基于有限元分析的石英晶体微天平电极结构优化设计

针对某些电极结构会破坏石英晶体微天平厚度切变振动模态单一性的问题,该文提出了基于有限元分析优化设计电极结构的方法.该方法直接对原始问题的机电耦合进行三维分析,计算出更加准确的设计参数.基于有限元分析软件ANSYS10.0对石英晶体微天平进行三维建模,验证了建模的正确性,并对不同电极结构尺寸进行仿真计算,对出现的耦合情况进行了分析,通过实验结果对比,提出较佳电极尺寸结构为厚度100 nm,半径3 mm;为解决金电极能陷效应不够理想的问题,提出在晶片上下表面筑平台的设计,有限元计算结果表明此设计能改善电极区的能陷效应,并且较佳平台高度为9.8 μm.     

The Escherichia coli O157:H7 DNA detection on a gold nanoparticle-enhanced piezoelectric biosensor

This paper presents development of a quartz crystal microbalance （QCM） biosensor for real-time detection of E. coil O157：H7 DNA based on nanogold particles amplification. Many inner Au nanoparticles were immobilized onto the thioled surface of the Au electrode, then more specific thiolated sin- gle-stranded DNA （ssDNA） probes could be fixed through Au-SH bonding. The hybridization was induced by exposing the ssDNA probe to the complementary target DNA of E. coli O157：H7 gene eaeA, then resulted in a mass change and corresponding frequency shifts （ △f ） of the QCM. The outer avidin-coated Au nanoparticles could combine with the target DNA to increase the mass. The electrochemical techniques, cyclic voltammetry （CV） and electrochemical impedance spectroscopy （EIS） were adopted to manifest and character each step. The target DNA corresponding to 2.0×10^3 colony forming unit （CFU）/mL E. coil O157：H7 cells can be detected by this biosensor, so it is practical to develop a sensitive and effective QCM biosensor for pathogenic bacteria detection based on specific DNA analysis. The piezoelectric biosensing system has potential for further applications, such as food safety and environment monitoring, and this approach lays the groundwork for incorporating the method into an integrated system for in-field bacteria detection.     

基于多壁碳纳米管敏感膜的石英微振天平气体传感器敏感特性的研究

多壁碳纳米管（Multi-Wall Carbon Nanotubes，MWCNTs）作为新型的纳米气敏材料被涂覆在石英微振天平（Quartz Crystal Mierobalance，QCM）的表面，依据QCM在干燥空气及被测气体中的频率变化初步探讨了涂覆了MWCNTs的QCM对16mg/m^3甲醛和9．64mg／m^3水蒸汽的敏感特性。     

沸石分子筛修饰用于疾病诊断的QCM气敏传感器

石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance)能将所吸附分子质量的微小改变转换成频率的变化并加以测量,具有灵敏度高,稳定性好,通用性强,工作温度范围大,尺寸小和抗干扰强等优点,是一种很理想的敏感器件．将QCM经沸石分子筛AgZSM-5修饰后,对丙酮气体的频率响应进行了测量,实验数据显示对呼出气体的探测能很好地区分出正常人和糖尿病人,对糖尿病的早期诊断具有一定的意义。     

紫外激光诱导Mn2（CO）10的气相光解离沉积动力学

采用石英晶体微量秤技术研究了紫外激光诱导的Ｍｎ２（ＣＯ）１０气相光解离沉积反应，发现Ｎｎ２（ＣＯ）１０气相母体分子浓度，激光能量密度与光解离沉积速度均呈线性关系。     

盐粒沉降对Zn大气腐蚀的影响

使用石英晶体微天平(QCM)并结合红外透射光谱(IRTS)研究了海洋大气环境和工业大气环境对金属Zn在薄液膜下大气腐蚀的影响.QCM试验表明:研究的几种电解质中,NaCl对Zn的腐蚀最严重,其次是(NH4)2SO4,NaNO3较弱,Na2CO3最轻微.结合红外光谱对腐蚀产物的分析,阐述了各种不同电解质条件下的腐蚀机理.     

直流电弧等离子体法制备镍纳米粉

运用直流电弧等离子体法制得镍纳米粉，并利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和相应选区电子衍射(ED)、BET吸附等测试手段对样品的化学成分、形貌、晶体结构、晶格常数、粒度及其分布、比表面积进行性能表征．结果表明：本法所制得的镍纳米粉的晶格结构与相应的块物质相同，为fcc相结构．平均粒径47nm，粒径20～70nm，比表面积14．23m^2／g，呈规则的球形链状分布，并发现纳米晶体的晶格常数发生膨胀．     

PNA-磁性纳米人工切断试剂定位水解切断DNA

制备了以二氧化硅包裹的磁性纳米粒子（MNPs）为载体，PNA（肽核酸）为识别系统，Ce（Ⅳ）／EDTA配合物为切割系统的PNA-磁性纳米切割试剂．采用TEM对制备的MNPs进行了表征，通过IP—RP—HPLC对切断产物进行了分析．结果表明，该PNA-磁性纳米人工切断试剂可以成功地结合目标DNA，并对其进行定位切断．此外，磁性纳米粒子的引入，使得切断产物的分析更加简单、快捷．     

基于COOH/SBA-15的谐振式氨气传感器气敏性能研究

针对化工生产过程中易出现的氨气泄露等问题,采用共聚法合成了羧基功能化介孔硅材料(COOH/SBA-15),并将其作为敏感材料设计了一种石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)式氨气传感器.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、全自动比表面积和孔隙度分析仪、傅里叶变换红外光谱仪等对敏感材料的形貌和结构进行了表征,并系统地研究了基于COOH/SBA-15的QCM传感器的气敏性能.测试结果表明该传感器对氨气(NH3)的检测限可达到10-6(体积分数),所合成的COOH/SBA-15-2样品对体积分数为20×10-6的NH3响应恢复时间分别为5s和7s.同时,该传感器对NH3具有较高的化学选择性和稳定性,具有较高的实用价值.     

杨树毒蛾核型多角体病毒的形态结构与病毒DNA的限制性内切酶酶谱分析

杨毒蛾核型多角体病毒(Lencoma Salicis nuclear polyhedrosis virus,简称LsNPV)是一种多粒包理型的杆状病毒。在扫描电镜下呈不规则多面体,病毒多角体大小不一致,平均直径为1.2μm。病毒粒子长为215nm直径30～50nm。LsNPV的基因组是一个环状双链DNA。限制性内切酶BglI,SalI分别把病毒DNA酶解为26和24个限制性片段,由片段总和法计算,基因组大小为86.3kb。     

不同体积分数二甲基亚砜对DNA变性的影响

利用原子力显微镜和动态光散射研究不同体积分数二甲基亚砜(DMSO)对质粒及线性DNA变性的影响。结果表明,体积分数1%的DMSO也能导致DNA发生局部变性,这个结果可以用原子力显微镜直接观测。同时,由于质粒DNA连接数的守恒以及DNA单链的产生,通过原子力显微镜和动态光散射发现,DNA随DMSO体积分数的增加逐渐形成超螺旋结构,DNA聚拢程度增加;DMSO体积分数从0增加到10%时,pBR322 DNA、5 000 bp DNA及λ-DNA的平均粒径分别从(474±10) nm、(554±11) nm和(871±17) nm降低到(257±8) nm、(282±18) nm和(449±21) nm。     

胆红素在纳米CdSe表面吸附行为的QCM研究

用石英微天平技术详细研究了胆红素在纳米CdSe晶体表面上的吸附行为.从频率测试中得出的吸附动力学参数约是(1.5±0.32)×106 M-1(平均数±相对误差).此法细致研究了CdSe悬浮液的阻抗性能和压电性能.实验中发现胆红素在CdSe纳米晶上的吸附作用受体系温度、pH和离子强度等因素影响较高温度不利于胆红素的吸收,但随着pH、离子强度和胆红素浓度的增大胆红素的吸附量明显增大.研究表明基于CdSe纳米组装的传感器对胆红素十分敏感.此技术为分析胆红素在CdSe纳米拓扑界面的吸附与解吸机制提供了有效的方法.     

磷酸活化汉麻布活性炭纤维的孔结构

以汉麻布为原料,采用磷酸活化法制备了汉麻布活性炭纤维,并利用低温氮气吸附和密度泛函理论(DFT)对样品的孔结构进行了分析。结果表明,随着活化温度的升高,磷酸活化的汉麻布活性炭纤维的BET比表面积和总孔容都呈现先增大后减小的变化趋势。不同方法计算得到的样品比表面积值呈相同的变化规律。样品的孔分布集中在2 nm以下的微孔范围内,既有极微孔又有超微孔,只有少量中孔,基本没有大孔。所有样品的孔径在微孔范围内都呈现多峰分布,孔径≤1 nm和1~2 nm的范围内分别都出现了2个峰值孔径。微孔孔容基本上随活化温度的升高而增加,而中孔孔容的数值则整体上变化不大。样品表面能量分布较宽,并呈现有多个不连续峰值的多峰分布,宽的孔径分布导致宽的表面能量分布和较多的能量峰值,并使吸附位的种类也随之增多。     

甲壳三糖-g-壳聚糖/累托石纳米复合材料作为基因载体的研究

本文合成了甲壳三糖-g-壳聚糖（TCS），并与累托石插层复合制备纳米复合材料，采用XRD和TEM对其进行了表征。粒径分析结果表明，两种分子量的TCS与pDNA复合物的粒径大小都在75nm左右，而累托石加入后，其粒径都不同程度的增加，最大达到191nm。在PBS中的聚集动力学及琼脂糖凝胶电泳实验发现，高分子量TCS /pDNA复合物较低分子量复合物稳定，而累托石的加入降低了其稳定性。体外转染实验初步表明，甲壳三糖-g-壳聚糖/累托石-DNA复合物能介入肝癌细胞中并表达荧光。该纳米复合材料可作为潜在的非病毒基因载体。     

空心CdS纳米晶的合成及发光性能研究

以氯化镉和硫化钠为原料,在水相体系中合成CdS纳米晶,通过透射电子显微镜观察发现,在100℃下合成的CdS纳米晶具有空心结构,粒径为20～30nm,且壁厚均匀,约为3～5nm;在70℃下合成的CdS纳米晶为实心结构,粒径约为20nm,存在较严重的团聚现象.紫外-可见吸收光谱表明：空心CdS纳米晶的吸收波长与实心CdS纳米晶相比蓝移136.74nm,这表明其禁带宽度增大0.11eV.光致发光光谱表明：空心CdS纳米晶的表面缺陷态发射较实心CdS纳米晶有所增强,这是其存在内表面的结果.     

MTES疏水改性SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料的制备及结构表征

采用原位聚合法,以正硅酸四乙酯(TEOS)为原料、甲基三乙氧基硅烷(MTES)为疏水改性剂,活性炭为载体,制备疏水SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料。采用接触角分析仪、N2吸附法、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对疏水SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料的表面特性和结构进行表征。结果表明:所制备的疏水SiO2气凝胶修饰活性炭复合材料的接触角为156°、比表面积为759.2 m2/g、孔体积为4.38 cm3/g,最可几孔径是32nm,孔径主要分布为1～50 nm,疏水SiO2气凝胶均匀地分散于活性炭表面。     

HKUST-1形貌对QCM甲苯传感器敏感性能的影响

以室温超声法合成了不同形貌的金属有机框架化合物Cu_3(BTC)_2(HKUST-1)的纳米颗粒,并将其制作成石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance, QCM)构建甲苯传感器.利用扫描电子显微镜,透射电子显微镜,X射线衍射仪,全自动比表面积和孔隙度分析仪,傅里叶变换红外光谱仪等对HKUST-1的形貌和结构进行了表征,测试了不同形貌和比表面积的敏感材料对甲苯的传感性能.结果证明不同晶粒尺寸和暴露晶面的HKUST-1对甲苯的敏感性能有明显影响.当形貌从低能晶面的八面体逐渐转变为高能晶面的立方体时,晶体尺寸变小,孔径逐渐增大.在空间位阻效应和吸附热效应的协同作用下,HKUST-1对甲苯气体显示出特异性吸附和敏感性能,其中高能晶面暴露最多的立方体形貌的HKUST-1对体积分数为60×10~(-6)甲苯气体的响应值比八面体样品高出1倍.     

ZnO纳米晶的拉曼光谱

通过溶胶-凝胶法制备了5~31 nm氧化锌纳米晶,测量了它们的拉曼光谱,结果表明二级拉曼模随粒径减小相对强度增大,归因于尺寸效应.新出现的938 cm-1模指认为来自表面氧空位.     

超纯水对溶剂合成纳米TiO_2粒径的调控及其表征

以钛酸四丁酯和甘氨酸为钛源和模板剂,研究超纯水的添加量对溶剂热法合成纳米TiO2粒径的影响,来调控纳米TiO2粒径.并通过SEM、EDS、XRD、FT-IR以及N2吸附-脱附实验对产物进行了形貌、结构及成分的表征.结果表明,SEM表征表明超纯水的添加量对TiO2纳米粒子粒径形成有较大影响,当超纯水的添加量为3.5mL时,制备的纳米TiO2最小粒径小于10nm;EDS表征表明其Ti∶O原子百分比为1∶1.89;XRD表征表明其为锐钛矿型单晶;FT-IR表征表明其含有典型的Ti-O键,且比表面积及孔径分析表明其比表面积和平均孔径分别为109.444m2/g和37.087nm.研究结果证明,通过调节超纯水的添加量可以有效控制TiO2纳米粒子的粒径.     

溶胶凝胶水热法制备TiO2及光催化降解罗丹明B

以EO20PO70EO20(P123)为模板剂,采用溶胶-凝胶-水热法,制备介孔TiO2纳米粉体.利用红外、X射线衍射、紫外漫反射、氮气吸附脱附等手段对样品进行了测试.研究了体系的pH值对材料的晶型的影响,并以染料罗丹明B(RhB)作为模型污染物,考察粉体的光催化能力.结果表明,在酸性条件下可获得粒径为12.7 nm,平均孔径为17.8 nm,孔径分布较宽(5～35 nm),比表面积为68 m2/g的纯锐钛矿型介孔TiO2纳米粉体;而碱性条件下,可获得锐钛矿相和板钛矿相混晶介孔二氧化钛粉体;并且酸性条件下制备的粉体光催化效果较好.