凝聚体生长过程中的分形结构

自威顿(T.A.Witten)和桑德(L.M.Sander)于1981年首次提出有限制的扩散凝聚(简称DLA)数学模型后,凝聚体的生长物理实验便进入了分形研究阶段。1984 年,布雷迪(R.M.Brady)和m.Matsushita分别发表了在三维拓朴空间和二维拓朴空间电解金属盐溶液所生长成的金属凝聚体分形结构实验。用他们的实验方法生成的金属凝聚体其Hausdorff维数与DLA模型给出的理论结果相当一致。有关这种分形材料的物理特性也引起了一些研究者的兴趣,并取得了一些结果。     

线状凝聚核聚集生长的模拟与实验研究

在传统二维DLA模型的基础上提出一个线状凝聚核聚集生长模型,利用该模型对线状凝聚核聚集生长过程进行计算机模拟,同时利用电解沉积金属锌的方法进行相应的电化学沉积实验研究,最后通过计算凝聚物的分形维数对模拟和实验结果进行验证。模拟结果显示,线状凝聚物的生长区域主要位于凝聚核尖端位置的邻近区域,凝聚核每一尖端部分引起的生长类似于一个点凝聚核的生长情况;相应实验得到的电沉积物的整体形态与模拟结果十分类似。凝聚核的形状不但影响凝聚物树枝的分布结构与形态,还影响凝聚物的分形维数。     

以MOFs为前驱体合成NaTi_2(PO_4)_3/C及其电化学性能

以金属有机骨架结构MIL-125与磷酸盐反应制备了磷酸钛钠/碳(NTP/C)复合材料。MIL-125前驱体既用作钛源和碳源,还充当模板剂,在该复合材料的合成和形貌控制中发挥了重要作用。对材料进行XRD,SEM以及电化学性分析测试,讨论了不同煅烧条件对材料电化学性能的影响。实验结果表明:在900℃煅烧1h的条件下得到的磷酸钛钠/碳复合材料的结晶性能良好,并且具有最佳的电化学性能。     

外延生长在GaAs(001)表面的磁性薄膜

采用多种实验技术研究外延生长在GaAs(001)表面的Mn,Co和FeMn合金等磁性金属薄膜，研究结果表明外延生长的磁性薄膜的晶体结构和磁学性质与体材料相比有明显的判别，在一些情况下，外延薄膜和衬底之间的界面结构对于磁性薄膜的晶体结构和磁学性质起着决定性的作用。     

薄层电化学沉积的形态转化

金属薄层电化学沉积几乎包含非平衡态生长的所有形态,成为研究非平衡态聚集动力学的理想系统.在形态花样中,枝晶和分形是最典型的2种,国内外学者对其形成及转化机制进行了大量的研究.目前普遍接受的观点是界面不稳定性是分形形态形成的本质原因,不稳定性的来源主要有电极反应、杂质、晶体生长等.总结了近年来国内外该领域的最新研究成果,并指出了其未来的研究方向.     

AFM对壳聚糖富集银离子的分形学研究

利用原子力显微镜(AFM)对壳聚糖吸附银离子进行研究，从形貌学的角度探测壳聚糖络合银离子的机理特性．主要方法是将溶液滴加在新解离的云母片上，应用原子力显微镜对自然风干后的样品在非接触模式下成像．AFM图像显示：壳聚糖分子和加过金属银离子的壳聚糖分子在聚集生长过程呈现为传统的具有分形特征的正态分布和奇异分布；由单一的壳聚糖分子形成的分形结构为“星”形结构，而加过银离子的壳聚糖分子形成的结构为“圆”形．产生这些图形差别的根本原因是由于生长界面的表面张力及其各向异性起了重要作用．这两种结构都具有典型的自相似性，且实验结果与计算机模拟的分形模式拟合得很好．     

ZnO纳米结构的控制生长及其光电化学性能研究

本文采用简单的低温油浴反应法制备了六方柱状短棒、六方柱状长棒和片层状自组装ZnO花状纳米结构.通过对反应温度、表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)用量等实验条件的控制,合成了形态可控的ZnO花状纳米结构.用X射线粉末衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜对ZnO纳米结构的成分、尺寸和形态进行了表征分析.实验研究表明,表面活性剂PVP的用量和反应温度对ZnO纳米结构的形态产生显著影响,探讨了PVP的作用及ZnO纳米结构的生长机制.光电化学性能研究表明,ZnO纳米结构的形态对其光电化学性能具有显著影响.基于实验和分析,我们对不同形态ZnO花状纳米结构的光电化学性能作了合理的解释.本文所制备的ZnO纳米结构在光解水制氢及环境污染水净化处理等清洁能源和环境治理领域具有潜在的应用前景.     

火电厂水冷壁管材T23在SO_4~(2-)溶液中的腐蚀行为

通过常温电化学实验和高温挂片实验,研究了模拟给水弱氧化性全挥发处理AVT(O)溶液中SO2-4含量对T23钢腐蚀行为的影响,并采用电化学动电位扫描、交流阻抗技术、电子扫描显微(SEM)及X射线衍射技术(XRD)进行分析和表征。研究结果表明,SO2-4和OH-在金属表面存在竞争吸附,阻碍了OH-对金属的钝化作用,促进了金属的点蚀;常温条件下,SO2-4为侵蚀性阴离子,随着SO2-4浓度的增加,T23的点蚀诱发敏感性升高,T23电极的Ecorr降低,Icorr升高,腐蚀加剧;高温条件下,随着SO2-4浓度的增加,材料腐蚀加剧,但不引起材料表面钝化膜成份的改变。     

银纳米材料的制备及择优生长综合实验设计

银(Ag)是一种重要的过渡金属,具有典型的面心立方结构(FCC)。纳米尺度的Ag材料呈现出独特的光学、电学、表面活性及催化性能,在电子、催化、光学等领域具有很大的应用价值。纳米Ag材料的特性和独特应用与其形貌有着直接关联,因此制备一定形态的Ag纳米结构,了解其择优生长过程具有重要意义。着眼于Ag纳米枝晶的化学还原及择优生长,以材料形貌、结构表征作为辅助手段,研究纳米晶的生长动力学过程,讨论其择优生长模式,为设计和制备不同形貌Ag纳米结构提供理论基础。该综合实验涉及纳米材料的制备、表征及择优生长微观机制,涵盖材料、物理、化学等专业的相关知识,能够帮助学生系统地进行理论知识的回顾及专业技能的实践,培养学生综合能力和科研创新意识。     

杂质区域对金原子凝聚体分形结构的影响

由于受基底表面无规分布杂质的影响，沉积在熔融玻璃基底表面的金原子凝聚形成了具有特殊结构的分形凝聚体．根据这一实验结果，建立了各向异性的团簇一团簇凝聚模型，对此类基底表面的金原子分枝状凝聚体的生长过程进行了计算机模拟，研究了无规分布的杂质区域对凝聚体各种参数的影响。其结果与实验相符合。     

泡沫镍表面原位生长Ni-MOF电极材料用于电化学储能

目的:研究不同三乙胺用量对泡沫镍表面原位生长Ni-MOF电极材料结构形貌及其电化学储能的影响。方法:采用XRD,SEM对电极材料的晶体结构及形貌进行了表征;采用电化学法等对Ni-MOF电极材料的电化学储能进行了评价。结果:实验结果表明,当三乙胺的用量为金属盐质量的30%时,Ni-MOF电极材料具有均一的纳米球结构,在电流密度为1.0 mA.cm^-2时,比电容达到2800 mF cm^-2。结论:纳米球型的结构增加了电化学反应的活性位点,同时泡沫镍基底改善了Ni-MOF电极材料的电子传输能力和电解质离子的扩散速率。     

锌电极在浓碱中振荡电溶解的表面物种和形貌研究

采用电化学循环伏安、恒电势技术详细考察了浓碱条件下金属锌的电化学行为,利用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线能谱仪(EDS)分析了经电化学腐蚀后锌电极的表面形貌及组成.结果表明:在电化学循环伏安交叉环电势区,恒电势电流振荡条件下在电极表面可产生纳米锌氧化物阵列或薄膜;此外,电化学循环伏安反扫电流远大于正扫电流的主要原因是电极表面锌氧化物/氢氧化物钝化物种的生成与活性络合溶解,这也是电流振荡的主要原因.     

分级三维结构高活性自支撑NiOxHy电化学析氧催化电极制备研究

氢能技术是当前最具前景的洁净能源技术之一,而电解水制氢作为其中的关键一环,其阴阳极的两个半反应对贵金属的过分依赖极大地限制了电解水技术的商业化应用。为寻求低成本、耐用和高效的替代材料,以泡沫镍为镍源,使用苯甲醇作为有机溶剂,在水热条件下实现泡沫镍表面的有机无机界面反应,生长得到了分级三维结构NiO_xH_y。这种分级三维结构可以增加自支撑催化电极的电化学析氧反应(OER)活性。同时,由于NiO_xH_y是原位生长在泡沫镍基底上,催化剂表现出卓越的稳定性。通过一系列的电化学测试可知,得到的NiO_xH_y是一种高活性、高稳定性的碱性OER催化剂,具备在商业电解池中使用的潜力。     

电熔AZS材料中各晶相的形貌学研究

研究晶体的生长形态与形成该形态的物理化学条件,最终控制显微结构的形成,是材料科学的重要研究任务。本文研究了工业应用的电熔AZS材料中出现斜锆石晶相,刚玉斜锆石共晶体、斜锆石-莫来石共晶体的形貌。从凝固过程出发,运用界面结构理论及成分过冷等概念,对AZS材料中各晶相的形貌及其形成的物理化学条件关联起来进行了讨论。     

新型铜颗粒填充的液态金属热界面材料导热性能实验研究

为强化界面传热,研制了一种以铜颗粒为填充材料、Ga62.5In21.5Sn16液态金属为基体的新型复合热界面材料,并对其导热性能进行了测试。首先将所制备的热界面材料放置在两片铜片之间,制备3层结构试样,然后利用激光导热仪测量所制备试样的导热性能,并计算相应试样的接触热阻。实验结果表明:铜颗粒填充型液态金属可以大大提高氧化后液态金属作为热界面材料的性能,利用铜粉质量分数分别为5%和10%的液态金属所制备的试样,导热系数和接触热阻分别为(200.33±15.66)、(233.08±18.07)W/(m·K)和(7.955±0.627)、(5.621±0.437)mm2·K/W,较利用氧化后液态金属所制备试样的导热系数分别约提高了68%和96%,接触热阻分别约降低了57%和70%,并可以有效降低液态金属的流动性,从而减少液态金属在使用过程中溢出现象的发生。     

葛仙米的培养

以葛仙米为实验材料,在春季自然温度条件下培养,研究其基本生长情况,形态特征和显微结构的变化。结果表明,在不断更换培养基的条件下,葛仙米生长较快,从生长曲线看最大比生长率出现在培养的第九天;随培养时间的延长,葛仙米的形态结构及颜色都发生了显著变化,可明显观察到异形胞。结果提示,在春季自然温度条件下培养,葛仙米能够正常生长。     

基于MWCNTs-PDA-Ag复合材料免疫传感器的构建

传感器敏感界面的构建是影响其性能的关键步骤之一。本文通过一种简单绿色的方法制备出MWCNTs-PDA-Ag(多壁碳纳米管-聚多巴胺-银)纳米复合材料构建传感器敏感界面,并采用循环伏安(CV)及交流阻抗法(EIS)等电化学方法表征制备过程。本实验方法制备出的免疫传感器,在最优实验条件下对甲胎蛋白(AFP)检测的线性范围为0.01-50 ng/mL,最低检出限为0.004 ng/mL(S/N=3)。     

巯基丙酸自组装单分子膜电化学交流阻抗表征方法的研究

自组装技术(SA)提供了在分子水平上构造化学界面的简便手段,在生物传感器、润滑、金属防腐、催化、刻蚀、分子器件、非线形光学等诸多领域具有广泛的应用前景,已成为近20年来界面化学与材料化学领域研究的热点.自组装单分子膜(SAMs)的表征是SA研究的重要内容,电化学交流阻抗技术(EIS)是表征SAMs的有效手段.但是,关于在水溶液中制备羧基硫醇SAMs以及EIS测试条件的系统研究鲜有报道.以KCl为支持电解质,以[Fe(CN)6]3-/4为探针离子,在优化实验条件下,对磷酸盐缓冲溶液(PBS,pH 7.0)中制备的巯基丙酸SAMs修饰金电极(MPA SAMs/Au)进行了EIS表征,探讨了溶剂以及浸泡时间对MPA SAMs的影响,研究结果对SAMs的制备与应用具有一定参考价值.     

生物组织冻融特性的初步实验研究

以几种典型生物材料为对象，对生物组织冻融过程中的传递现象和界面特性进行可视化实验观测，着重考察冰晶生长及其界面的推进情况，应用微CT技术研究生物组织冻融前后内部结构变化，探讨不同生物材料和冷冻条件下冻融特性的差异．在实验观测的基础上，定性分析了生物组织中水分存在形态对冻融过程特性的影响．     

新型锂电池正极材料多硫化碳炔的研究

为克服锂/硫电池的正极材料单质硫的导电性差、放电产物的部分溶解导致电池性能下降等问题,设计并制备了一种新型正极材料多硫化碳炔。通过核磁共振、拉曼光谱、X-射线及SEM等手段对其进行了研究,并得到其形态及结构信息,证明材料具有“主链导电、侧链储能”的结构。通过充放电性能测试及循环伏安测试对其电化学性能进行了研究,结果表明该材料具有较高的充放电效率与良好的循环性能,0.4mA/cm²的放电条件下60次循环后比容量可以达到400mAh/g,充放电效率接近100%。