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%.     

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.     

光盘表面结构的软模板复制及图案化氧化锌薄膜的纳米压印制备

模板的制备和选择在纳米压印技术中非常重要. 采用廉价的光盘为模板, 利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)浇铸到光盘表面, 分离后复制得到光盘的负形结构. 采用纳米压印技术, 以PDMS 软模板作为印章对氧化锌纳米溶胶进行直接压印, 实现了氧化锌薄膜的表面图案化, 经煅烧后得到晶态氧化锌薄膜.     

天然纤维素物质模板制备功能纳米材料研究进展

自然生物物质特殊的天然结构赋予其人工材料所难以比拟的优异功能,是构建人造功能纳米结构材料理想的模板物质.天然纤维素物质作为一种常见的天然高分子化合物,从宏观到分子层次的独特阶层结构及其在纳米层级上的多孔网状形貌可期赋予以其为模板而制备的有关人造材料独特的性质和功能.以纳米层级的精度和客体基质(无机和有机的)精确复制自然纤维素物质,能够最大限度地把其优异性能(如多孔隙结构和高内表面积)引入到相应的人造材料中去.应用表面溶胶-凝胶方法可以在纤维素物质的纳米纤维表面以纳米级别的厚度可控沉积金属氧化物凝胶薄膜,特定功能的客体物质能够进一步地表面组装于其上;继之以合适的方法去除纤维素模板成分即得到相应的具有纤维素物质阶层状结构和形貌的人造功能材料.本文简述了以此为基础设计和构建新型纳米结构材料(如金属氧化物及其复合纳米材料、聚合物纳米材料、硅和金属纳米材料等)的研究进展.以自然纤维素物质为模板或支架开发功能材料是一条获得新型功能纳米材料的简便、低成本和对环境友好的捷径.     

功能生物界面的“微纳尺度构建-功能-力学耦合”机制

功能生物界面由于其呈现出的独特功能引起研究者的极大兴趣,而微纳尺度结构是其关键结构基元,它们是界面特定功能的内在本质.然而直到目前描述刻画特定功能的整个形成过程依旧困难.越来越多的证据开始支持功能生物界面上的"微纳尺度构建-功能-力学耦合"的论点.本文重点介绍不同微纳尺度复合功能生物界面上的"形貌和力学耦合行为",以获得对微米纳米复合结构更好的理解.还介绍了自然界中生物体表气/液/固三相生物界面的"形貌-力学耦合行为",生物体内微纳尺度的"形貌-力学耦合行为",微纳尺度人工界面上活细胞的"形貌-力学耦合行为"和微纳尺度形貌、界面曲率与力学微环境的最新研究进展,并提出了一些新的概念,如"基于空间曲率的形貌-力学耦合行为"、"医学功能生物界面"和"生物力药理学"等.     

氨基化单分散超顺磁荧光PGMA多功能微球制备

通过分散聚合法制备微米级单分散聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)微球, 并对其进行氨基改 性, 随后在微球内部原位沉积合成磁性纳米粒子, 溶胀渗入量子点, 最终制备了氨基化、微米级、单分散、超顺磁、荧光复合多功能聚合物微球. 通过扫描电子显微镜(SEM)观察微球表面形貌, 并计算平均粒径及变异系数, 结果显示微球平均粒径为1.42 μm, 变异系数3.8%. 傅里叶红外光谱仪(FTIR)表征证明PGMA微球成功引入氨基. X射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强计(VSM)分析表明原位生成了磁性纳米粒子, 微球具有超顺磁性. 荧光显微镜观察到多功能微球具有较强荧光强度. 紫外灯照射下磁分离实验表明微球兼具磁性和荧光. 所合成的多功能微球有希望应用于生物分离、生物成像、生物标记和荧光检测等领域.     

新型C60-Ag纳米体系及其光限幅性质

合成了一种新型的Th－对称的富勒烯六加成衍生物HDTC60。该化合物具有12条长链，内部是亲水的三甘醇基团，外部是正癸基链，是一种反相类胶束分子。利用该种六加成衍生物为模板以及微反应器制备了HDTC60－Ag复合纳米体系，并用紫外－可见吸收光谱、透射电子显微镜等手段进行了表征。结果表明，HDTC60－Ag复合纳米体系具有典型的银纳米粒子的表面等离子体共振吸收峰，此纳米体系中的银纳米颗粒粒度均匀，大小约为4.7nm，光限幅实验研究表明，HDTC60－Ag复合纳米体系的形成可极大改善富勒烯衍生物本身的光限幅性质。     

计算机模拟辅助设计聚合物接枝纳米粒子的构筑

优化聚合物纳米复合材料性能的关键在于实现对纳米粒子表面配体链的可控调节,包括对链分子量、分散性、接枝密度等的精细调控.由于实验受限于表征手段,理解纳米粒子接枝聚合物的动力学机理仍有不小的难度.计算机模拟能够以微观或介观的视角去动态地研究该过程,是明确纳米粒子接枝聚合物结构与动力学影响因素的有力工具.本文以本课题组近年来的计算机模拟工作为主线,对当前在聚合物接枝纳米粒子的构筑领域所取得的系统性和创新性成果进行总结和评述,从聚合物接枝纳米粒子的结构特征、基于“接枝到表面”(grafting-to)和“从表面接枝”(grafting-from)两种策略分别构筑聚合物接枝的纳米粒子体系等3个方面进行介绍,对两种接枝过程的动力学主控因素进行阐述,为聚合物纳米复合材料的设计和调控提供新思路.     

3种新形纳米氧化钛阵列体系的模板组装与表征

采用二次阳极氧化工艺制备了高度有序的多孔氧化铝模板, 通过模板法与溶胶-电泳沉积和溶胶-凝胶法结合的模板组装技术, 合成了3种具有高比表面积的纳米TiO₂阵列体系. 采用溶胶-凝胶模板法合成了直径50 nm, 长20 μm, 间距100 nm的棒状TiO₂纳米线阵列体系; 并通过控制模板孔深, 合成了TiO₂纳米点周期性调制薄膜, 薄膜表面的纳米点直径75 nm, 点间距100 nm, 薄膜背面为致密结构; 采用溶胶-电泳模板合成方法制备了形似糖葫芦的TiO₂纳米线阵列体系, 纳米线直径75 nm, 长为20 μm, 每根线都具有周期性的凹凸结构, 形似糖葫芦. 3种纳米阵列体系具有更大的比表面积, 可以预见这种表面调制的阵列体系, 将表现出不同于一般意义的薄膜及纳米点、纳米线的新物性和新效应.     

含氟聚合物表面光接枝改性及其与EVA热熔胶粘接性能

含氟聚合物由于良好的耐候性、抗紫外辐射性能和化学稳定性,是太阳能电池背板的关键组成材料.但由于含氟聚合物表面能低,普遍存在与封装太阳能电池组件的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜粘接性差的缺点.本文利用紫外光接枝技术对含氟聚合物膜进行表面改性,将丙烯酸丁酯-三羟甲基丙烷三丙烯酸酯共聚物(PBA-TMPTA)接枝在含氟聚合物表面;研究了辐照时间、单体组成和单体浓度对接枝反应的影响;对接枝前后膜表面的化学组成和表面形貌进行了表征,结果表明紫外光接枝反应能够成功地在含氟聚合物膜表面引入接枝层.PBA-TMPTA共聚物改性后的含氟聚合物与EVA胶膜层压粘接后剥离强度可达未改性膜的15倍以上(17.6N/cm),而接枝含有羟基和羧基官能团的共聚物并不能改善其粘接性能.通过模型实验推断合成PBA-TMPTA过程中未反应的双键参与了粘接界面的化学反应而形成了界面间的共价键,因此界面粘接性能的改善主要是由于化学键作用而非物理作用.     

ZnO微米片修饰TiO_2纳米晶复合薄膜的染料敏化太阳电池

通过阴极电沉积工艺,成功地将随机辐射取向分布的ZnO微米片作为散射层自组装在TiO2纳米晶(TN)薄膜表面上.用分光光度计研究了400～800nm光谱范围内ZnO微米片的光散射性能.结果表明,在ZnO微米片-TiO2纳米晶(ZT)复合薄膜中,ZnO微米片层对入射光具有非常出色的光散射能力.同时用ZT复合薄膜制备的染料敏化电池相对于单独用TN薄膜制备的电池具有更高的短路电流密度和光电转换效率.     

封面说明

<正>在自然界中,经过亿万年的自然选择,许多植物表面和动物体表展现优异的疏水特性.一些疏水表面具有自清洁、减阻耐磨、防腐和各向异性等特性.采用高速电火花线切割方法在铝合金表面制备出亚毫米级微观槽棱结构表面,再使用电刷镀工艺在槽棱结构表面上均匀地沉积镍原子,制备微-纳米结构,形成亚毫米、微米和纳米类水稻叶多尺度层级结构.电刷镀形成的双尺度微观结构是多尺度层级结构疏水表面获得疏水性的根本原因,     

ZnO微米片修饰TiO2纳米晶复合薄膜的染料敏化太阳电池

通过阴极电沉积工艺, 成功地将随机辐射取向分布的ZnO微米片作为散射层自组装在TiO₂纳米晶(TN)薄膜表面上. 用分光光度计研究了400～800 nm光谱范围内ZnO微米片的光散射性能. 结果表明, 在ZnO微米片-TiO2纳米晶( ZT)复合薄膜中, ZnO微米片层对入射光具有非常出色的光散射能力. 同时用ZT复合薄膜制备的染料敏化电池相对于单独用TN薄膜制备的电池具有更高的短路电流密度和光电转换效率.     

基于多肽和蛋白质分子的纳米生物界面效应及其应用研究

通过对纳米结构进行表面生物和化学修饰,能够赋予其崭新的界面性质.本文概述了纳米颗粒表面共价修饰和非共价修饰多肽和蛋白质的常用方法,对比了两种修饰方法的优缺点以及构筑纳米生物结构存在的问题;并介绍了多肽和蛋白质界面修饰在改善纳米颗粒生物稳定性、生物分布和靶向性方面的研究工作;在此基础上介绍了纳米生物结构基于抗原-抗体特异性识别在生物检测领域的应用;此外,简单介绍了纳米生物结构在应用过程中所面临的挑战.希望本综述能够有助于科技工作者了解纳米生物结构的构筑方法及其应用方面的进展和挑战,为多肽和蛋白质修饰纳米结构的设计合成提供一些启发和思路.     

细菌表面镀镍的透射电子显微镜与原子力显微镜表征

近年来微生物细胞由于尺寸小、几何外形标准多样和资源丰富等特点成为制备金属纳米结构或材料极具吸引力的生物模板. 以典型的革兰氏阴性菌——大肠杆菌为模板通过无电子化学镀成功制备了具有标准杆状外形的表面镀镍的纳米金属材料, 并利用原子力显微镜和透射电子显微镜对化学镀镍前后的大肠杆菌作了形貌学上的表征、测量与对比. 结果显示, 空白对照菌表面平整光滑并在云母基底表面表现出较显著的铺展效应; 经过活化和化学镀镍后的菌细胞表面粗糙度明显增大, 并在基本保持原有菌模板外形的基础上, 其高宽比有所增大. 超薄切片结果表明, 菌细胞表面的金属镍镀层分布均匀, 其厚度处于纳米量级.     

蝾螈足垫形貌特征及黏附机制

为探讨东方蝾螈足垫的黏附特性,本文分别进行了蝾螈的黏附实验研究及其足垫的微观形貌分析.黏附实验结果显示:东方蝾螈能够黏附在超过90°的光滑干或湿的玻璃表面上,整体显示出较强的剪切抵抗能力,与蝾螈亚成体相比,蝾螈幼体表现出更强的垂直黏附效率.形貌分析结果显示:蝾螈亚成体的足垫表面存在大量的黏液腺孔,表皮细胞间存在窄裂缝,而蝾螈幼体的足垫表面黏液腺孔稀少,表皮细胞(大小约29?m)排列紧密,细胞被明显的凸起边界(宽度337±82 nm,高度180±55 nm)围绕.蝾螈亚成体和幼体的足垫表皮细胞表面均被一层尖端呈半球形的纳米柱阵列覆盖,纳米柱被小沟槽围绕.纳米柱的数量密度约为60个/?m2,其高度和宽度相当,约为160 nm,对应约1.0的高宽比.纳米压痕测试显示:蝾螈足垫表面较软,其有效弹性模量约为564.8±239.1 k Pa.基于黏附实验及形貌分析结果,文章重点讨论了足垫形貌特征与其相适应的黏附机制.本研究可为新一代仿生水下黏附材料的开发提供新颖的启发.     

单束、多束飞秒激光在CdS, SiC和GaN表面诱导一维和二维纳米周期结构

报道了单光束、双光束和三光束飞秒激光在CdS, GaN, SiC样品上诱导形成周期远小于激光波长的纳米周期结构. 研究表明, 其形成机制不同于入射光与表面散射光干涉的经典机制, 二次谐波的产生可能在其中起着重要作用; 双光束激光干涉在SiC晶体表面诱导形成二维微米-纳米复合周期结构, 干涉花样决定微米长周期结构, 长周期结构的烧蚀斑上形成了短周期的自组织纳米结构. 在上述研究基础上, 初步探索三光束干涉形成二维、三维微米-纳米复合周期结构.     

具有无机/有机核壳结构的窄分散发光微球的合成与表征

纳米晶在光、电、磁、催化等方面都表现出优良的性质, 而复合了纳米晶的单分散无机或有机胶体微球在光子晶体的组装和研究中更展现了突出的优越性, 使含有纳米晶的无机或有机胶体微球的制备成为近来微球合成工作的重点[1,2]. 代表性的工作[2~8]有利用反复静电沉积技术, CdTe纳米晶被复合到二氧化硅或聚苯乙烯微球的表面; 利用溶剂的溶胀或溶胶凝胶法, CdTe纳米晶也被复合到无机或有机胶体微球里. 其中CdTe纳米晶复合的单分散无机/有机胶体微球发光性能稳定, 既可以将单个微球用作标记物, 也可以用以组装成具有有序结构的功能材料, 具有很好的应用前景. 本文中, 我们利用前面工作中制备的尺寸可控的SiO2-CdTe共混微球为模板1)进行乳液聚合, 成功地合成了窄分散的SiO2-CdTe/聚合物核壳微球, 以一种简便易行的方法实现了CdTe纳米晶与聚合物的复合, 并对其形貌和发光性质进行了详细的表征. 这些核壳微球在光子晶体、生物标记和发光高分子材料等方面具有潜在的应用前景.........................     

“接触引导”和重力场复合作用对L929细胞生长取向的影响

“接触引导”与外力场作用是影响细胞取向行为的两大因素. 本文通过软刻蚀技术在聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)表面制作微米级沟槽图案, 研究了当重力场方向平行于材料表面且分别垂直或平行于沟槽方向时, 图案与重力的复合作用对L929细胞取向行为的影响. 研究表明, 当重力场方向和沟槽方向平行时, 由于“接触引导”效应, 大部分细胞(约90%)仍然沿沟槽(细胞轴向与沟槽夹角在0°~30°区间内)生长; 而当重力场垂直于沟槽方向时, 沿沟槽生长的细胞虽仍然占多数(约70%), 但比例显著下降. 该研究表明, 与重力因素相比, 虽然由沟槽图案所引起的“接触引导”效应对细胞的生长取向起主导作用, 但是当重力场与沟槽方向垂直时, 重力作用显著降低了“接触引导”的程度; 而当两种因素方向相一致时, 两者对“接触引导”的发生无明显的协同促进作用.     

基于AFM针尖电化学刻蚀的金纳米电极制备

利用导电原子力显微镜针尖, 对组装在单晶硅上的有序长链硅烷(OTS)单分子膜进行微区电化学氧化, 非破坏地改变其表面甲基为羧基, 形成线宽、间距在纳米量级且可控的梳状结构模板. 然后通过镉离子吸附, 与硫化氢(H₂S)气体反应, 生成硫化镉(CdS)线, 继续与氯金酸(HAuCl₄)反应, 形成金纳米结构. 通过导电原子力显微镜测试, 发现其具有较好的导电性, 可以作为纳米电极.