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PNP类模型的数值算法和应用研究
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  2021-1-7

PNP类模型的数值算法和应用研究(卢本卓、张林波等)

发展了PNP相关模型的一些新的有效数值算法,特别是稳定化和初始化方法,包括:提出了基于reduced-models(约化模型)的求解PNP方程组的三种初值给定方法,数值验证了它们的有效性,其中一种约化模型的结果还可以作为PNP模型在低电压条件下的一类线性近似,文章发表在一区顶刊杂志J. Comput Phys 上;提出了一种结合SUPG和IP(interior penalty)的稳定化有限元方法SUPG-IP FEM,相比单独的SUPG或IP方法显著提高了PNP数值解的稳定性,文章发表在一区杂志 Applied Mathematics Letters上;与合作者发展了求解含时稳态PNP的解耦两网格方法,发表在Numerical Algorithms上,以及非线性PNP模型的超收敛的梯度恢复方法,文章发表在Advances in computational mathematics 上等。

应用小组发展的PNP类模型计算软件,与实验小组合作进行了多孔仿生膜盐差能量转换的仿真研究,发表了三篇一区顶刊文章,同时也承担了科工局的科学“挑战专题”项目,针对“卡脖子”的一类芯片仿真技术开发了半导体器件及其辐射损伤效应的自主可控数值仿真软件系统并进行了仿真应用研究,出版了一期中文专刊。其中,与实验组合作设计和模拟研究了具有高效盐差能量转换效率的仿生膜材料,对象包括仿生凝胶复合膜、仿生三维互通纳米通道水凝胶膜和带电多孔非对称膜系统,发现非对称膜、水凝胶膜的空间带电特性和三维互通结构,可提高离子电导,同时具备优异的离子选择性,在盐差能转换领域表现出巨大的潜力,三篇研究论文分别发表在该领域的三个顶刊杂志上:Nano Energy (影响因子>20), Nano Lett. (IF >10), 以及ACS Cent. Sci. (IF>10);半导体器件仿真方面,组织出版了《数值计算与计算机应用》杂志专刊“半导体器件及其辐射损伤效应数值模拟方法与软件”,录用发表了本小组相关研究工作的三篇中文文章,包括一篇三维模拟软件系统的文章“3Ddevice: 半导体器件及其辐照损伤效应仿真软件系统”。

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. (影响因子 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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