无机膜——新的工业革命

无机膜(陶瓷、玻璃、金属及其复合材料膜)与已经广泛商品化的高聚物膜相比,由于耐高温、化学稳定、耐腐蚀、力学强度高、结构稳定和易于再生,因而更适于高温或其他恶劣环境下的技术应用,特别是生物技术、石油化工膜反应器、高温气体分离等方面,有人预料无机膜技术的发展将引起—场新的工业革命.以最为吸引人的高温气体分离和膜反应器为例,其工业应用前景到底如何呢?在走向成功的道路上,材料科学与工程学家们面前的任务是什么呢?     

钯金属/陶瓷复合膜制备:化学镀新过程

膜材料与膜过程在高技术产业中日益发挥重要的作用,因而成为现代材料学与技术研究的重要内容之一.从化学的角度看,膜材料可以分为无机膜和有机膜.与有机膜相比,无机膜具有良好的高温稳定性和表面可修饰性,可应用于高温化学过程,如高温气体分离和催化反应.钯金属膜对氢具有选择透过作用.钯金属管已应用于氢气纯化.80年代后,钯金属复合膜应用到加氢或脱氢膜反应器的研究中,通过膜反应可以提高平衡反应的转化率,或者改善复杂反应的目标产物选择性.蒸镀、等离子体溅射、高温热喷、化学气相沉积和化学镀已被用来制备钯金属复合膜.本文报道用化学镀新过程制备钯金属/陶瓷复合膜.一般的化学镀过程有2个主要阶段:目标衬底的活化及金属的化学自催化沉积.在传统的化学镀过程中,用氯化锡和氯化钯溶液先后浸渍目标衬底,二价锡将二价钯还原为金属钯,在目标衬底上形成许多金属钯核,这些钯核成为其后钯沉积的催化活性中心,这个过程叫目标衬底的活化.本文报道的化学镀过程是用溶胶-凝胶方法活化目标衬底.与传统的化学镀过程相比,化学镀新过程避免了杂质锡,并且可以使钯仅沉积在目标衬底的特定面上.用新过程制得的金属膜纯度较高、致密性好.     

CO2稳定的双相混合导体透氧膜材料的研究进展

混合导体透氧膜在高温条件下(特别是温度高于700℃)是一种同时具有氧离子和电子混合传导性能的无机致密陶瓷膜.由于此类膜材料在中高温条件下不仅可以清洁、高效、经济地从空气或者其他含氧气氛中高选择性地分离氧气,同时还具有一定的催化活性,所以这类氧离子和电子混合传导膜在纯氧制备、燃料电池、甲烷部分氧化制合成气、富氧燃烧等方面有着巨大的应用潜力,相关研究也成为材料及化工等领域研究学者关注的焦点.为了找到既具有高透氧性能又具有优异稳定性能的透氧膜材料,研究人员做了大量的工作和努力.本文对近年来CO_2稳定的双相混合导体透氧膜材料的研究进展进行系统的综述,简单介绍了双相混合导体透氧膜的透氧机理,分析了双相透氧膜材料的制备方法、几何形状、烧结温度以及组成成分等对透氧性能及稳定性的影响,介绍了双相混合导体透氧膜膜反应器在甲烷部分氧化制备合成气、耦合反应、水分解及富氧燃烧中的应用.最后分析了目前存在的科学问题,并对CO_2稳定的双相混合导体透氧膜材料未来的发展进行了展望.     

光电双活性偶氮苯自组装单分子膜的设计

具有光化学和电化学活性的有机分子在功能器件开发方面具有潜在的应用前景 偶氮苯衍生物是典型的化合物之一,如图1A所示,它具有光致顺反异构化和电化学氧化还原反应的双重活性.利用偶氮苯衍生物有序分子组装体系的光电化学性质,我们提出了“单向循环”的新型信息存储原理.在过去的工作中,我们利用Langmuir.Blodgett技术将偶氮苯长链脂肪酸衍生物分子固定在ITO导电玻璃上而形成高度有序的单分子膜.由于偶氮苯衍生物分子是物理吸附在基底上,在反复进行光化学及电化学测试过程中,常常脱落到电解质溶液中,从而造成单分子膜的脱落;同时偶氮苯从反式到顺式过程伴随着空间的增大,因此在致密有序的LB膜中顺反异构化效率较低.我们利用自组装技术将偶氮苯衍生物通过与基底的     

膜生物反应器去除污水中病毒的试验研究

针对中水回用中可能存在的病原微生物对人体健康的风险, 采用重力出流式膜生物反应器对生活污水的处理效果进行系统的考察. 研究结果表明: 膜生物反应器工艺不仅能有效降低COD,NH₄⁺-N, 浊度等; 而且能有效去除污水中的病毒. 0.22和0.1 μm两种孔径膜对T4噬菌体的去除效果表明, 采用这两种孔径的膜组件的膜生物反应器对病毒的去除效果没有显著差别, 去除率在同一数量级上, 对病毒的去除率都大于5.5 lg. 进一步的研究发现: 对于0.22 μm的膜组件, 膜表面的滤饼层和凝胶层在病毒的截留中起了重要的作用; 0.1 μm膜组件主要依靠膜自身完成对病毒的截留.     

利用红外热像研究不同浓度腐蚀液中GaAs的反应启动时长

提出了一种测定材料湿法刻蚀启动时长的红外热成像新方法. 该方法的实质是利用反应启动时必然有化学热吸收或释放, 从而引起材料表面液膜温度变化这一特点, 通过红外热成像实时监测系统, 采集液膜温度变化过程的红外热像, 从而判断反应启动时长. 实验发现, 2 mm宽线形液膜是较为理想的监测对象, 因其同时具备温度变化信息和空间分布信息, 可以将线形液膜中心作为理想的观测特征点; 由滑动液滴形成残留线形液膜可以得到超浅液膜, 温度变化灵敏度高, GaAs竖直放置, 可以避免液膜重力对启动时长的影响, 获得更为准确的监测数据. 在本实验条件下, 由线形液膜的横向剖面灰度变化得到GaAs材料与H2SO4:H2O2:H2O(= 5:1:50和15:3:50)腐蚀液的反应启动时长分别约为0.2 s和0.3~0.4 s之间. 该方法的提出, 对于快速刻蚀技术以及固-液吸附等性能研究均具有重要价值.     

电泳法在致密金属表面合成A型分子筛膜

采用电泳法在致密金属表面合成了A型分子筛膜; 采用XRD和SEM方法表征了膜的性质; 研究了电位大小对合成A型分子筛膜的影响, 提出了在电场中分子筛膜的生长机理. 结果表明, 在电场力的作用下, 反应液中带负电的分子筛粒子均匀、快速地迁移到阳极金属表面形成分子筛膜, 因而可以快速地在致密金属表面合成均匀、致密的分子筛膜. 电位大小对分子筛膜合成有重要影响, 当外加电压为1 V时, 致密金属表面可以合成非常均匀、致密的A型分子筛膜.     

高稳定性、高量子产率CsPbBr_3@CsPb_2Br_5纳米晶体的可控合成及性能

近年来,全无机铅卤钙钛矿材料(CsPbX_3)因其优异的光学性能和相对于有机-无机杂化钙钛矿更好的稳定性等优势,从各类钙钛矿中脱颖而出,成为当前最具潜力的光电材料之一.本研究从提高全无机铅卤钙钛矿的稳定性出发,从材料的合成入手,采用创新方法:伪包晶法,利用溶液中的包晶反应实现对CsPbBr_3钙钛矿的同元素表面修饰;通过合理控制反应物的配比,制备出表面均匀分布CsPb_2Br_5相的CsPbBr_3@CsPb_2Br_5复合型钙钛矿.复合材料中同元素CsPb_2Br_5相的存在降低了CsPbBr_3的表面缺陷浓度,并对CsPbBr_3相起到一定的保护作用,提高了CsPbBr_3钙钛矿的发光和稳定性能.     

沸石分子筛膜的合成

分子筛膜具有优良的反应和分离性能, 可用于高温、高压等苛刻环境, 在膜分离和膜反应等过程中的应用潜力巨大. 迄今为止, 已有多种分子筛膜的制备方法, 包括聚合物嵌入法、原位水热晶化法和二次生长法等. 与原位方法相比, 二次生长法更容易操作, 对晶体取向、微孔结构和膜厚等方面的控制优势明显, 而且重复性也有大幅度提高. 本文总结了分子筛膜的合成方法, 特别着重于最具使用潜力的二次生长法, 对目前存在的晶体取向、缺陷以及晶粒层数等热点问题进行了分析和论述, 提出了分子筛膜制备过程中需要进一步解决的关键问题, 有助于提高分子筛膜制备技术的水平.     

原位生长的纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜对Q235钢保护性能的研究

用化学方法在Q235钢表面原位制备了纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜,利用动电位极化曲线和交流阻抗谱等电化学测量技术,考察了纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜的电化学性能,评价了在0.25mol/LNa2SO4水溶液中纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜对Q235钢的保护作用,并根据两种膜的化学特性和结构特点,确立了相应的腐蚀历程.研究表明,原位生长在Q235钢表面的纯γ-FeOOH锈膜因参与阴极反应而促进了膜下基材的腐蚀,对基材无保护作用;原位生长在Q235钢表面的纯α-FeOOH锈膜为多孔结构,并具有较高的阴极反应活性,腐蚀过程受电解质在多孔膜中的扩散过程控制,锈膜亦参与了腐蚀反应,促进了膜下基材的腐蚀,对基材无保护作用.     

催化色谱动力学——Ⅱ.线性不平衡色谱时反应物及反应产物的保留时间

我们将在本文中讨论当反应物吸附、脱附速率有限时,反应物和反应产物的流出色谱。设所讨论的过程满足下列条件: 1.在色谱过程中进行着A→B类型的一级不可逆催化反应。 2.反应物和反应产物的浓度均在其吸附等温     

Nb/Si多层膜中晶态硅化物的第一形成相

近几年,由于硅化物的形成问题在电子器件的应用和基础研究中具有重要的地位,尤其是第一晶态相的形成问题,使它始终是本领域科学工作者的研究方向,金属/硅多层膜中的固相反应已经被广泛地研究,虽然有很多关于金属/硅多层膜固相反应的理论和模型,但界面反应过程中如何预测第一相的形成仍有许多问题没有解决,硅化物第一相的形成问题是当前固相反应研究的前沿问题,虽然在Nb-Si二元平衡相图中存在着其他晶态相,到目前为止,在关于Nb/Si固相反应的研究报告中只有NbSi_2相在较高的退火温度下形成,实际上,虽然热力学参数可以给出固态反应的反应趋势,但在许多金属/硅多层膜中首先形核长大的相不是自由能最小的晶态硅化物相,也就是说,决定首先形核长大相的不一定是通常的热力学因素,动力学因素也起重要作用.本文讨论了不同沉积温度条件下Nb/Si多层膜的初始相形成和相选择问题,采用高分辨透射电子显微镜和X射线衍射研究界面反应,利用动力学和热力学因素解释Nb/Si多层膜的固相反应过程中晶态硅化物的第一形成相问题.     

原位生长的纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜对Q235钢保护性能的研究

用化学方法在Q235钢表面原位制备了纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜, 利用动电位极化曲线和交流阻抗谱等电化学测量技术, 考察了纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜的电化学性能, 评价了在0.25 mol/L Na2SO4水溶液中纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜对Q235钢的保护作用, 并根据两种膜的化学特性和结构特点, 确立了相应的腐蚀历程. 研究表明, 原位生长在Q235钢表面的纯γ-FeOOH锈膜因参与阴极反应而促进了膜下基材的腐蚀, 对基材无保护作用; 原位生长在Q235钢表面的纯α-FeOOH锈膜为多孔结构, 并具有较高的阴极反应活性, 腐蚀过程受电解质在多孔膜中的扩散过程控制, 锈膜亦参与了腐蚀反应, 促进了膜下基材的腐蚀, 对基材无保护作用.     

紫膜Langmuir-Blodgett膜中菌紫质的光电压

80年代生物分子电子学和生物计算机的研究蓬勃兴起,嗜盐菌紫膜蛋白菌紫质由于其结构稳定,具有光驱动质子泵功能、双稳态特性以及皮秒到毫秒级的光电响应特性,使其成为目前国内外关注的研究生物分子电子器件的理想材料之一,应用前途是发展生物分子器件和生物芯片等.由于紫膜具有不对称性而菌紫质的光驱动质子泵具有方向性,因而必须有序组装而且可以有序组装.紫膜Langmuir-Blodgett(LB)膜是这种有序     

偏压对金刚石膜成核过程的影响

金刚石膜与天然金刚石类似,具有许多优异的特性,可广泛用于机械、光学和电子等领域.目前已用各种CVD技术制备出了可供实际应用的金刚石膜.这些技术遇到的一个主要问题是怎样提高成核密度和质量.特别是在异质衬底材料(如Si)上如何控制核化密度和貌相,从而达到异质外延生长金刚石膜.为了实现这一目的人们采取了各种方法和措施,如在沉积膜前对Si衬底进行划痕或在金刚石粉末溶液中进行超声波处理;用化学腐蚀或沉积非晶碳过渡层等.最近研究发现,对衬底加负偏压可大大提高成核密度.在微波等离子体CVD法中对衬底加负偏压后,在不经任何处理的抛光Si片上金刚石成核密度达10~(10)cm~(-2).并且利用此方法已成功地在Si衬底上实现了异质外延或织构生长金刚石膜.然而至今对热灯丝CVD法沉积金刚石膜中加负偏压增强成核密度研究的还不多.本文对热灯丝CVD负偏压法增强成核问题进行了实验研究,并对其结果进行了讨论.热灯丝CVD法沉积金刚石膜装置同文献[3]中的一样,衬底材料是Si(100),首先对硅衬底分别在丙酮和乙醇中分别进行超声处理,然后在50%HF溶液中腐蚀2min,去除天然氧化硅,接着用去离子水冲洗数次,最后用甲醇超声处理烘干后放入反应室中抽真空以备实验.沉积条件为衬底温度850℃,灯丝温度2000～2400℃,甲烷浓度(CH     

溶剂辅助聚合物微成型

微成型技术在高分子微图案的制备和功能器件开发中十分重要. 溶剂辅助微成型是通过在聚合物薄膜内引入溶剂来溶胀或溶解聚合物, 降低聚合物的玻璃化转变温度和黏度, 从而提高聚合物的流动性能, 结合模板压印技术可以容易地得到高质量的二维和三维图案. 该技术克服了高温成型下产生的热收缩、易降解、易破坏材料功能性等缺点. 这种方法不仅适用于聚合物单层膜, 还适用于聚电解质多层膜. 通过对多层膜的压缩可以形成化学性质相同而物理性质不同的图案. 本文还讨论了在溶剂辅助微成型过程中模具、溶剂、压力、温度和图案密度对图案质量的影响.     

生物表面活性剂和氨基酸或多肽构成的界面振荡

报道了一种由含生物表面活性剂的水相和含氮基酸或多肽的油相构成的油水界面振荡 .测定了由白氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸、脯氨酸、赖氨酸、色氨酸或谷胱甘肽参与的液膜的电势振荡 .了反应物浓度和反应温度对振荡参数的影响及表面活性剂、氨基酸和多肽在振荡反应中的作用 .结合动力学模型和数值模拟 ,对油水界面振荡反应的机理进行了说明 .     

在混合导体透氧膜反应器中进行甲烷部分氧化制合成气

混合导体透氧膜指的是一类同时具有氧离子导电与电子导电性能的新型陶瓷膜。在高温下，当膜两边存在氧浓度梯度时，氧可以从高氧压端向低氧压端透过，且理论上氧的选择透过性为１００％，开发出一种新型的具有高透氧量、高稳定性的透氧材料Ｂａ０．５Ｓｒ０．５Ｃｏ０．８Ｆｅ０．２－０３－δ，并成功地把其应用到甲烷部分氧化反应中，以空气为氧源利用透氧膜透过的氧与甲烷反应制合成气，使氧的膜分离与甲烷部分氧化反应一体化于一     

Ag/Bi多层膜的互扩散行为研究

互扩散系数是研究多层膜中扩散机理和固相反应的重要参数,利用调制波长为纳米级的成分调制多层膜可以测量10~(-27)m~2/s量级的扩散系数。当组分调制多层膜的调制波长L(L为两组分厚度之和)在纳米量级时,在垂直膜面方向形成一个一维的人造晶格。这种人造晶格所产生的在0°～10°范围内的Bragg衍射峰(调制峰)的强度对退火过程中多层膜间的互扩散十分敏感。测量多层膜的第1级小角X射线衍射峰强度随退火时间的变化可以得出多层膜间的互扩散系数。为了准确测量,最近我们设计了一种可以原位测量第1级小角衍射峰强     

玻璃表面上晶粒择优取向的分子筛膜的合成

沸石分子筛是一种具有规整微孔结构的微晶材料,其微孔孔道可以根据分子的大小和形状区分和识别不同分子,因此分子筛作为一种主体材料,其微孔孔道能够组装有机或无机原子、分子以及超分子化合物,形成在光储存、非线性光学、电化学和光电学等领域具有奇特性质的主客体新材料.分子筛微晶颗粒大小一般只有几个微米,因而分子筛作为主体材料的研究和应用具有尺寸局限.大晶粒分子筛的合成使得晶粒增大至几十或几百个微米,但作为主体材料仍局限于一个微晶尺寸大小.利用水热合成方法,在目的载体表面制备分子筛膜可以突破单个分子筛微晶尺寸限制,是制备大尺寸主客体材料的新方法,但一般晶粒取向随机,不能满足主客体材料研究的需要.应用载体表面的修饰和模板作用控制晶体生长的方法,可以制备择优取向的分子筛膜.由于预修饰会改变目的载体表面,探索分子筛微晶晶粒的自组织择优取向生长更具有重要意义,本文报道了Silicalite-1分子筛微晶在玻璃表面上取向生长的结果.1 实验玻璃载体选用普通载玻片,未经任何预修饰.合成Silicalite-1分子筛膜的原料由硅溶胶(SiO_2质量分数为27%).四丙基溴化铵溶液、氢氧化钠溶液和蒸馏水混合制备,原料液的摩尔配比为:4Na_2O100SiO_210 000H_2O 5TPABr.老化一定时间后,转移到高压釜内