纳米流体导热系数的团簇宏观分析模型

提出了以颗粒团聚成统计平均尺寸的团簇宏观特征量计算纳米流体(纳米颗粒悬浮液)导热系数的物理数学模型.计算远比作者在2003年建议和报道的分形模型法简便.计算示例与讨论表明:所倡导的数理模型可给出纳米流体导热系数可信的预示值,对筛选和优化纳米流体具有一定的指导意义.     

纳米流体导热系数的团簇宏观分析模型

提出了以颗粒团聚成统计平均尺寸的团簇宏观特征量计算纳米流体（纳米颗粒悬浮液）导热系数的物理数学模型.计算远比作者在2003年建议和报道的分形模型法简便.计算示例与讨论表明：所倡导的数理模型可给出纳米流体导热系数可信的预示值,对筛选和优化纳米流体具有一定的指导意义.     

纳米颗粒悬浮液的粘度、热扩散系数与Pr数

从纳米颗粒悬浮液有效导热系数、比热容和粘度等物性值,计算了对应的热扩散系数和Pr数.采用硬球模型并考虑团聚体空间分布及颗粒表面吸附作用,解释了纳米颗粒悬浮液粘度增大的原因.分析表明,纳米颗粒团聚体的形成和空间分布对悬浮液导热系数的影响大于对粘度的影响.     

氢氧焰燃烧制备纳米二氧化硅的团聚现象及流化特性

利用氢氧焰燃烧合成的纳米二氧化硅颗粒,研究了其自发团聚现象及流化过程中的二次团聚行为,考察了流化床床层压降随操作气速和温度的变化,以及颗粒表面能及热处理温度对起始流化速度的影响。结果表明：在范德华力等粘性力作用下,纳米二氧化硅颗粒形成团聚体,团聚体粒度随二氧化硅颗粒表面吸附水分的增多而增大;纳米二氧化硅颗粒在流化过程中,一次团聚体在流体力作用下进一步团聚形成二次团聚体;流化停止后二次团聚体解体,此时纳米二氧化硅的团聚行为与流化前无明显差异;热处理温度对纳米二氧化硅颗粒起始流化速度影响不大,但纳米二氧化硅颗粒的起始流化速度随颗粒表面能的减小而显著降低,而且颗粒的表面处理对床层塌落与膨胀行为具有重要影响。     

纳米颗粒悬浮液有效导热系数的分形模型

运用有效介质近似和分形理论描述纳米颗粒团聚体及其粒径分布,同时考虑颗粒表面吸附作用和颗粒本身尺寸效应的影响,建立起纳米颗粒悬浮液有效导热系数的预示计算模型、计算结果表明,分形模型能够反映低浓度纳米颗粒悬浮液有效导热系数的变化趋势,并与直径50nmCuO颗粒悬浮在去离子水中的实测结果相符.     

基于颗粒团聚理论的纳米制冷剂导热系数计算

用基于颗粒团聚理论的导热系数算法计算了2种铜-水纳米流体在不同配比下的导热系数并与实验数据对比,证明了算法的可行性.使用该算法计算了5种铜-R22纳米制冷剂在不同配比下的导热系数.计算结果表明,颗粒团聚理论和热阻网络法是进行纳米制冷剂导热系数研究的有力工具.     

纳米磁性液体的分散稳定性分析

从纳米磁性液体中磁性颗粒的沉淀和团聚的角度分析了磁性液体稳定分散的条件,讨论了在外场下磁性颗粒的尺寸对其沉淀的影响,并引入势能的概念定量研究了决定磁性颗粒团聚体形成的3种主要作用力。利用数值计算的方法,讨论了3种相互作用势能以及净势能与磁性颗粒间表面间距和表面活性剂层厚度的关系。结果表明,增大表面活性剂层的厚度是避免磁性颗粒团聚体形成的关键措施。     

纳米颗粒球形度对平板通道中Al2O3-水纳米流体强制对流换热的影响

数值研究了水中添加立方体形、球形或柱状Al₂O₃纳米颗粒的纳米流体在平板通道中的层流强制对流换热,分析了纳米颗粒球形度、纳米颗粒体积分数和雷诺数对平板通道中Al₂O₃-水纳米流体强制对流换热的影响. 结果表明:当纳米颗粒体积分数和雷诺数一定时,随着纳米颗粒球形度减小,通道壁面平均努赛尔数增大,对流换热增强;当纳米颗粒球形度一定时,随着纳米颗粒体积分数和雷诺数的增大,通道壁面平均努赛尔数增大,对流换热增强.     

纳米流体中纳米颗粒分散性能的分子动力学模拟

建立以水分子为基础液、中空SiO2纳米颗粒为悬浮粒子的纳米流体模型,采用分子动力学模拟方法研究中空SiO2纳米颗粒在水中的运动特性.结果表明,纳米颗粒在水中首先进行无规则运动,随后相互靠近、黏结,最后达到相对平衡.水分子的加入可以延缓纳米颗粒的团聚,但不足以形成稳定的纳米流体.纳米流体中纳米颗粒间相互作用能为-632 kJ/mol,表现为相互吸引,纯纳米颗粒和纳米流体中的纳米颗粒一旦发生聚集,将无法自行分散.纳米流体中距离纳米颗粒表面较近的水分子扩散系数接近于零;距离纳米颗粒表面越远,水分子扩散系数越大,直至2.43×10-9 m2/s.这意味着纳米颗粒在运动初期靠近速度较快,随纳米颗粒间距离的缩短其靠近速度变慢.     

Pt纳米颗粒几何特征与结构稳定性的原子尺度研究

基于金属纳米颗粒的几何特征及其幻数结构构建了一系列不同粒径和形貌的Pt纳米颗粒,利用改进分析型嵌入原子势与淬火分子动力学模拟研究了其结构稳定性.一方面揭示了各表面位比例、比表面积、平均配位数与粒径、形貌的定量关系;另一方面预测了晶体结构Pt纳米颗粒的平均原子结合能与颗粒尺寸的线性关联;二十面体形貌具有最密排的表面,尺寸较小时表面能的贡献使之成为首选结构,但大尺寸时应变能使之最不稳定;由于应变能的释放,晶态截切多面体小颗粒的稳定性与二十面体相仿,尺寸增大时具有最高稳定性.     

分子聚集型维里状态方程及其应用

本文基于分子热力学理论提出了硬球引力场的分子聚集模型。使用该模型从而将简单维里方程改造为分子聚集型维里状态方程，由它可准确计算包括极性物质在内的饱和汽相体积。计算结果表明，本方程的计算精度优于Ｔｓｏｎｏｐｏｕｌｏｓ方法。     

纳米CeO2的表面改性及其在水介质中的分散性能

采用阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠对纳米CeO₂进行表面修饰,考察了表面改性工艺条件对纳米CeO₂在水介质中粒度分布及Zeta电位的影响,确定了适宜的表面改性工艺条件：改性剂质量浓度60g/L、改性温度25℃、改性时间4h、搅拌速率150r/min,pH 9~11。采用TEM、FT-IR、XRD对改性前后的纳米CeO₂颗粒进行了表征,结果表明改性后纳米CeO₂表面包裹了一层改性剂分子,颗粒在水介质中分散性良好,达到了单分散。此外,采用溶液共混法制备聚乙烯醇（PVA）/ CeO₂纳米复合膜材料,利用UV-Vis分光光度计表征了复合膜材料的光学性能,发现纳米复合膜具有良好的紫外屏蔽性能以及高的可见光透过率,在300~400nm的近紫外光区,复合膜的紫外屏蔽率可达97%,添加5%纳米粒子的复合膜在650nm处的可见光透过率比纯PVA膜降低了3%,保证了复合膜的透明度。     

气溶胶凝聚粒子的分形模拟

分析了大气气溶胶特性的研究意义及气溶胶粒子的分形特征.基于DLA模型模拟了不同原始微粒数目凝聚生长的分形气溶胶凝聚粒子,并将模拟结果与实验观察结果相比较,验证了模拟结果的可靠性.给出了凝聚粒子分形维数随原始微粒数目的变化曲线,结果显示,原始微粒数目直接影响凝聚粒子的分形维数.     

Diameter-controlled growth of aligned single-walled carbon nanotubes on quartz using molecular nanoclusters as catalyst precursors

Molecular nanoclusters containing Fe and Mo atoms have been used as catalyst precursors for the growth of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) on stable temperature (ST)-cut quartz substrates by chemical vapor deposition. Attribute to the uniform catalyst nanoparticles and the confinement effect of the crystalline substrates, well-aligned SWNTs with narrow diameter distribution have been synthesized. Atomic force microscopy measurements show that the mean diameter of the nanotubes obtained by thermal decomposition of ethanol at 900°C is 0.76 ± 0.16 nm, which is the smallest among all reported results for aligned SWNTs. The mean diameter of the nanotubes increases with growth temperature. In addition to using identical nanoclusters as the catalyst precursors, the avoidance of annealing treatment of catalyst precursors is also a key point for obtaining SWNTs with controlled diameters. Using these identical nanoclusters as catalyst precursors and carefully tuning the growth parameters make us closer to the ultimate goal of controlling the chirality of SWNTs.     

纳米流体聚集结构的模拟及其分维数分析

该文根据微粒子在流体中作布朗运动的朗之万理论和微粒子的运动方程 ,模拟纳米粒子在流体中的聚集过程 ,并运用分形理论分析纳米粒子聚集系统的结构 ,建立了模拟纳米粒子无规则运动的DLCA模型。模拟结果表明 ,系统的分形维数与纳米粒子的大小、体积分数等因素有关     

基于纳米复合材料的太赫兹滤波器研究

为了克服高阻硅片过低的太赫兹透过率和激光阈值,通过放电等离子体烧结(SPS)工艺制备了一种新型纳米复合材料,可以作为透过太赫兹波、隔离飞秒激光的高效太赫兹滤波器件.器件整体设计原理主要基于瑞利散射,粒径100nm左右的纳米颗粒可以选择性地使太赫兹波高效透过,透过率最多达90%,远超高阻硅片50%的透过率,并且可以散射掉大部分波长为800nm的高能激光.器件由太赫兹频段吸收率很低的金刚石纳米颗粒和真空球磨得到的高阻硅颗粒组成,金刚石的高熔点提高了激光阈值,疏松多孔的结构进一步减少了太赫兹波段菲涅尔反射损失,器件整体性能优异.     

Au—聚丙烯酰胺纳米复合物紫外辐照法的制备及表征

在紫外辐照法制备Au-聚丙烯酰胺（PAM）纳米复合物过程中,HAuCl4的光还原和丙烯酰胺（AM）单体的聚合反应同步进行,使得生成的胶态Au纳米粒子均匀分散在聚丙烯酰胺基质中。实验发现金纳米的生成过程可促进AM聚合反应的进行,而PAM的生成则可有效地阻止初始形成的Au纳米粒子发生团聚,从而控制纳米复合物中Au纳米粒子粒径明显小于同样条件下没有AM存在时得到的Au纳米粒子粒径。进一步实验还表明,在紫外辐照法制备Au-PAM纳米复合物过程中的Au纳米粒子形成较快,且粒径大小不随紫外辐照时间而发生变化,仅受HAuCl4初始浓度的影响。该方法可广泛应用于各类金属－有机聚合物纳米复合材料的制备。     

Three-dimensional atomic-scale structure of size-selected gold nanoclusters

An unambiguous determination of the three-dimensional structure of nanoparticles is challenging. Electron tomography requires a series of images taken for many different specimen orientations. This approach is ideal for stable and stationary structures. But ultrasmall nanoparticles are intrinsically structurally unstable and may interact with the incident electron beam, constraining the electron beam density that can be used and the duration of the observation. Here we use aberration-corrected scanning transmission electron microscopy, coupled with simple imaging simulation, to determine with atomic resolution the size, three-dimensional shape, orientation and atomic arrangement of size-selected gold nanoclusters that are preformed in the gas phase and soft-landed on an amorphous carbon substrate. The structures of gold nanoclusters containing 3096 atoms can be identified with either Ino-decahedral, cuboctahedral or icosahedral geometries. Comparison with theoretical modelling of the system suggests that the structures are consistent with energetic considerations. The discovery that nanoscale gold particles function as active and selective catalysts for a variety of important chemical reactions has provoked much research interest in recent years. We believe that the detailed structure information we provide will help to unravel the role of these nanoclusters in size- and structure-specific catalytic reactions. We note that the technique will be of use in investigations of other supported ultrasmall metal cluster systems.     

The experiment of nanoparticles spontaneously agglomerating by difusion-limited aggregation on the 2D surface

Ｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆａｇｇｒｅｇａｔｅｓｉｓｓｔｕｄｉｅｄｉｎｍａｎｙｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｆｉｅｌｄｓ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｙ，ｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（２Ｄ）ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎｓｈａｓｂｅｎｗｉｄｅｌｙｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｃｏｌｏｉ...     

Production and characterization of ZnO nanoparticles and porous particles by ultrasonic spray pyrolysis using a zinc nitrate precursor

ZnO nanoparticles and porous particles were produced by an ultrasonic spray pyrolysis method using a zinc nitrate precursor at various temperatures under air atmosphere. The effects of reaction temperature on the size and morphology of ZnO particles were investigated. The samples were characterized by energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and scanning electron microscopy. ZnO particles were obtained in a hexagonal crystal structure and the crystallite shapes changed from spherical to hexagonal by elevating the reaction temperature. The crystallite size grew by increasing the temperature, in spite of reducing the residence time in the heated zone. ZnO nanoparticles were obtained at the lowest reaction temperature and ZnO porous particles, formed by aggregation of ZnO nanoparticles due to effective sintering, were prepared at higher temperatures. The results showed that the properties of ZnO particles can be controlled by changing the reaction temperature in the ultrasonic spray pyrolysis method.