蜻蜓翅脉表面上的微纳米结构和形貌

通过扫描电子显微镜观察了蜻蜓(黄蜻和红蜻)翅脉表面, 发现了令人惊奇的微纳米结构和形貌. 翅脉表面上, 不仅分布着褶皱状波浪形貌, 而且生长着圆锥状纤突; 纤突表面沿母线方向上, 分布着条纹状波浪形貌. 这些奇异的微纳米结构和形貌, 为理解蜻蜓超强的飞行能力提供了启示.     

纳米-微米FeS2晶须微形貌及其生长界面稳定性研究

在前期天然纳米-微米FeS₂晶须研究基础上, 开展晶须微形貌观察研究. 发现不同时期生长FeS₂晶须的密集程度、直径、表面微形貌有明显差别, 从早期到晚期晶须密集程度增加, 直径减小, 表面微形貌呈现出结瘤突出→表面粗糙→表面较光滑→表面平直、光洁的变化规律. 根据晶体生长理论、晶须形成的地质背景和地质作用方式, 分析讨论了耿庄FeS₂晶须结晶生长时期生长界面稳定性及其变化过程. 认为晶须生长早期有负温度梯度和过冷出现, 晚期则是平稳的正温度梯度状态. 晶须生长时期组分浓度经历了早期极不均匀, 中期阶段相对均匀, 晚期较均匀的变化过程. 界面状态变化过程的总体趋势是由不稳定状态向稳定状态转变. 耿庄FeS₂晶须微形貌是热液体系中温度、组分浓度、界面相稳定性的协同作用结果. 晶须微形貌不仅反映出晶须生长时期热液体系的物理、化学特点, 而且对界面相的稳定性特征反映特别明显, 记录了晶须生长界面的变化过程.     

滨海湿地环境中微塑料表面性质及形貌变化

海岸带湿地是微塑料的重要聚集区.目前,对海岸带真实湿地土壤环境中微塑料表面形貌和性质变化研究甚少.本研究选取我国北方温带的黄河口盐沼湿地和南方亚热带的北部湾红树林湿地,以聚苯乙烯发泡和聚乙烯薄膜为受试微塑料对象,通过原位土壤掩埋(地下暴露)和非掩埋(地上暴露)定位试验和定期采样,观察和分析微塑料表面形貌、官能团、比表面积和疏水性等变化,以揭示南北典型生物地理海岸带湿地环境微塑料表面性质及形貌变化特征.在形貌上,南方北部湾红树林湿地中发泡微塑料表面出现更多的凹坑和孔洞,地上暴露的发泡18个月后,表面发生脆化和易脱落现象,而地下暴露的未出现此现象;对于比表面积,黄河口盐沼湿地原位土壤掩埋发泡和薄膜的更高;对于羰基指数,黄河口盐沼湿地土壤环境中发泡和薄膜表面的增长速率更快,地上暴露的微塑料更容易老化;对于表面疏水性,南北两类湿地土壤中掩埋薄膜表面疏水性均降低.对于微塑料类型,发泡和薄膜型微塑料均以大孔和介孔为主,发泡表面形貌更易发生变化,但薄膜比表面积变化更大.可见,滨海土壤环境微塑料表面性质及形貌变化与湿地类型及条件、微塑料种类及其暴露方式和时间等多因素有关,但对这些变化的机理有待深入研究.综上,本研究可为我国海岸带环境微塑料表面微界面化学过程和环境行为研究及其风险管控提供科学依据.     

微尺度下台阶结构对气泡的约束作用及临界失效体积

利用微气泡的特殊性能的微流体器件因其独特的优势而受到越来越多的关注,其中很多情况下,器件功能的实现要求气泡必须被约束住从而可控地生长或收缩.表面张力是微尺度下一种造成气泡偏移的重要因素,对台阶结构阻碍气泡因表面张力而发生偏移的作用进行了研究.制作了底部布置有电极的台阶试件,并进行了水中电解的实验,观察了微气泡的生长过程.实验观察证实了台阶的约束效果,同时也发现了约束失效的现象.在数值模拟和分析的基础上提出了台阶约束的临界失效体积,并针对二维气泡模型给出了临界体积的解析解.使用台阶结构可以通过设计合理的台阶高度来简便地实现对所需体积的气泡的约束.     

氧化亚铁硫杆菌对黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿的生物氧化作用研究

以氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)为实验菌株, 对黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿的生物氧化过程进行了实验研究. 结果表明, 在A. ferrooxidans菌作用下3种硫化物的氧化过程具有不同的特征. 三者的氧化速率存在差异, 即: 磁黄铁矿 > 黄铜矿 > 黄铁矿. 黄铁矿生物氧化过程中pH总体呈下降趋势, 而黄铜矿和磁黄铁矿生物氧化过程中溶液pH则呈先上升再下降的趋势. 由于黄铁矿反应溶液pH较低, 在反应过程中无明显的沉淀作用发生, 而黄铜矿和磁黄铁矿氧化过程中产生了元素硫和黄钾铁矾沉淀. 黄铁矿的平整表面和溶蚀坑中均有细菌吸附, 并且溶蚀坑的形状与细菌外形较相似, 可能是吸附于黄铁矿表面的细菌分泌出的有机酸导致其表面的微区溶解所致. 在黄铁矿表面未发现生物膜形成, 而黄铜矿和磁黄铁矿表面均有生物膜形成. 构成生物膜的A. ferrooxidans菌被胞外聚合物质 (EPS)包裹, 生物膜被沉淀物质所覆盖. 实验结果显示了黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿具有不同的生物氧化过程, 造成这种差异的主要原因可能是矿物自身性质以及反应溶液pH的影响.     

超薄膜生长中各向异性现象的模拟研究

利用扫描隧道显微技术（ＳＴＭ），人们已观察到许多不同生长控制条件下超薄膜生长初期的形貌（分形生长、枝晶状生长和团状生长等）［１］。这些生长形态的形成，是由于生长表面的各向异性、不同温度下增原子在表面的迁移率和增原子沿团簇周界的迁移率等因素共同作用的结...     

生长压力对GaN薄膜生长速率和结构特性的影响

研究了生长压力对金属有机物化学气相淀积技术在蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜的生长速率、表面形貌和结晶质量的影响. 研究结果表明, 随着反应室压力由2500 Pa增加到20000 Pa, GaN薄膜表面逐渐粗化, 生长速率逐渐下降. 粗糙的表面形貌与初始高温GaN成核岛的特征密切相关. 初始高温GaN生长阶段采用高压条件, 因低的吸附原子表面扩散率而容易形成低密度、大尺寸的GaN岛. 这些GaN岛推迟了二维生长过程的出现, 降低了薄膜的生长速率. 同时, 这些低密度、大尺寸的GaN岛在此后生长合并过程中产生较少的线位错, 从而降低了GaN薄膜X射线摇摆曲线的半高宽.     

滨海河口潮滩中微塑料的表面风化和成分变化

微塑料作为新兴环境污染物日益受到关注,但对真实环境中不同类型微塑料的表面形貌、成分及其变化了解甚少,相应的方法学研究多处于探索阶段.本研究以受人类活动强烈影响的黄渤海沿岸河口潮滩为对象,运用多种显微技术和微分析方法,研究了微塑料类型、表面形貌及其成分变化.采用光学显微镜和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)分析表明,潮滩环境中微塑料除了碎片、纤维、薄膜等形貌类型外,还存在发泡类和树脂类颗粒.表面呈现不同形状和大小的皱褶、微孔、裂纹或凸起等,可能受到了机械摩檫、化学氧化或生物侵蚀等作用.运用衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪(attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy,ATR-FT-IR),在分析微塑料聚合物成分的基础上,鉴定出潮滩环境中微塑料表面具有羧酸、醛、酯或酮类等含氧官能团.通过裂解气相色谱-质谱(pyrolysis gas chromatography-mass spectrometry,pyr-GC-MS)不仅鉴定出纤维类微塑料是聚乙烯与聚丙烯共混聚合物,还观测到发泡类风化表层与剥离风化表层后的内部之间的成分差异,其中,油酸腈、芥酸酰胺、ɑ-N-去甲基美沙醇、1,1-二苯基-螺[2,3]-己烷-5-羧酸甲酯、棕榈酸十八酯和棕榈酸十六酯等含氧、含氮化学物为风化表层特有,进一步证实了河口潮滩环境中微塑料表面含氧物质的存在.由此可见,环境中微塑料表面在风化的同时还发生了成分的变化.未来应关注海岸和海洋中微塑料的表面变化过程和生态环境效应研究.     

豫西祁雨沟金矿单颗粒和碎裂状黄铁矿Rb-Sr等时线定年

对黄铁矿开展Rb-Sr同位素测年可以获得直接的成矿年龄, 但目前成功率较低. 找出影响黄铁矿Rb-Sr同位素体系的地质因素是改进和应用该方法的关键之一. 采用超低本底Rb-Sr同位素测定方法, 对取自豫西祁雨沟金矿4号角砾岩筒中的黄铁矿开展测年研究. 结果表明，结晶好、裂隙不发育的单颗粒黄铁矿给出了Rb-Sr等时线年龄(126±11) Ma, 代表了主成矿期的时代. 碎裂的或含细粒集合体的黄铁矿未能给出合理的等时线年龄. 晶体形貌及包裹体研究揭示Rb和Sr可能主要赋存于黄铁矿中的黑云母、钾长石和绢云母包裹体中, 碎裂状黄铁矿在后期流体作用下容易使Rb-Sr同位素体系受到扰动, 不利于开展Rb-Sr定年研究.     

金属包膜的结构与铁基触媒合成金刚石的生长

利用透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）研究了金属包膜的微观结构和表面形貌。结果：表明，石墨在包膜内完成了结构的转变，但不是金刚石结构；在靠近金刚石的内层包膜内发现γ-（Fe,Ni）的（11^-1^-）晶面与Fe3C的（100）晶面平行；包膜表面有锯齿状的AFM形貌，这与所对应的金刚石表面形貌相吻合。结合上述的平行关系和锯齿状形貌分析认为，Fe3C可能在金刚石生长过程中是一过渡相，γ-(Fe,Ni)吸引层状碳原子集团从Fe3C中脱溶，然后堆积在金刚石上。     

电沉积制备钯微/纳米结构材料

利用准二维电沉积法, 通过控制不同浓度的PdCl2溶液和沉积电压, 在硅衬底上制备出了钯微/纳米结构材料, 分别用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对沉积物的形貌和结构进行了表征. 结果表明, 随着溶液浓度和沉积电压的不同, 沉积物呈现出准阵列、“树枝”状和膜状三种形貌, 溶液的离子浓度和生长电势对于沉积物形貌具有决定性的影响, 这些钯微/纳结构材料均由钯纳米颗粒构成, 属于面心立方结构.     

外围全氟取代的1, 3, 5-三苯乙烯基苯: 真空沉积膜的表面形貌与疏水性能

报道了全反式-1, 3, 5-三(2′, 3′, 4′, 5′, 6′-五氟苯乙烯基)-苯(TPFSB)的合成及其真空沉积膜的性能. 原子力显微镜(AFM)观测发现, 真空沉积在石英衬底上的TPFSB薄膜的表面形貌依赖于薄膜厚度, 厚度小于30 nm时, 薄膜呈现孤岛状生长模式; 当厚度大于30 nm时, 衬底表面大部分被覆盖, 表面形貌呈现微纳米镶嵌的等级结构. 当薄膜厚度从40 nm增大到100 nm, 衬底温度从30℃升高到70℃时, 这种等级结构保持不变, 表现出良好的形态稳定性. 在50 nm厚的薄膜表面, 10 mg水滴的接触角为149°, 证明薄膜具有优良的疏水性能.     

电沉积时间对SiO2-ZnO复合光子晶体形貌及光学特性的影响

采用垂直沉积法成功制备了SiO₂光子晶体薄膜. 以SiO₂光子晶体薄膜做模板, 采用电沉积和烧结处理在ITO基底上制备了SiO₂-ZnO复合光子晶体. 利用扫描电子显微镜观察了SiO₂光子晶体模板及不同沉积时间所制备的SiO2-ZnO复合光子晶体薄膜形貌. 研究发现, 当沉积时间较短时, ZnO颗粒随机生长在SiO₂微球表面. 随着沉积时间的延长, ZnO颗粒均匀地生长在SiO₂微球表面, 以至于ZnO颗粒完全掺入模板的间隙. 对所制备的光子晶体薄膜进行反射谱测量, 发现在膜法线方向上, 光子晶体薄膜有光子带隙的出现.     

大面积鲨鱼皮复制制备仿生减阻表面研究

对水下低阻动物坚硬表皮形貌进行直接复制以成形出比较接近生物原型的仿生减阻表面, 是生物复制成形工艺应用于仿生减阻表面研究的新尝试. 以鲨鱼皮为生物复制模板, 采用热压印法对其外端形貌进行了大面积微复制, 进而拼接制备出了仿鲨鱼减阻蒙皮. 平板样件水筒阻力试验结果表明, 采用生物复制成形工艺制备出的仿鲨鱼减阻表面具有明显的减阻效果, 在试验工况内, 最大减阻率达到8.25%.     

喷砂-电刷镀制备疏水耐腐蚀复合结构

采用喷砂-电刷镀相结合的方法,在碳钢表面制备出具有疏水耐腐蚀性能的微-纳复合结构.在最佳工艺参数下,获得接触角达到149.3°±2.5°的疏水表面.对喷砂-电刷镀相结合制备试样表面形貌、接触角以及耐腐蚀性进行表征.结果表明:喷砂与电刷镀结合工艺构筑的表面复合结构具有优异的疏水特性和良好的耐腐蚀性,且试样表面的平均腐蚀电流密度下降1~2个数量级,腐蚀电位也均有所提高.可见,通过在碳钢表面设计喷砂-电刷镀结合工艺构筑微-纳复合结构可以获得优异疏水耐腐蚀特性.     

硅纳米孔柱阵列及其表面铜沉积

采用水热腐蚀技术制备了硅纳米孔柱阵列(silicon nanoporous pillar array, Si-NPA), 并以此为衬底通过浸渍沉积制备出一种具有规则表面结构的铜/Si-NPA纳米复合薄膜(Cu/Si-NPA). 形貌和结构分析表明, Si-NPA是一个典型的硅微米/纳米结构复合体系, 它具有三个分明的结构层次, 即微米尺度的硅柱所组成的规则阵列、硅柱表面密集分布的纳米孔洞以及组成孔壁的硅纳米单晶颗粒. 研究发现, Cu/Si-NPA在形貌上保持了Si-NPA的柱状阵列特征, 薄膜中铜纳米颗粒的致密度随样品表面微区几何特征在柱顶区域和柱间低谷区域的不同而交替变化, 并形成一种准周期性结构. 上述实验现象被认为来源于铜原子的沉积速度对Si-NPA表面微区几何特征的选择性. Si-NPA可以成为合成具有某些特殊图案、结构和功能的金属/硅纳米复合体系的理想模板.     

表面具有非交联结构糖蛋白识别位点的分子印迹聚合物微球的可控制备

将原子转移自由基沉淀聚合技术、表面锚定糖蛋白策略及表面引发的可控自由基聚合方法相结合,发展了一种简便高效地制备表面具有(由亲水性聚合物刷形成的)非交联结构糖蛋白(卵清蛋白(OVA))识别位点的分子印迹聚合物(MIP)微球的新方法.对所得具有不同非交联印迹壳层厚度的MIP微球的形貌、化学结构、表面亲水性及模板吸附性能进行了系统研究.结果表明,该方法可高效制备在水溶液中对OVA具有优异识别性能的MIPs.随着MIP微球表面亲水性聚合物刷的引入,其表面亲水性与水相分散稳定性明显提高;同时亲水性聚合物刷的长度亦对MIPs的模板吸附性能有显著影响:只有当亲水性聚合物刷长度与OVA粒径加上微球表面修饰的苯硼酸基的总长度相近时, MIP微球对OVA的吸附容量与专一性吸附方能达到最优;此外,该MIP还具有良好的OVA选择性.     

吉林省南部元古宇内陨石消融型高铬铁宇宙尘的成分与形貌特征

在吉林省南部无古宇石英岩的人工重砂样品中发现磁性铁质微球粒首批44粒,具有陨石消融型宇宙尘的典型特征.一般特征 微球粒的粒度,最小粒径0.01mm,最大粒径2.35mm,一般粒径0.2～0.3mm.微球粒的形貌可分为:(1)圆球体,较普遍;(2)椭球体,包括椭球体、纺缍体、卵圆体、葫芦形和水滴形等;(3)连球体,较常见;(4)扭曲体;(5)不规则碎片或残缺球粒微球粒表面普遍被熔壳包裹,黝黑色至灰黑色,部分球粒呈棕黄色,风化表面呈褐红色粉末,有的局部附着琥珀黄色橄榄石,熔壳表面一般比较平整,有的具乳头状排气孔,有的具扭曲纹,有不少微球粒熔壳局部脱落,露出壳层结构,第二层表面具金属光泽.微球粒不透明,强磁性,熔壳呈暗淡光泽,双连球具磁极性.微球粒的硬度大于玻璃.     

用模板法制备取向Si纳米线阵列

用化学气相沉积（CVD）技术，在阳极氧化铝模板的有序微孔内，制备了高度取向的多晶Si纳米线阵列。用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）分别观察了模板及Si纳米线阵列的表面，断面形貌及单根Si纳米线的显微结构，用X射线衍射仪（XRD）分析了Si纳米线阵列的晶体结构。此方法制备出的Si纳米线阵列生长方向高度有序，直径和长度易于控制、较少发生周期性不稳定生长而产生的弯曲和缠绕现象，相对其他方法具有工艺简单、成本低、可控性强、易实现大面积生长等优点。     

Cu-ZN-Al合金贝氏体中台阶存在的普遍性

Cu-Zn-Al合金贝氏体α_1相的台阶结构已经报道,台阶处的等厚条纹证实了其存在的客观性,表明该相变属扩散控制的台阶生长机制.然而,亦有文献报道α_1片的生长具有明显的切变行为.因此,该合金系贝氏体中存在的台阶结构究竟是一种偶然现象还是具有普遍意义便成为关系其相变机制的