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PNP類模型的數值算法和應用研究(盧本卓、張林波等)
2021-01-05 | 編輯:

  發展了PNP相關模型的一些新的有效數值算法,特別是穩定化和初始化方法,包括:提出了基于reduced-models(約化模型)的求解PNP方程組的三種初值給定方法,數值驗證了它們的有效性,其中一種約化模型的結果還可以作為PNP模型在低電壓條件下的一類線性近似,文章發表在一區頂刊雜志J. Comput Phys 上;提出了一種結合SUPG和IP(interior penalty)的穩定化有限元方法SUPG-IP FEM,相比單獨的SUPG或IP方法顯著提高了PNP數值解的穩定性,文章發表在一區雜志 Applied Mathematics Letters上;與合作者發展了求解含時穩態PNP的解耦兩網格方法,發表在Numerical Algorithms上,以及非線性PNP模型的超收斂的梯度恢復方法,文章發表在Advances in computational mathematics 上等。 

  應用小組發展的PNP類模型計算軟件,與實驗小組合作進行了多孔仿生膜鹽差能量轉換的仿真研究,發表了三篇一區頂刊文章,同時也承擔了科工局的科學“挑戰專題”項目,針對“卡脖子”的一類芯片仿真技術開發了半導體器件及其輻射損傷效應的自主可控數值仿真軟件系統并進行了仿真應用研究,出版了一期中文專刊。其中,與實驗組合作設計和模擬研究了具有高效鹽差能量轉換效率的仿生膜材料,對象包括仿生凝膠復合膜、仿生三維互通納米通道水凝膠膜和帶電多孔非對稱膜系統,發現非對稱膜、水凝膠膜的空間帶電特性和三維互通結構,可提高離子電導,同時具備優異的離子選擇性,在鹽差能轉換領域表現出巨大的潛力,三篇研究論文分別發表在該領域的三個頂刊雜志上:Nano Energy (影響因子>20), Nano Lett. (IF >10), 以及ACS Cent. Sci. (IF>10);半導體器件仿真方面,組織出版了《數值計算與計算機應用》雜志專刊“半導體器件及其輻射損傷效應數值模擬方法與軟件”,錄用發表了本小組相關研究工作的三篇中文文章,包括一篇三維模擬軟件系統的文章“3Ddevice: 半導體器件及其輻照損傷效應仿真軟件系統”。 

  1.Qianru Zhang, Sheng Gui, Hongliang Li, Benzhuo Lu, Model reduction-based initialization methods for solving the Poisson-Nernst-Plank equations in three-dimensional ion channel simulations, J. Computational Physics, 419: 109627, 2020 

  2.Qin Wang, Hongliang Li, Linbo Zhang, Benzhuo Lu, A stabilized finite element method for the Poisson–Nernst–Planck equations in three-dimensional ion channel simulations, Applied Mathematics Letters, 111: 106652, 2021 

  3.Shuhua Hou, Qianru Zhang, Zhen Zhang, Xiangyu Kong, Benzhuo Lu, Liping Wen, Lei Jiang, Charged porous asymmetric membrane for enhancing salinity gradient energy conversion, Nano Energy, 79:105509, 2021. (影響因子 IF>20) 

  4.Weipeng Chen, Qianru Zhang, Yongchao Qian, Weiwen Xin, Dezhao Hao, Xiaolu Zhao, Congcong Zhu, Xiangyu Kong, Benzhuo Lu, Lei Jiang, and Liping Wen, Improved Ion Transport in Hydrogel-Based Nanofluidics for Osmotic Energy Conversion, ACS Cent. Sci. 6, 2097-2104,2020. (IF>10) 

  5.Weipeng Chen,⊥ Qin Wang,⊥ Jianjun Chen, Qianru Zhang, Xiaolu Zhao, Yongchao Qian, Congcong Zhu, Linsen Yang, Yuanyuan Zhao, Xiang-Yu Kong, Benzhuo Lu, Lei Jiang, and Liping Wen, Improved Ion Transport and High Energy Conversion through Hydrogel Membrane with 3D Interconnected Nanopores, Nano Lett. 20: 5705-5713, 2020 (IF>10) 

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