金属材料表面的纳米尺度研究

简要介绍了原子力显微镜的工作原理、操作模式及其在金属材料微观表面形貌。对钢和铜金属表面进行了二维表面形貌、三维立体形貌和表面粗糙程度分析,结果显示不同的金属表面形貌及粗糙程度具有迥异的特征。阐述了原子力显微镜在金属材料研究中广泛的应用,有着广阔的应用前景。     

基于白光干涉的MEMS三维表面形貌测量

利用白光干涉垂直扫描原理,设计了测量微机电系统(MEMS)表面形貌特征的垂直扫描白光干涉系统.该系统由垂直扫描位移工作台驱动被测件,通过检测被测件表面的干涉条纹变化得到表面形貌.垂直扫描位移工作台利用压电陶瓷驱动柔性铰链结构进行纳米驱动,光栅传感器监控整个垂直扫描过程,对压电陶瓷的非线性误差进行实时补偿.垂直扫描位移工作台的性能分析表明:分辨率达到1 nm,定位精度小于10 nm.同时采用图像分析技术对光学仪器测量台阶出现的噪声进行了消噪处理,试验结果表明垂直扫描白光干涉系统能够实现MEMS三维表面形貌的高精度测量.     

巯基苯胺分子膜电压记忆特性研究

利用扫描隧道显微镜(STM)在不同偏压下对组装在金表面的巯基苯胺分子膜进行研究,结果发现在不同偏压下,巯基苯胺分子膜表现出不同的形貌特征,同时这种形貌对偏压的变化具有可逆性,在高偏压下巯基苯胺分子膜的形貌变化特征能够在低偏压扫描下继续保留,说明这种高偏压下的形貌特征具有一定的记忆特性.这种现象可能来自于巯基苯胺分子在金表面的吸附状态受到外加电场改变所致.     

不同加重材料对N80钢表面磨损的实验研究

对比考察了超微重晶石、普通重晶石、四氧化三锰与铁矿粉加重的高密度钻井液对N80金属表面磨损的影响;并利用扫描电子显微镜观察了磨损试件表面形貌;且利用表面粗糙度仪测试了表面粗糙度,探讨了不同加重材料的磨损机理。实验结果表明:超微重晶石对N80钢磨损量是普通重晶石的57.8%,四氧化三锰对N80钢磨损量是铁矿粉的43.8%。在高固相条件下,普通重晶石、超微重晶石、铁矿粉和四氧化三锰对金属表面的磨损主要表现为磨粒磨损、犁削作用、刨削作用和表面疲劳磨损。四氧化三锰和超微重晶石可以充填吸附在金属表面的凹凸处,可显著降低对N80钢表面的磨损程度,四氧化三锰可使得N80钢表面粗糙度降低到铁矿粉的50%。     

水环境变化下泥沙颗粒的界面作用特征研究

 通过泥沙颗粒表面孔隙特征分析实验与硝酸铜吸附实验,分析比较干净态泥沙与原状沙的界面作用规律,说明水环境变化下泥沙颗粒的界面作用特征。采用物理化学吸附仪分析泥沙颗粒的表面形貌特征,实验结果揭示干净态泥沙表面孔隙结构丰富,表面形貌较原状沙复杂。铜离子吸附实验结果给出干净态泥沙与原状沙的最大饱和吸附量分别为0.854与4.525 g/kg,吸附/解吸速率分别为1.511与5.652,表明了原状沙界面作用能力高于干净沙。水环境变化造成污染物在泥沙颗粒表面的吸附与聚集,改变了泥沙颗粒的表面形貌特征,而生物膜与腐殖质的存在增强了泥沙颗粒的界面作用能力,界面作用特征由物理吸附作用转变为化学吸附作用。     

3D花状钨酸锌的制备及其对铜离子的吸附性能

使用阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)-尿素(Urea)辅助水热法成功合成了3D花状钨酸锌(ZnWO4),采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对其结构和形貌进行表征.研究发现:SDS-Urea的协同作用促使ZnWO4由零维、一维向三维结构转变,对诱导3D花状ZnWO4的形成起到重要作用.以3D花状ZnWO4为吸附剂,铜离子溶液为模拟废水,测定其在水体中的吸附行为,结果显示3D花状ZnWO4对Cu2+吸附性能优于商品活性炭,最大吸附容量达293.1mg·g-1.优良的吸附性能归因于合成产物较大的比表面积、丰富的孔隙结构和表面负电性.     

用AFM研究杜仲抗真菌蛋白的晶体生长

随着后基因组时代的到来以及蛋白质组学研究的深入开展,研究蛋白质晶体生长成为生物化学和结构生物学领域一个广泛关注的课题.通过使用原子力显微镜(Atomic Force Microscope,简称AFM)对杜仲抗真菌蛋白(eucommia antifungal protein,简称EAFP)的晶体在有母液存在下原位实时动态地进行了晶面生长观察.研究结果表明:不同过饱和度对EAFP晶体生长形貌的影响较大,较高的过饱和度下生长很快,生长台阶密度高,较高的过饱和度下主要进行各向异性二维台阶的发生、发展,较低的过饱和度下主要采用螺旋位错的生长方式,当过饱和度极低时生长缓慢,且晶体表面有很多小孔存在,晶面生长很不完整;还对不同过饱和度下晶体生长速率进行了定量的测量,也反映了过饱和度对EAFP晶体生长的影响;同时对在AFM观察过程中由探针的扫描速度和方向对表面形貌的影响进行了讨论.     

过渡金属离子与氨基酸形成配合物的NMR研究

氨基酸是生命系统中蛋白质的基本结构单位,生物分子中的氨基酸是金属离子重要的配位体之一。我们测定了甘氨酸、精氨酸等六种氨基酸与金属离子Zn~(2+),Cd~(2+),Hg~(2+)的~1H和~(13)C NMR谱,从而探讨它们的配位机理。实验结果表明,在加入过渡金属离子前后,氨基酸的~1H和~(13)C谱的化学位移位发生了一定的变化,据此可揭示过渡金属离子和氨基酸形成配合物的配位点,进而可研究所形成配合物的结构及其成键规律。     

盐酸处理对活性炭纤维吸附性能的影响

采用盐酸对活性炭纤维进行预处理,通过单因素实验和正交试验比较了不同处理条件对活性炭纤维的处理效果;通过碘吸附值研究处理前后活性炭纤维的吸附性能变化,通过低温液氮吸附表征活性炭纤维的比表面积及孔结构变化,并通过扫描电子显微镜(SEM)和傅立叶红外光谱(FTIR)表征活性炭纤维表面形貌及表面官能团的变化.实验结果表明,经盐酸处理后,活性炭纤维的吸附性能明显提高.且当盐酸质量分数为4%,振荡时间为50min时,其碘吸附值较原样提高24.89%,比表面积较原样增大27.45%,孔容由0.425 639mL·g-1增大为0.465 181mL·g-1,微孔数量增多;活性炭纤维表面形貌较原样变化不大,材料中的含氧官能团的吸收峰略微增强,苯环吸收峰逐渐消失.     

锌铜多孔碳复合材料制备及其吸附碘研究

为了提升吸附材料对放射性碘的去除效果，以溶剂热法制备了锌铜双金属有机框架材料(Zn/Cu BTC),并以此为模板可控热解得到了具有高效吸附性能的锌铜纳米多孔碳(Zn/Cu@NPC)材料。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)和比表面积分析等手段对材料的形貌结构、物化性质进行表征。结果表明：热解得到的Zn/Cu@NPC保持了Zn/Cu BTC的正八面体拓扑结构，表面出现氧化锌(ZnO)纳米颗粒，过渡金属锌的引入有效提升了材料比表面积。Zn/Cu@NPC表现出优异的碘离子吸附性能，吸附容量为212.5 mg/g,是单金属Cu@NPC吸附容量的3.99倍。该材料耐酸碱性、选择吸附性能良好，且再生循环吸附5次后吸附容量可保持首次吸附的90%。     

A study on poly (N-vinyl-2-pyrrolidone) covalently bonded NiTi surface for inhibiting protein adsorption

Near equiatomic NiTi alloys have been extensively applied as biomaterials owing to its unique shape memory effect, superelasticity and biocompatibility. It has been demonstrated that surfaces capable of preventing plasma protein adsorption could reduce the reactivity of biomaterials with human blood. This motivated a lot of researches on the surface modification of NiTi alloy. In the present work, following heat and alkaline treatment and silanization by trichlorovinylsilane (TCVS), coating of poly (N-vinyl-2-pyrrolidone) (PVP) was produced on the NiTi alloy by gamma ray induced chemical bonding. The structures and properties of modified NiTi were characterized and in vitro biocompatibility of plasma protein adsorption was investigated. The results indicated that heat treatment at 823 K for 1 h could result in the formation of a protective TiO2 layer with “Ni-free” zone on NiTi surface. It was found that PVP was covalently bonded on NiTi surface to create a hydrophilic layer for inhibiting protein adsorption on the surface. The present work offers a green approach to introduce a bioorganic surface on metal and other polymeric or inorganic substrates by gamma irradiation.     

Protein adsorption on the poly（L-lactic acid） surface modified by chitosan and its derivatives

Surface modification of biomaterials has been adopted over the years to improve their biocompatibility. In this study, aiming to promote hydrophilicity and to introduce natural recognition sites onto poly（L-lactic acid） （PLLA） films, chitosan and its derivatives, carboxymethyl chitosan（CMC） and N-methylene phosphonic chitosan （NPC）, were used to modify the surface of PLLA films by an entrapment method. Radiolabeled （^125I） proteins were used to measure the amount of protein adsorbed to PLLA surfaces. Fibronectin （Fn） was used to study the protein adsorption on the modified PLLA surfaces, including isotherm adsorption and adsorption kinetics of single protein, competitive adsorption of binary proteins system and serum multi-proteins and the desorption behavior in serum solution. The results showed that in the isotherm adsorption, Fn had a larger adsorption capacity on the CS-modified surface at lower concentrations, but had a high adsorption capacity at CMC-modified surface at higher concentrations. In the study of absorption kinetics, Fn had a fastest adsorption equilibrium and a highest equilibrium adsorption capacity at the CS-modified surface, while it was opposite at the PCS-modified surface. When BSA and serum were added, it had the greatest effect on the adsorption of Fn on the PCS-modified surface. After 6 hours soaking in the desorpUon study, Fn had reached desorption equilibrium on all the modified surfaces, which had different effects on the desorption rate and the remaining percentage of Fn.     

光接枝表面改性聚丙烯膜固定蛋白质的研究

采用表面光接枝改性,以二苯甲酮为光引发剂,在聚丙烯膜表面分别接枝一层聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺(PAM)和马来酸酐(MAH),然后分别在上述接枝层表面对牛血清白蛋白(BSA)进行固定。采用称重法、付立叶红外光谱仪、水接触角测试仪、紫外 可见光谱等测试手段对表面改性效果和固定的蛋白量进行表征。结果表明,在经MAH、AA和AM接枝改性过的聚丙烯膜表面可以固定BSA。而且固定效果率比较为：MAH>AA>AM。     

乙酰丙酮铁配合物对纳米二氧化钛表面改性

通过吸附法用乙酰丙酮铁配合物对纳米TiO2进行表面改性,以光催化降解甲基橙为探针反应,在紫外光照条件下考察了配合物含量、吸附温度、溶剂用量、吸附时间等改性条件对纳米TiO2催化活性的影响。研究表明,用乙酰丙酮铁改性纳米TiO2非常有效。当w[Fe（acac）3/TiO2]为0．25％,吸附温度为60℃,溶剂用量为乙醇／TiO2等于29mL·g^-1,吸附1．5h时,改性后的纳米TiO2催化活性比改性前有了很大的提高。即使在普通白炽灯光照条件下,改性催化剂仍然显示出很高的光催化活性,明显优于非改性的纯TiO2。改性纳米TiO2经过IR、XRD、UV—Vis、荧光分析表征。     

MOFs材料对室内挥发性有机物吸附和光催化降解的研究进展

金属有机骨架材料(MOFs)由于其高孔隙率、高比表面积和高度可调的物理化学结构在气体吸附领域受到广泛关注.与此同时MOFs的类半导体特性也使其成为了光催化领域内的研究热点.本文将MOFs的吸附与光催化两种作用过程结合讨论,提出MOFs材料基于两种作用协同去除室内低浓度挥发性有机污染物的优势.从修饰MOFs的方法分类,综...     

Efficient adsorption of As(V) on poly(acrylo-amidino ethylene amine) nanofiber membranes

Poly(acrylo-amidino ethylene amine) (PAEA) nanofiber membranes have been synthesized by combining the electrospinning technique and subsequent chemical modification. The membranes were used to remove As(V) from aqueous solution. The adsorption kinetics, equilibrium isotherms, and pH effect were investigated in batch experiments. The Langmuir isotherm and pseudo second-order kinetic models agree well with the experimental data. The PAEA nanofibers are effective for As(V) adsorption at pH 3. Experimental results showed that the maximum adsorption capacity of the PAEA nanofibers with As(V) is 76.92 mg g-1 , which is much higher than that of the PAEA microfibers (27.62 mg g-1 ). The adsorption rate of PAEA nanofibers is faster than that of PAEA microfibers due to its higher specific surface area. The PAEA nanofibers can be used as an effective adsorbent for the removal of As(V) in aqueous solution due to high adsorption capacity and short adsorption time to achieve equilibrium.     

改性红蓼对废水中重金属Cu~(2+)的吸附研究

红蓼是一种药用植物,药用后的红蓼残渣表面粗糙,内部疏松多孔,是一种较好的吸附载体。用冰乙酸对药用后的红蓼残渣进行改性处理,用改性后的红蓼残渣对废水中Cu~(2+)进行循环吸附研究。ICP分析表明,冰乙酸改性之后,红蓼残渣对废水中Cu~(2+)的吸附效率达到95.6%,远高于未改性红蓼残渣的吸附效率(59.2%)。3次循环吸附后,吸附效率仍达到87.3%。结果表明,对药用后的红蓼残渣进行酸改性制得的吸附材料具有很好的吸附效果。     

Protein adsorption on materials surfaces with nano-topography

Protein adsorption behavior on the surfaces of biomedical materials is highly related to the biocom- patibility of the materials. In the past, numerous research reports were mainly focused on the effect of chemical components of a material’s surface on protein adsorption. The effect of surface topography on protein adsorption, the topic of this review, has recently received keen interest. The influence of surface nano-topographic factors, including roughness, curvature and geometry, on protein adsorption as well as the protein adsorption behavior, such as the amount of protein adsorbed, the activity and morphology of adsorbed protein, is introduced.     

腐殖酸改性及其对镉的吸附特性

对腐殖酸改性前后表面理化性质的改变及其对水中镉离子的吸附性能进行了研究。结果表明,改性后腐殖酸比表面积和孔结构均有明显改善,吸附能力增强。吸附实验结果表明:随着pH的增大,改性后腐殖酸对镉离子的吸附量增加,在pH约为6时,吸附效率达到最大并趋于稳定; 改性后腐殖酸对镉离子的吸附最高可达20 mg/g,吸附等温线用Langmuir模型拟合最佳。吸附再生实验表明,改性腐殖酸吸附剂具有不易损失、易再生的特点,可以循环使用。     

活性炭表面官能团的氧化改性及其对吸附机理的研究

摘要：本文综述了活性炭表面主要的含氧官能团（surface oxygen groups）,及表面官能团氧化改性的主要方法,并用Boehm滴定法和FT-IR对活性炭表面含氧官能团进行定量和定性分析;分析了表面含氧官能团对有机物和重金属离子的吸附机理的影响;并对其未来研究前景与方向进行了展望。特别强调了对活性炭作为环境纳米材料（物质）的载体在光催化中开展研究的重要性。