基于碳纳米复合材料的乳液催化新技术研究进展

碳纳米材料具有大的比表面积、发达的孔结构和丰富的表面化学性质,可与各种无机纳米材料耦合/复合构筑新结构、高性能、表面物理化学性质可调的碳纳米复合材料并用于乳液催化领域.本文介绍了固体颗粒乳化机理,影响乳化体系的因素及基于固体颗粒构建的乳液催化体系的基本原理;综述了氧化物、氢氧化物、碳素材料及其碳纳米复合材料固体颗粒乳化剂的特点,及基于这些固体颗粒构筑的乳液催化新技术的研究进展;指出了目前乳液催化技术研究存在的问题,认为基于碳纳米复合材料作为固体颗粒乳化剂的乳液催化新技术,是未来催化技术的重要发展方向之一.     

聚焦电子束诱导碳沉积实现纳米线表面可控修饰

作为一种典型的准一维纳米材料,纳米线具有纳米材料所特有的小尺寸效应或纳米曲率效应,经表面修饰的纳米线一般具有不同于普通纳米线的特殊性质.利用实验室发展成熟的透射电子显微镜原位辐照技术,以透射电子显微镜中残留的有机气体分子为前驱体,成功地在纳米线表面可控沉积了非晶碳纳米颗粒和碳纳米棒,以及局域凸起的非晶碳膜并形成局域肿大的同轴结构.实验结果表明,该方法能够方便地通过控制聚焦电子束的束斑尺寸、辐照方式、辐照时间以及辐照位置等参数,在纳米线表面精确可控地沉积各种非晶碳纳米结构,从而实现纳米线的表面可控修饰.对聚焦电子束辐照下基于纳米线的各种碳纳米结构的可能沉积机理作了进一步地探索,并针对透射电子显微镜中如何减少因电子束辐照诱导非晶碳沉积造成的样品污染提出了几点建议.     

纳米聚苯乙烯胶乳颗粒的特殊成膜性质

应用多种实验手段对平均粒径29 nm的聚苯乙烯纳米胶乳颗粒成膜过程进行了研究. 样品经不同温度热处理1 h后, 原子力显微镜扫描发现聚苯乙烯颗粒的变形温度约为90℃, 平坦化温度约为 100℃. 90℃以下处理时, DSC扫描在Tg附近有一放热峰, 100℃以上热处理后消失. 固体核磁共振结果也发现在90- 100℃热处理后, 芳香碳和脂肪碳的自旋-晶格弛豫时间发生明显转变. 其密度也在该区间发生突变. 说明纳米尺寸的聚苯乙烯颗粒的凝聚态特征与大粒径(＞1 (m)胶乳或本体聚苯乙烯不同, 从而导致聚合物颗粒在较低温度下即可发生变形和相邻颗粒间的融合.     

水蒸发驱动柔性自支撑复合发电碳膜

利用自然界中无处不在的蒸发作用,收集利用环境中总量巨大的低品位热能是一种新型可持续能源技术.本文制备了一种可直接通过蒸发驱动流动的方式将环境热能转化为电能的柔性自支撑复合碳膜.该复合碳膜由碳颗粒和玻璃纤维组成,具有类似钢筋混凝土结构,因而有良好的柔性和抗拉伸性能.一片尺寸为1 cm×4.5cm×0.13 mm的复合碳膜最高可获得~1 V的开路电压和~0.86μA的短路电流.通过放大面积,最高可得到单个器件~1 V的开路电压和~28μA的输出电流.复合碳膜的这些性质显示了其作为一种新型的可收集环境能源材料,在绿色可持续能源利用方面的应用前景.     

以荧光碳量子点为探针构建基于金属纳米颗粒内过滤效应的氰根离子传感器

<正>荧光碳量子点是近年来备受关注的一种碳基荧光探针,在荧光成像、传感器、复合催化剂、光电器件、能源转换、药物载体等方向和领域获得广泛研究.在之前工作的基础上,本文报道了以荧光碳量子点为探针,构建一种基于金属纳米颗粒内过滤效应的氰根离子传感器.本方法中,荧光碳量子点的激发和发射波长位置与金、银纳米颗粒的局域表面等离子体共振(LSPR)吸收峰波长位置相重叠,使得体系的荧光强度减弱;当加入氰根离子后,氰根将纳米颗粒刻蚀使其粒径变小,LSRP吸收峰强度降低,使得体系的荧光强度增强.当前已发展的以荧光碳量子点为探针的传感器以检测金属阳离子为主,     

碳纳米豆荚内C_(60)分子振荡行为的模拟

利用AIREBO势函数、L-J势函数结合分子动力学模拟方法,对碳纳米豆荚中C60分子的振荡行为进行了模拟.分别讨论了环境温度、碳管管壁层数及C60分子填充个数对碳纳米豆荚振荡性能的影响.研究表明,C60分子沿着碳管轴向做阻尼振荡运动.随着温度升高,振荡频率逐渐减小,振幅衰减速度加快.增加碳管管壁层数使C60分子与管壁间的范德瓦耳斯力增大而滑动摩擦力减小,因而有益于形成稳定振荡.由于C60分子间受力随距离变化以及分子间存在碰撞,增加C60分子填充个数并不能观察到稳定振荡.     

强磁场在介入医学中的应用

强磁场技术被越来越多地应用于介入治疗中.强磁场介入技术,即通过体外可变磁场遥控操纵位于体内带有磁性物质(药物或导管或支架等)来实现介入诊疗的大型集成化医疗技术.通过该技术可以实现在定向精准给药和快速定位治疗,这给治疗带来了极大的便利,也提高了治疗效率.用于心脏血管治疗的心脏介入磁导航系统是近年来兴起的新型介入导航系统,其通过外源性磁场指引下的遥控操纵技术,可完全避免传统手工操作引起的心脏穿孔等严重并发症,大幅缩短培训周期、减少X射线辐射,通过互联网系统更可实现远程介入诊疗和专家系统.磁性纳米颗粒由于其本征的磁性,既可以作为药物载体在强磁场作用下定向施药,又可以用作MRI的T2显影剂,作为介入治疗的辅助手段.通过类似核壳结构的精巧纳米结构挂载其余影像学显影剂,可以制备磁性纳米颗粒多重显影剂.本文将详细介绍近年来使用磁性纳米颗粒制备MRI用T1-T2联合显影剂以及MRI和PET/SPECT联合显影剂的研究进展.此外,基于磁共振成像的介入治疗技术以其独特的优势在医学介入治疗领域得到广泛关注.相应的技术手段大体上可以分为这样的几个方面:电磁非兼容介入治疗,即将治疗器械放置在远离磁共振的区域进行手术,之后将病人移入成像区成像观测;电磁兼容介入治疗,即应用电磁兼容材料制造手术器械,将手术装置和驱动装置都设计成电磁兼容模式;电磁驱动介入治疗,即利用磁共振梯度或者射频磁场的力学驱动特性来驱动手术器械,实现驱动和治疗全部自动化.     

水声共形阵障板影响和阵元互耦计算及发射波束优化

基于边界元理论并结合优化方法, 提出了计算水声发射换能器共形阵驱动电压加权向量的新方法, 该方法可以控制发射波束的旁瓣并获得良好的发射性能. 首先, 由边界元方程推导出在阻抗边界障板条件下换能器阵的振速与辐射声场之间的关系式; 然后, 计算出换能器阵的互阻抗矩阵, 并根据换能器等效电路原理给出了换能器阵的驱动电压与其振速之间的关系式；最后结合优化方法计算出换能器阵驱动电压的加权向量来获得低旁瓣的发射波束. 对14元共形阵进行了仿真计算, 并在消声水池中进行了实验验证. 仿真计算及实验结果表明, 本文方法可以充分考虑换能器阵障板影响和阵元间的相互作用, 不仅使基阵获得低旁瓣的发射波束, 而且使得驱动电压的最大幅值一定时, 换能器阵轴向上的辐射声压达到最大.     

柴油机排气稀释过程中挥发性纳米颗粒形成和变化特性

建立了描述柴油机排气稀释过程中挥发性纳米颗粒形成和变化的H2SO4-H2O二元均相成核和气溶胶动力学耦合模型.利用该模型模拟计算H2SO4-H2O二元均相成核作用下分子团簇的生成率和团簇粒径等参数,以及分子团簇向挥发性纳米颗粒转化过程的气溶胶动力学作用;并考察了燃料硫含量和实验室内稀释采样条件变化对柴油机排气中挥发性纳米颗粒数浓度粒径分布的影响.研究表明:H2SO4-H2O二元均相成核作用产生大量分子团簇,燃料硫、温度、湿度对分子团簇的生成率和团簇粒径产生显著影响.凝并作用使成核作用产生的分子团簇由单分散系向多分散系转化,形成挥发性纳米颗粒;凝结作用进一步促进颗粒向大粒子方向迁移,排气中碳烟粒子会抑制挥发性纳米颗粒的形成;燃料硫含量和稀释参数(初级通道内混合气稀释比、温/湿度和停留时间)等均显著影响挥发性纳米颗粒的数浓度粒径分布.     

仿蜥蜴机器人单腿运动水动力特性仿真及实验

仿蜥蜴机器人是模拟蛇怪蜥蜴运动方式实现水面行走的机器人,其脚掌的运动特性决定了机器人能否实现水面行走.本文通过构建机器人单腿驱动机构及脚掌模型,运用ADAMS软件分析了机器人单腿驱动机构在不同速度时脚掌处入水特性;利用计算流体动力学分析软件FLUENT中动网格技术,仿真分析脚掌拍水、扑水和恢复运动过程,分析机器人单腿驱动速度与空气腔形成的关系,结果表明转速不低于270 r/min时,脚掌能够形成空气腔;最后在实验室环境下进行机器人水面行走实验,实验结果与理论分析结果相符.     

南极阿德雷企鹅繁殖季节生态行为及其声信号

阿德雷企鹅是南极企鹅的优势种。每年10月至翌年3月是南极的夏季,也是南极企鹅等生物的繁殖季节。期间,阿德雷企鹅与其他企鹅先后离开越冬区开始了繁殖回游。它们经历数百公里的回游来到南极大陆后便开始了紧张的一系列种群繁衍活动。直到翌年3月,南极大陆严酷的冬季到来之时,它们又携带繁衍后的种群与其他企鹅离开巢地开始了越冬回游。笔者对阿德雷企鹅在繁殖期间的生态习性进行了调查研究,尤其对企鹅的生态行为（包括恋爱、择偶、交配、产蛋、孵蛋、抚育雏鹅、幼鹅托儿所等）以及伴随生态行为同时发出的声信号进行了反复多次的确认与录音,获得了大量丰富的生态学资料。     

表面等离激元的调控研究与应用

随着对表面等离激元(SPPs)研究的日益深入和高精度纳米加工技术的不断进步, 表面等离激元亚波长光学得到迅速的发展. 由于SPPs具有表面局域和近场增强等特性, 在纳米光子学、能源、传感探测、生命科学等领域均有重要应用. 基于SPPs的特点, 介绍了材料、结构、材料和结构的复合以及柱面矢量光场对SPPs的调控特性及其应用.     

热电材料的基本原理、关键问题及研究进展

热电材料是一种利用固体中载流子(电子和空穴)运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料,在温差发电和便携式制冷等领域得到重要应用。目前,如何协调优化载流子和声子的输运性能,从而提高热电材料能量转换效率,使其在利用余热发电方面发挥更大应用价值是材料学家研究的主要目标。简要介绍了热电效应的基本原理,总结了热电材料发展中的诸多关键科学问题,从结构设计(原子结构、纳米结构以及微米结构)方面综述了近年来的主要研究成果,并强调了温差发电技术对解决当前环境污染和能源危机的重要意义。     

苏北浅滩波浪传播速度的高频地波雷达探测

应用雷达波Doppler正频移与负频移信号联解波速和径向流速方法, 在2011年7月苏北浅滩高频地波雷达观测试验中实现潮间浅滩海面波浪传播速度的观测. 基于频移与波速两级数据质量控制后统计的苏北浅滩平均波速平面分布图, 可分辨出与潮间浅滩、水下岸坡和潮汐水道等浅滩地貌单元相关的波速分区格局. 同步检验表明： 雷达观测波速与现场观测水深的关系统计意义上遵循微幅波理论, 径向流速较大条件下的波速观测质量较好, 复杂地形所致双向波速不等现象导致波速观测质量降低, 高频地波雷达是潮间浅滩动态遥感监测的潜在工具.     

纳米隧道二极管阵列神经网络结构的图像模拟

纳米隧道二极管阵列芯片可以作为一种高速并行运算的数据处理单元, 它是由大量纳米隧道二极管组成的细胞神经网络(CNN), 通过纳米隧道二极管和网络本身的特性可以在硬件层次上实现对数据的高速处理, 如图像的平滑、边界检测与加强等. 基于具有细胞神经网络结构的Ge纳米隧道二极管有序阵列, 将Esaki二极管这一古老的器件及其工艺作为现代的神经网络技术的硬件基础, 通过对这种纳米神经网络结构的模拟, 显示了这种结构在图像处理中的平滑、边界检测及加强的功能, 为进一步的实验研究提供了理论依据.     

蜻蜓翅痣中的纳米纤维层状复合材料

通过场发射扫描电子显微镜, 观察了红蜻翅痣的截面, 发现了令人惊奇的纳米纤维层状结构: 套筒状的翅痣中存在厚度为2~3 ?m的夹心层; 夹心层由二十多层超薄纳米层逐层复合而成; 超薄纳米层的厚度大约为90~150 nm; 每层超薄纳米层由平行排列的纳米纤维黏结而成. 奇异的纳米纤维层状结构, 为理解翅痣的功能和仿生制造提供了启示.     

提高抑制流动分离能力的等离子体冲击流动控制原理

由于介质阻挡放电等离子体气动激励诱导的气流速度及其抑制流动分离的能力难以显著提升, 因此研究新的技术途径提高等离子体气动激励抑制流动分离的能力是十分必要的. 提出基于冲击气动激励的等离子体冲击流动控制原理, 包括冲击激励、涡流控制、频率耦合等内涵, 通过理论研究、实验和数值仿真, 研究了等离子体冲击气动激励机理, 以及等离子体冲击气动激励提高抑制流动分离能力的原理, 并在100 m/s来流速度下验证了等离子体冲击流动控制原理的有效性.     

用于超导量子比特直流特性测试的级联低通滤波器

设计并制作了用于超导量子比特直流特性测试的级联低通滤波器, 该滤波器由LCR滤波器和铜粉滤波器级联而成. 滤波器在77 K温度下的截止频率为120 kHz, 衰减率为−40 dB/decade, 10 MHz以上迅速衰减至−60 dB以下. 频率响应优于单一的LCR滤波器或铜粉滤波器, 能在低温下有效抑制高频噪声.     

亚波长微纳光学的前沿研究(二)*

结合薄膜光学、导波光学和衍射光学制备的亚波长微纳结构器件,具备制作新型功能光学元件的潜力,是当今光学领域备受关注的研究热点。笔者介绍了亚波长导模共振结构应用于可调谐滤波器、彩色图像再现,及其周期性孔阵列结构制备的可调谐滤波器。这些研究展示了微纳米尺度的光学结构不同于宏观尺度的新特征,及其在新技术的广阔前景和科技创新中的重要作用。     

基于靶向多肽的量子点探针用于结肠癌肿瘤组织识别

多肽标记的量子点已经被广泛应用于肿瘤细胞成像, 特别是靶向多肽标记的量子点能够特异性地标记细胞从而识别肿瘤. 然而到目前为止, 还没有靶向多肽标记的量子点用于结肠癌肿瘤组织成像. 本文合成了一种双功能的TCP-1-H6多肽, 这种多肽既有TCP-1的靶向性, 又含有一个组氨酸标签(His-tag). 多肽与量子点可以通过His-tag偶联并通过毛细管电泳表征. TCP-1可以特异性地识别结肠癌细胞的受体. 实验结果表明, 靶向多肽标记的量子点能特异性地识别结肠癌细胞及肿瘤组织. 这一工作对肿瘤细胞的识别诊断研究具有重要的参考价值.