仿荷叶微凹凸表面的疏水机理与判据

根据液滴在有限液固界面上接触角恒增大原理,提出仿荷叶微凹凸表面提高疏水性是众多小尺寸有限液固界面所集成的结果.建立了液滴在类荷叶结构表面的稳定性数学方程,推导出微凹凸表面空隙的理论临界半径与固体、液体性质之间的关系,阐述了实现疏水性的3个条件.计算结果表明,当微凹凸表面空隙半径小于理论临界半径rc时,液滴在固体表面均可呈现接触角大于90°的稳定状态,而液固界面面积的最小化以及低的固体表面能是实现疏水性的重要因素.提出用有效黏附功W′a作为衡量固体表面疏水能力的判据.     

三元Fe-Co-Cu包晶合金中壳核组织形成机制

三元Cu₅₀Fe_37.5Co_12.5包晶合金液滴在自由落体过程中发生亚稳液相分离, 主要形成由L₁(Cu)和L₂(Fe,Co)两相构成的壳核组织. 在测定固相面和液相面温度以及液相分离临界过冷度的基础上分析了壳核组织形成机制, 发现分离两液相的界面能随温度降低而增大, 合金液滴沿着半径方向从内向外存在着由小变大的温度梯度. 作用于L₂(Fe,Co)相上的Marangoni力(F_M)随其尺寸增加而增大, L₂(Fe,Co)相小液滴在F_M力的作用下从外向内迁移过程中逐渐粗化, 同时发生碰撞和凝并, 进而形成壳核结构的凝固组织.     

有机化合物在离子液体中的无限稀释活度系数理论预测

基于理论线性溶剂化能模型 (TLSER), 应用半经验分子轨道能AM1法计算烷烃、芳烃、醇类、氯代甲烷等34种有机非极性和极性化合物的量化参数, 建立了描述有机溶质在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐 ([BMIM][CF₃SO₃]) 和1-丙基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐([PDMIM][BF₄])中无限稀释活度系数γ_i^∞的理论预测模型. 该模型能够解释溶质和离子液体(ILs)之间的相互作用机理, 适于估算有机溶质在ILs中的γ_i^∞. 研究结果可能为针对具体不同的反应或分离过程等实现有效的ILs设计提供理论依据.     

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.     

α-FeOOH和γ-FeOOH分别制备BaFe12O19的形成历程及磁性能对比

分别以α-FeOOH和γ-FeOOH为原料, 经化学沉淀-局部规整法制备了棒状BaFe₁₂O₁₉, 通过XRD, FT-IR, SEM及VSM技术对两种FeOOH制备BaFe₁₂O₁₉的形成历程及磁性能进行了对比研究. 形成历程可归纳为: 以α-FeOOH和γ-FeOOH为原料制备的前驱体α和前驱体γ均为针状结晶态BaCO₃包覆FeOOH复合物, 前驱体在焙烧过程中经过FeOOH脱羟基反应、中间相α-Fe₂O₃和BaFe₂O₄ 生成反应及两中间相反应得到终产物BaFe₁₂O₁₉. 然而, 前驱体?焙烧中间相α-Fe₂O₃直接由α-FeOOH脱羟基形成, 而非γ-FeOOH脱羟基生成的γ-Fe₂O₃再经相转变而形成, 因而其结晶有序程度相对较高; 这进一步引起发生BaFe₂O₄ 生成反应时, 前驱体α焙烧物中BaCO₃的结晶有序程度较高且其焙烧中间相BaFe₂O₄生成速率略低和结晶有序程度略高. 这些差异导致前驱体α 1000℃焙烧物的结晶有序程度和纯度均低于前驱体γ1000℃焙烧物, 但颗粒长径比却较高, 进而引起前驱体α 1000℃焙烧物呈现较高的矫顽力、饱和磁化强度和剩余磁化强度.     

改变固/液界面润湿性提高原油采收率的实验室研究

利用改进的Ｗａｓｈｂｕｒｎ方程测量固体粉末的润湿性，研究了十二烷基苯磺酸钠（ＳＤＢＳ）水溶液在硅胶及高岭土两种固体粉末表面上引起的润湿性变化，用荧光猝灭法测定了ＳＤＢＳ在水溶液里的胶束平均聚集数。探讨了十二烷基苯磺酸钠水溶液在固体粉开表面的润湿性，表面活性剂的临界胶束浓度（ＣＭＣ）与表面含油粉末脱油率的关系，对在非超低界面张力条件下，通过改变固／液界面润湿性提高原油采收率作了实验探讨。     

气-固界面吸附相变及润湿条件

为了探讨气-固界面吸附特征,结合重量法和光谱反射技术测量了不同压比下的界面吸附量,基于?等温吸附方程探讨了气-固界面吸附相变发生机理以及界面润湿条件.结果表明,采用?等温方程计算得到的吸附曲线与实验测量值吻合很好.当压比接近某一特定值时,界面吸附量急剧增大,直至趋于一个常数值.庚烷气体分子以团簇的形式吸附在硅界面上,当压比大于某一值之后,大分子团簇聚集,界面吸附发生相变,固-液界面取代固-气界面,形成性能均一的液膜,润湿界面.通过理论计算发现气-固界面张力随界面吸附量的增加而减小,且计算得到的界面润湿压比和实验测量值吻合.     

锂离子电池材料脱嵌锂电压的第一原理计算

基于密度泛函理论的第一原理方法, 计算了7 大类、18 种锂离子电池活性材料(LiMO₂, LiMn₂O₄, LiMPO₄, Li₂MSiO₄, 石墨C 等系列)的脱嵌锂电压. 计算结果表明, 通过脱嵌锂前后的总能量变化可以计算出相关体系的脱嵌锂电压, 这些理论计算值与实验值存在非常好的线性关系, 但同时显示它们之间存在一个系统偏差, 该值可以通过金属锂的表面束缚能加以解释. 因此, 这种理论计算方法是一种预测其他未知体系的脱嵌锂电压的简单有效方法.     

颗粒填充石英纤维复合材料与因瓦合金的钎焊连接

采用Ag-21Cu-4.5Ti 钎料对表面沉积了CaCO₃颗粒的石英纤维复合材料(QFSC)与因瓦合金(Invar)进行了钎焊试验, 结果表明, 在1173 K 保温10 min 条件下可获得致密的接头. 在钎焊过程中, CaCO₃ 颗粒的分解产物CaO 与QFSC 发生界面反应生成3CaO·2SiO₂ 固溶体, 钎料与QFSC, Invar 合金均发生界面反应, 形成如下界面组织结构: QFSC/3CaO·2SiO₂+Ti₃O₅+Fe₂Ti+NiTi+Ag(s,s)+Cu(s,s)/Invar. 接头力学性能测试结果表明, 颗粒填充QFSC/Invar 接头与未表面处理QFSC/Invar 接头相比在抗剪性能上提高了约5 倍, 达到11.6 MPa.     

硼掺入Mg(OH)2过程中的硼同位素分馏

为确定B掺入Mg(OH)₂时的形式及掺入过程中硼同位素组成的变化, 进行了不同设定pH (pH_设定)的人工合成无Mg海水中B掺入Mg(OH)₂的实验. 结果表明, B掺入Mg(OH)₂非常迅速, 4 h能达到平衡, 平衡后Mg(OH)₂中B浓度[B]_固和固相与溶液相间的分配系数K_d随pH_设定的升高而降低. 而且最高的[B]_固和K_d均远高于B被金属氧化物或黏土矿物吸附时的对应值, 表明B具有很强的掺入Mg(OH)₂的能力. 平衡时溶液相的δ¹¹B_液f均低于原始溶液的δ¹¹B_液i, 计算的Mg(OH)₂与平衡溶液间的硼同位素分馏系数α_固-液变化范围为1.0186~1.0220, 平均值为1.0203. 这充分表明, B掺入Mg(OH)₂时¹¹B优先进入固相, 这是B(OH)₃优先掺入的结果. B(OH)₃与Mg(OH)₂间的沉积反应是B(OH)₃掺入的直接原因. B(OH)₃与Mg(OH)₂间的沉积反应和B(OH)₄⁻在Mg(OH)₂上吸附可能同时存在, 并以沉积反应为主, 它们决定了B掺入Mg(OH)₂时硼同位素特征. 与B只以B(OH)₄⁻形式掺入生物碳酸盐不同, B以B(OH)₃和B(OH)₄⁻两种形式同时掺入Mg(OH)₂, 并以B(OH)₃优先掺入为主, pH_设定越低掺入的B(OH)₃比例越高. 由于Mg(OH)₂普遍存在于石珊瑚中, 这将严重影响珊瑚的硼同位素组成δ¹¹B与海水pH的定量对应关系, 因此会给δ¹¹B作为古海水pH的代用指标带来极大的不确定性.     

光腔衰荡光谱技术研究AsH2自由基:Ã2A1(000)−X~2B1(000)

采用光腔衰荡光谱(cavity ringdown spectroscopy, CRDS)技术在19870~20250 cm⁻¹能量范围内研究了AsH₂自由基 òA₁(000)−X^~2B₁(000)带的高灵敏高分辨吸收光谱. AsH₂自由基由AsH₃/Ar混合气脉冲直流放电产生. 通过对K′_a≤ 5,N′≤ 10的777根谱线进行了转动标识和最小二乘拟合, 获得了精确的激发态光谱常数和转动项值. 其中转动项值和部分高阶光谱常数均为首次得到. 通过分析发现部分K′_a≤ 4的转动能级和全部K′_a≤ 5的能级受到了扰动, 扰动很可能来自于基态的高振动激发态.     

O/Au(111)表面水活化氧化CO机理的密度泛函研究

采用密度泛函的方法研究了水分子在氧覆盖Au表面活化氧化CO的机理. 水分子和表面吸附的氧原子相互作用, 生成OH_ads基团; 生成的OH_ads基团和CO_ads反应生成HOC_Oads; 最后HOCO_ads在水分子的帮助下解离生成CO₂. 整个总包反应方程式为1/2H₂O_ads + H₂O_ads + 1/2O_ads+ CO_ads→ H₃O_ads + CO₂, _gas, 即只需要1/2个氧原子就可以生成一个CO₂, 表明当表面有H₂O存在的时候, CO₂的产量要比只有O_ads时要多. 所有基元反应的反应能垒都很低, 从而保证反应可以在低温下进行, 此机理很好地解释了实验现象.     

水热/超声法合成γ-Fe2O3纳米空心球及磁性

结合水热法和超声法的优点, 首先用水热法合成出晶粒尺寸约为15 nm的Fe₃O₄纳米实心球, 用硝酸处理并最终在硝酸铁溶液中超声Fe₃O₄纳米实心球, 得到了晶粒尺寸约在5 nm的γ-Fe₂O₃纳米空心球. X射线衍射(XRD)、X射线散射能谱(EDS)、扫描/透射电子显微镜(SEM/ HRTEM)、氮气和孔径分布(BJH)证明所得的样品为高纯的具有孔结构的γ-Fe₂O₃纳米空心球. 超导量子干涉仪(SQUID)和稳定性实验显示, γ-Fe₂O₃ 纳米空心球在室温下为超顺磁性, 且具有较高的饱和磁矩和化学稳定性, 这为γ-Fe₂O₃纳米空心球在药物运输领域的应用提供了依据.     

[Hg(SCN)4]2-与蛋白质相互作用的共振瑞利散射光谱及其分析应用

在pH 1.0~4.5 的稀硫酸介质中, [Hg(SCN)₄]^2-配阴离子与人血清白蛋白(HSA)、α-糜蛋白 酶(α-Chy)、牛血清白蛋白(BSA)、溶菌酶(Lyso)和γ-球蛋白(γ-G)等蛋白质反应形成复合物, 此 时将导致共振瑞利散射(RRS)的显著增强, 也能引起吸收光谱的变化和荧光猝灭, 同时还观察 到圆二色(CD)光谱特征的改变. 本文主要研究[Hg(SCN)₄]^2-蛋白质复合物的RRS 光谱特征、适 宜的反应条件和影响因素, 以及分析化学性质, 并以[Hg(SCN)₄]^2-Lyso 体系为例, 结合吸收、荧 光和圆二色光谱的变化, 对复合物的结合位点、结合模式以及散射增强的原因进行了讨论. RRS 法具有较高的灵敏度, 它对不同蛋白质的检出限在4.6~10.8 ng/mL 之间, 据此建立了 以[Hg(SCN)₄]^2-配阴离子作探针测定人血液和尿液中蛋白质的新方法.     

固相反应合成掺铜磷酸锌锂

以ZnSO₄·7H₂O, (NH₄)₃PO₄·₃H₂O为原料, 硫酸铜为掺杂剂, 以PEG-400为表面活性剂, 经低热固相反应合成得到掺铜磷酸锌铵. 接着以PEG-400为表面活性剂, 用掺铜磷酸锌铵与Li₂CO₃经室温固相反应得到前驱体, 然后在700℃下煅烧前驱体, 得到锂电池电极材料掺铜磷酸锌锂纳米晶. 用产物XRD图谱数据计算得到的信噪比作为实验的考察指标, 实验中应用了均匀设计实验法及数据挖掘技术, 在数据挖掘成果的指导下进行了实验. 结果表明, 产物的信噪比随着掺杂铜离子的增加而直线增加. 用最优工艺条件合成的产物为50 nm的掺铜LiZnPO₄, 信噪比为30.41, 与数据挖掘得到的最佳结果相吻合, 表明应用固相合成法制备掺铜磷酸锌锂及把信噪比作为一种指标去控制合成结果是可行的.     

相场法研究沉淀早期两相竞争随作用势的变化规律

基于微观相场法, 利用Khachaturyan 所给原子间作用势与长程序参数关系方程得 出L1₂ 相和DO₂₂ 相原子间作用势方程, 计算出Ni₃Al(L1₂ 相)、Ni₃V(DO₂₂ 相)随温度和浓度 变化的原子间作用势值. 计算结果表明: 随Al 原子浓度增大, Ni-Al 间作用势近似呈线性 增大, Ni-V 间作用势近似呈线形减小. 将作用势代入微观相场方程中表明: 当Ni-V 间作 用势大于Ni-Al 间作用势时, DO₂₂ 相先于L1₂ 相析出; 当Ni-V 间作用势等于Ni-Al 间作用 势时, DO₂₂相和L1₂相同时析出; 当Ni-Al 间作用势大于Ni-V间作用势时, L12相先于DO22 相析出. 计算结果与实验值符合较好.     

NH2-SBA-15介孔分子筛制备及其吸附重金属离子性能

利用甲苯二异氰酸酯(TDI)作桥连分子制备氨基官能化介孔SBA-15分子筛. 首先, SBA-15表面的Si-OH与TDI分子中的一个-NCO基反应, 然后, TDI分子中另一端未参与反应的-NCO基与乙二胺分子中的一个-NH₂基反应, 通过上述两步反应, -NH₂被成功嫁接到介孔SBA-15分子筛表面. X射线粉末衍射仪(XRD)、N₂ 吸脱附、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和²⁹Si MAS NMR表征结果表明, -NH₂被成功引入到SBA-15分子筛表面, 且材料具有高氨基官能化和良好的介孔结构. 由于金属离子与所嫁接氨基间的络合作用, NH₂-SBA-15介孔分子筛对水溶液中的Pb²⁺, Cr³⁺, Cd²⁺, Ag⁺和Cu²⁺的吸附率分别为99.9%, 99.7%, 99.8%, 99.5%和99.9%.     

溶菌酶晶体生长过程中固/液流动体系的流体特性

在用批量法生长溶菌酶晶体的过程中, 使用粒子图像测速技术观测晶体生长固/液体系的宏观速度场, 使用长工作距离显微镜测定了晶体(110)面的法向生长速率和晶体周围溶液的局域速度场. 实验结果表明, 固/液体系的平均流速、最大流速以及单个晶体周围的局域流速均具有起伏特性. 基于蛋白质晶体的对流-扩散模型, 计算了有效浓度边界层厚度δ_eff, 界面溶质浓度C_I以及特征速度V. 计算结果表明, 在实验条件下, 溶菌酶的晶体生长过程主要由表面动力学控制, 浮力对流在质量输运中的份量很小, 但随着过饱和度的增加, 质量传输的份额有增大趋势. 计算结果还表明, 浮力对流所产生的剪切力的量级为10^-21 N, 远小于溶菌酶分子间的键力, 因此浮力对流产生的剪切力不会对溶菌酶晶体生长产生很大影响.     

应用三电极系统研究相比为1时可质子化的药物在水/1,2-二氯乙烷界面上的转移反应

采用一种新设计的电解池, 利用三电极系统研究了相比为1(r = V_o /V_w)时可质子化药物在水/1,2-二氯乙烷界面(W/DCE)上的转移反应, 确定了它们的亲油性. 该系统是将含有支持电解质的水溶液滴在银/氯化银电极上, 然后将1,2-二氯乙烷溶液覆盖在水溶液的表面, 再与有机相参比电极和对电极构成常规的三电极系统. 由不同pH值下测得的循环伏安图计算出了阿米替林、苯海拉明和苯海索3种药物离子在W/DCE上的标准离子分配系数、标准离子转移电位及标准离子转移吉布斯自由能等. 由实验结果构建的离子分布图可用来预测和解释可离子化物质在两互不相溶溶液界面上的转移反应机理等.     

Fokker-Planck模拟离子声波中离子的能量输运

利用线性化Fokker-Planck方程模拟了激光等离子体中的离子声波, 重点研究了离子声波过程中的离子热流. 通过将线性化Fokker-Planck方程转化为本征值问题, 求解得到离子声波的本征模和扰动分布函数, 进而计算出ZT_e/T_i和kλ_ii对离子热导的影响, 这里Z, T_e/T_i, k, 分别表示离子的有效电荷数、电子与离子的温度之比、离子声波的波数和离子的平均自由程. 在碰撞极限下kλ_ii→0数值计算给出的离子热导与Braginskii的结果一致. 当kλ_ii较大时, Braginskii理论不再成立, 离子热流出现受限的现象. 在朗道阻尼可以忽略的情况下, 离子热导随kλ_ii的演化能够非常好地用公式进行拟合, 并给出了拟合参数与ZT_e/T_i的关系.