研究内容有两部分,分别是基于双壁碳管的水泵设计和碳管阵列中水渗透的分子动力学模拟。虽然许多学者在纳米尺度下水分子输运领域的研究作出了很多努力,但要实现水分子在纳米通道中稳定高通量的单向流仍是一个难题。水分子在纳米通道中的传输对于纳米流器械的设计至关重要。碳纳米管由于其独特的结构特性,是水分子输运纳米通道的重要候选者之一。我们以(5,5)@(10,10)和(6,6)@(11,11)双壁碳管作为基本单元,设计了纳米水分子泵(图5.6),其中双壁管的内管作为水分子通道被固定,拉动外管作为单向高通量水分子流的驱动源。分子动力学模拟的结果表明：(1)水通量受外管拉动速度v的影响。随着拉速v的增加,水分子通量先增大后减小。且(5,5)@(10,10)和(6,6)@(11,11)都在v为0.10A/ps时有最大水通量80.65ns-1和137.10ns-1；在同样的拉速v下,(6,6)@(10,10)水泵比5,5)@(9,9)水泵的通量高。(2)外管被拉动时,内管中的水分子轴向密度分布变化明显,峰值增多,密度分布更趋向均匀,说明外管被拉动时,水分子运动更流畅。(3)水分子在碳管内的输运过程中,会出现分子偶极矩翻转,我们发现水分子偶极矩分布曲线的两个峰值相差大时,对应的水分子通量也越大。这些发现为实现无渗透压或静水压力梯度情况下水分子的输运提供了依据。在水分子渗透碳纳米管阵列方面。对几个碳管间距不同的阵列模型的计算结果表明,碳管间距(3.0A)过小时,水分子无法通过碳管间隙,当碳管间距增加到一定值(3.4A)时,碳管间隙内会有一条水分子链,继续增大到一定值(7.0A),每个碳管都会被一层水分子包裹。碳管间距改变时,不仅碳管外部水分子密度分布不同,碳管内部也有明显差异,随着碳管间距的增加,碳管内的第一层水分子的位置会向管壁靠近。由于碳管间距不同时,碳管间隙中的水分子分布位置不同,因此水分子偶极矩取向也不一样,而碳管间距为3.4A时,碳管间隙中的水分子排列结构和(5,5)和(6,6)管中的水分子结构类似。另外统计比较了不同碳管间距,水分子的平均轴向速度,结果表明：首先,随着碳管间距的增大,碳管内和碳管间隙或碳管外部水分子的平均速度都增大,且碳管内的水分子速度比碳管间隙或碳管外部水分子的大；其次,随着碳管间隙的增大,碳管内部和碳管间隙或碳管外部水分子的速度越来越接近,在碳管间隙增加到很大(单根碳管系统),碳管内外水分子速度已无明显差别。