聚乙烯醇／羟基磷灰石复合水凝胶的摩擦磨损机理研究

选用高分子聚乙烯醇（PVA）和纳米羟基磷灰石（HA）为原料,采用反复冷冻-解冻法制备PVA／HA复合水凝胶．在超高精度三维轮廓仪和扫描电镜上观察PVA／HA复合水凝胶的微观形貌,采用平头圆柱压头测定PVA／HA复合水凝胶的压缩弹性模量和应力松弛特性,在微摩擦试验机上开展PVA／HA复合水凝胶与牛膝关节软骨之间的摩擦磨损实验,利用环境扫描电镜表征试样磨损后的表面形貌．结果表明,PVA／HA复合水凝胶具有与天然骨组织相似的交联网状微观结构,随着冷冻．解冻次数和HA含量的增加,PVA／HA复合水凝胶交联度增加,结晶程度增强,弹性模量显著提高,应力松弛速率增大,应力平衡值降低;摩擦系数随冷冻-解冻次数和HA含量的增加而降低,且冷冻-解冻次数越大,摩擦系数达到稳定平衡值的时间越早;PVA／HA复合水凝胶／牛膝关节软骨配副的摩擦变形深度随冷冻．解冻次数和HA含量的增加而减少;PVA／HA复合水凝胶的磨损机理主要表现为塑性流动和粘着现象,磨损轻重程度随冷冻-解冻次数和HA含量的增加而降低．     

高韧温敏复合水凝胶仿生变色鱼

韧性水凝胶具有超大弹性变形、高韧性、高透光性、良好的生物相容性等优势,在生物医疗、柔性电子、驱动传感、软机器等领域具有广泛应用前景.本文针对海洋生物的变色功能进行仿生模拟,合成了PAAMAlginate韧性水凝胶和PNIPAM温敏水凝胶,采用3D打印技术制作了仿生结构模具,通过倒模制备了高韧温敏复合水凝胶仿生鱼.制备的仿生鱼在常温下能与水体环境良好融合,在外界温度升高时可改变自身透明度和颜色,模拟海洋生物受外界刺激后的伪装行为.另外,该仿生鱼具有高韧性,在受到弯曲、扭转、冲击及印压作用后仍能恢复初始形状,无明显损伤.本文设计的高韧温敏复合水凝胶在软体仿生领域极具潜力,可为未来共融机器人的研发提供新思路.     

准固态电解质在染料敏化太阳能电池中的应用

综述了国内外染料敏化太阳能电池中准固态电解质的应用。按凝胶化的方法将准固态电解质分为有机小分子凝胶电解质、聚合物凝胶电解质和添加纳米粒子的凝胶电解质,并讨论了每种准固态电解质的特点及存在的问题。最后对准固态电解质的发展进行了展望。     

走向市场化的新型纳米材料—纳米胶囊

本文扼要地讨论了纳米胶囊的制备技术,介绍纳米尺度的胶囊在纳米无机粒子的表面修饰,改善两相体系的相容性方面所起到的作用,及作为载体在药物释放方面的应用。     

多孔氮化钒(VN)纳米带气凝胶的制备及其电化学性能

以NH_4VO_3为原料,通过180℃下水热反应和550℃下NH_3处理制备了多孔氮化钒(VN)纳米带气凝胶,并对多孔VN纳米带气凝胶的电化学性能进行了分析.SEM和TEM分析表明所制备的多孔VN纳米带的宽度为100~400 nm,孔尺寸为10~20 nm.电化学阻抗谱分析表明多孔VN纳米带气凝胶对I3.还原反应具有很高的催化活性,电荷迁跃电阻为1.36Ωcm~2.用多孔VN纳米带气凝胶电极组装的染料敏化太阳电池的光电转换效率为7.05%,与传统的Pt电极电池相近.循环伏安和恒流充放电实验表明多孔VN纳米带气凝胶具有较好的电容性能.当电流密度为0.5 A/g时,多孔VN纳米带气凝胶在2 mol/L KOH溶液中的比电容达到292.2 F/g.因此,所制备的多孔VN纳米带气凝胶可以作为高效的电极材料应用于染料敏化太阳电池对电极和超级电容器电极中.     

介电泳技术在生物信号检测和相分离阻变材料中的应用

介电泳是操纵微纳米级粒子的强大工具,已经在生物细胞和无机微粒的分离、检测、操控方面得到了广泛的应用.本文突破对介电泳技术的传统定位,简要介绍介电泳效应的两例新的应用.首先是和新兴的纳米孔技术结合,利用介电泳的富集效应,在微纳环境下对单分子行为进行操控,解决目前纳米孔基因测序面临的通量低等难题.其次在某些相分离固体材料中,介电泳可以通过调节电子相的几何结构引起渗流,从而实现电致阻变效应.这些研究不仅扩大了介电泳技术的应用范围,且具有多学科技术交叉融合的特点,为生物检测技术的开发创新以及新型功能材料的设计提供了新的思路.     

有机/无机杂化材料与多功能纤维研究进展

有机/无机杂化材料能够实现有机高分子材料与无机材料在纳米或分子水平上的复合,在发挥各自组分特性的同时,体现出特有的协同效应,如新性能、多功能.该原理同样适用于有机/有机杂化体系.随着产业用纤维材料的不断发展,其应用领域也随之拓展,开发新型高分子材料,实现纤维的多功能化成为研究热点.根据纤维多功能化的发展需求,结合有机/无机杂化机理,在分子水平上设计构筑杂化功能材料,采用结构设计、界面构筑的方法建立杂化功能材料与成纤高聚物杂化体系.以成纤高分子的结构设计及凝聚态控制、纳米纤维和低维纳米材料的结构可控制备及其功能化复合为例,简要介绍了有机/无机杂化原理在纤维多功能化方面的研究进展,最后提出了多功能化有机/无机杂化纤维的展望.     

高强度双网络高分子水凝胶：性能、进展及展望

作为一种虽然含有90wt%的水,但力学强度高达数十兆帕的高分子水凝胶材料,双网络（double network,DN）设计思路对大幅度提高水凝胶力学性能以及推动其在生物材料中应用研究意义重大.近年来高强度DN凝胶研究不断取得令人注目的进展,在DN凝胶概念的基础上,设计合成了天然和仿生DN凝胶、低摩擦和低磨损DN凝胶以及细胞亲和性高强度水凝胶,并研究了DN凝胶的生物相容性和诱导关节软骨再生等生物材料性能.高强度、多功能DN凝胶在生物材料中的研究极大地扩展了高分子水凝胶材料的应用范围.本文综述了DN凝胶的设计思路,分析了影响其性能的因素,并对其未来发展进行了展望.     

页岩及黏土纳米孔隙中液态水分布量化研究

页岩储层富含纳米级孔隙,因此在纳米尺度上研究孔隙内流体分布特征具有重要意义.本研究基于室内实验,量化评价了页岩及黏土孔隙含水饱和度分布特征,实验发现:在水吸附过程中,黏土孔隙内"毛细凝聚"现象显著,当环境相对湿度较高时,部分小孔隙将被毛管水完全阻塞;而对于页岩样品,无机质孔隙表现出亲水作用,但是有机质表现出憎水作用,页岩整体吸水能力相对较弱.同时,考虑页岩有机质与无机质孔隙形貌特征差异性,建立数学模型研究孔隙形状对吸水特征的影响.结果表明:利用狭缝孔模型计算的吸水曲线与实测结果更接近,因此在研究页岩吸水特征时,应将孔隙形状假设为狭缝孔,而并非通常假设的圆管孔.本研究将对深入认识及评价页岩储层不同类型孔隙内流体的赋存方式及产出机理奠定理论基础.     

纳米薄膜及相应三维结构的构建、特性及应用

纳米薄膜是纳米材料家族一个新兴的成员,由于其特征厚度介于原子以及微米量级之间且具有高比表面积,纳米薄膜展现出了与宏观材料不同的特殊性质.纳米薄膜可以进行人为的操控甚至从衬底上脱离成为独立的薄膜.纳米量级的厚度使得该薄膜容易图形化以及加工成为复杂的二维、三维微纳结构.本文综述了纳米薄膜研究领域近年来的研究成果,包括各类性质研究和潜在应用方面的探索.纳米薄膜及相应三维结构在电学、光学、磁学、微纳机电等领域的广泛应用前景将使其成为纳米材料与器件研究领域一个重要的研究方向.     

纳米La0．6Sr0．4MnO3／Fe粉复合体系微波吸收性能

用溶胶-凝胶法制备了La0.6Sr0．4MnO3粉体,与纳米Fe粉按不同质量比复合,得到复合材料样品。测试了样品在2～18GHz微波频率范围内的复介电常数、复磁导率,计算了微波反射系数和损耗角正切,初步探讨了材料的微波吸收机制。结果表明,当复合质量比为6：4、样品厚度为2mm时,大于10dB的吸收带宽为3．4GHz,最大吸收峰值为16dB,微波损耗是介电损耗和磁损耗共同作用的结果。     

海藻酸-纳米羟基磷灰石构建可降解原位成型水凝胶

可注射原位成型水凝胶支架材料能填充任意形状的缺损, 并在很大程度上降低植入对机体组织的侵入性, 且方便与药物和活性物质复合. 采用原位释放法将海藻酸钠与纳米羟基磷灰石复合构建了可降解的原位成型水凝胶, 体系的凝胶化时间10~15 min, 材料具有多孔结构, 孔径20~300 µm, 孔内及孔壁上有大量羟基磷灰石晶体连续均匀分布. 体内植入试验证明该水凝胶材料可实现原位成型且具有良好的细胞相容性和组织相容性.     

微米、亚微米与纳米超细晶粒钢的研究进展

晶粒尺寸＜10μm的超细晶粒钢具有高强度和优异的韧性从而成为先进结构材料的研发热点之一.本文介绍了国内外微米级、亚微米级和纳米级超细晶粒钢研究的最新进展,并从工业应用角度简要分析了制约超细晶粒钢应用的组织稳定性和塑性稳定性等问题.指出,对现有制备方法的改进和完善以及更先进工艺的创新,是未来超细晶粒钢研究的关键内容.     

纳米切削机理及其研究进展

纳米切削技术具有广阔的应用前景,是纳米精度加工,尤其是纳米精度复杂面型加工的重要手段,对整个先进制造业的发展起着重要的支撑作用.建立完整成熟的纳米切削基础理论进而发展高效率、低损伤的可控纳米切削技术是未来先进制造业发展的迫切需求.本文从纳米切削机理研究的常用手段、纳米切削模型、切削极限以及典型材料纳米切削理论及其关键技术等方面,综述了该领域的国内外研究现状及主要成果,并简要介绍了本项目组所开展的相关研究工作.最后对纳米切削机理研究存在的挑战进行了总结和展望.     

高纯球形纳米SiO2的制备、改性与应用研究

高纯球形纳米SiO_2是一种具有诸多优越性能的新型材料,对于诸多行业产品的提档升级具有极其重要的意义。本文综述了纳米SiO_2的制备及改性方法,对各种方法进行了归纳和评价,并对其应用领域作了简要概括。通过研究表明,以粉石英为基本原料,采用溶胶-凝胶法制备的纳米SiO_2具有纯度高、球形度高、成本低等特点。     

形状记忆聚合物微纳米纤维膜在生物医学中的应用进展

形状记忆聚合物作为一种新兴的智能材料能够记忆暂时形状,并在外界激励条件下实现主动回复到初始形状的驱动过程.基于静电纺丝技术获得的形状记忆聚合物微纳米纤维膜与天然细胞外基质具有相似的三维结构,因此在生物医学领域,特别是组织工程中显示出巨大的应用前景.形状记忆微纳米纤维膜作为智能可变形材料为生物医疗的快速发展带来个性化、智能化的机遇.本文综述了形状记忆聚合物微纳米纤维膜的制备技术、结构形貌及驱动方法,总结了形状记忆聚合物微纳米纤维膜在骨组织支架、骨组织修复、神经支架及细胞培养等方面的应用研究,分析了形状记忆聚合物材料的其他结构在生物医疗领域的应用现状,进一步阐述了形状记忆聚合物材料未来面临的挑战及发展方向.     

电力网的尺度问题——从纳米到太空尺度

探讨了电力网的尺度问题,阐述了国际微电网的发展态势,并基于纳米尺度发电机、太空尺度太阳能发电站以及黑洞发电机等电力获取途径,特别论述了两种超常规的电网:纳米尺度电网和太空尺度电网.进一步地,还应用复杂网络理论分析了纳米尺度电网和太空尺度电网的固有属性,为其未来的设计规划做了一定程度的铺垫.     

场助纳米二氧化钛薄膜光催化降解甲紫的研究

纳米二氧化钛是一种重要的无机功能材料。本文采用溶胶-凝胶法制备了TiO_2薄膜,利用"场助"影响其光催化特性。光催化实验以可能具有致癌性并且难以生化降解的三苯甲烷类染料——甲紫作为降解物质,用2100型分光光度计来测量降解率,以确定电场、磁场强度对光催化特性的影响。光催化实验结果表明,外加电场(未参与水的电解)、磁场对于协助光催化降解甲紫有着明显的效果。随着外加电场、磁场强度的增加,甲紫溶液的降解率有大幅提高。反应符合一级动力学方程。     

无机薄膜光栅的制备及其衍射特性研究

有效地结合激光干涉法和化学刻蚀法,提出一种制备高密度、高衍射效率无机光栅的新方法．采用溶胶．凝胶法和化学修饰法合成具有紫外感光性的含锆溶胶,并在（100）硅基板上制备含锆感光性凝胶薄膜．利用该薄膜,结合激光干涉技术和热处理工艺制备出周期为1μm的无机ZrO2薄膜光栅．为了提高光栅的深宽比,采用碘饱和的KOH各向异性刻蚀剂对无机光栅进行湿法化学刻蚀,从而有效地提高了光栅的衍射效率．对刻蚀后的光栅进行表面镀金处理,提高光栅的表面光洁度和反射率使得光栅的衍射效率得到进一步的提高．     

水泥早期水化产物的TEM研究

通过透射电子显微术（TEM）研究了水泥早期水化产物Ca（OH）2、水化硅酸钙凝胶（CSH）、钙矾石（AFt）、单硫水化硫铝酸钙（AFm）微观形貌、结晶形态、元素构成.并结合SEM与XRD研究结果,讨论了TEM在研究水泥早期水化产物方面优势.研究结果表明,使用TEM研究水泥早期水化产物,其观察结果比SEM更加精确和可靠.水化初期生成CSH凝胶为具有大量皱褶非晶态箔状产物,其Ca/Si比为1.3±0.2;水化初期生成AFt和AFm,发现了两者微观貌差别,确认了两者均为由尺寸小于20nm纳米晶粒无序组成多晶层状结构.本文讨论了SEM和TEM方法分别所CSH凝胶Ca/Si比差异原因.