超微粉α-Fe_2O_3的光声谱

纳米材料由于其中粒子直径与晶体中电子的德布罗意波长相当,显现许多特异的物理和化学性质,引起了许多科学工作者的浓厚兴趣。由于纳米材料中既有由约50％的原子组成的长短程均有序的晶粒,又有由约50％原子组成的既无长程秩序又无短程秩序的界面,可以预料这种材料会有其它固体材料所没有的独特的体相和界面性质。由于纳米材料是由纳米尺度粒子经加压后制得,因此开展纳米粒子的性质研究是纳米材料研究的基础而又重要的一个环节。为此我们进行了半导体纳米微粉α-Fe_2O_3的光声谱测量和研究。     

石墨烯的生物安全性研究进展

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料.随着石墨烯在实际中的大规模生产和广泛应用,其生物安全性问题也备受关注.大量报道认为石墨烯是一种生物相容性良好的碳纳米材料,部分研究却发现石墨烯具有一定的生物毒性.石墨烯的生物毒性主要依赖于其理化性质(大小、形状、表面电荷、官能团等),与其使用剂量也密切相关.近年来,研究发现石墨烯纳米材料作用于不同生物体会表现出完全迥异的生物毒性.基于此,本文综述了近年来关于石墨烯在细胞毒性、动物毒性和抗菌性方面的研究进展,以期为石墨烯生物安全性评估和生物医学应用提供参考.     

金属玻璃异常放热现象与隐藏非晶相变研究进展

金属玻璃因其简单的金属键结合及原子密堆积结构而成为研究非晶物理的理想材料模型。解开玻璃形成液体的微观结构可以探寻玻璃形成能力的秘诀。许多非晶合金体系在玻璃转变点以上、结晶温度以下表现出异常放热现象,暗示在超过冷液相区间隐藏着非晶相变,这一现象的微观结构本质困扰了学界逾四十年。近来,中子和同步辐射散射等大科学装置的发展为揭示隐藏非晶相变的机制提供了原位、无损以及从原子到纳米级别的多尺度"探针"。最新研究发现Pd-Ni-P这一典型的具有异常放热现象的原型非晶合金在临界转变温度处发生了重入超过冷液体转变,其内在微观机制为中程有序结构的演变所导致的液-液相变。同时通过恰当的热处理,人们可以方便地调控这一类非晶合金的微观结构。经过统计几种具有异常放热现象的典型金属玻璃体系的热物理参数,发现异常放热峰可能与玻璃形成能力有一定的关联。金属玻璃中的异常放热现象及其隐藏的非晶相变为开发新型非晶合金体系并改进合金的性能提供了新的思路。     

上转换发光纳米材料在生物成像中应用的研究进展

稀土上转换发光纳米材料是一类利用近红外光激发而短波长发射的荧光材料, 因其具有发光性质稳定、无光漂白现象、弱的生物样品损伤和高荧光信噪比等优点, 在荧光成像中可弥补传统荧光标记材料的不足而发挥重要作用. 本文重点介绍上转换发光纳米材料在生物成像中应用的进展.     

超细半导体纳米线/棒的可控合成与新奇性质研究及功能应用

超细半导体纳米线/棒是近年来发展起来的一类新型功能纳米材料,由于其具有接近原子尺度的直径和高度的结构各向异性,而表现出强烈的量子限域效应和界面效应,以及由此所伴生的诸多新奇的物理和化学性质,在光电器件与传感检测等领域具有广阔的应用前景,是纳米材料领域研究的前沿和热点.鉴于其独特性和重要性,本文系统总结了超细半导体纳米线/棒领域近年来的研究和应用进展,着重介绍了其制备方法和光学、电学、磁学等新奇性质及其在光电转化、光电探测、光催化、气体传感等领域的应用原理和重要进展;在此基础上挖掘了调控其生长过程和理化性质的内在规律,凝练了该领域发展中所面临的关键难题,展望了未来可能的发展方向,希望借此推动这类特殊纳米材料的快速发展.     

高T_c YBa_2Cu_3O_x超导体中铜的价态的荧光光谱研究

La-Ba-Cu-O复合氧化物高温超导现象的发现,引起了全世界对超导研究的强烈兴趣。大量的研究结果表明:这种高T_c超导材料的主要物相是具有钙钛矿结构的正交晶型的YBa_2Cu_3O_x。这一物相中氧的缺陷情况和铜的价态与超导性质密切相关,一般认为Cu~(2+)和Cu~(3+)同时存在。根据荧光谱的测定,在390nm处观察到一个发射峰,意味着在此超导物相中有Cu~+存在。     

N掺杂ZnO的缺陷识别与物性调控

ZnO由于其室温下激子稳定存在,因此是一种具备高效发光性能的宽禁带半导体材料.然而,由于ZnO材料本征缺陷种类繁多、性质复杂,且缺乏合适的p型掺杂剂,其出色的光电性能一直未得到应用.近年来,越来越多的研究工作指出, ZnO的材料性质极大程度依赖于其中杂质缺陷的组成,因此对ZnO中缺陷的种类识别和调控手段的研究成为ZnO材料走向应用前待解决的重要问题.本文结合近年来的研究进展,介绍了ZnO中各类本征缺陷的性质和调控手段,指出了N掺杂ZnO体系中受主的主要来源,获得了抑制补偿施主和诱导浅受主的一系列有效方法.在此基础上,提出了等价元素-受主共掺技术,实现了ZnO纳米材料的p型掺杂及同质结LED,并进一步拓展了ZnO纳米材料应用于存储器和宽频光探测器.     

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.     

封面说明

<正>高效储能技术被认为是解决可再生能源和余热资源波动性和间歇性问题的核心.其中,相变储热凭借材料储热密度大、工作温度波动幅度小且材料和容器热稳定性强等优点,在科学研究和工程应用中前景广阔.但相变材料较低的传热能力制约了储能过程的储、放热功率.拓扑优化方法凭借其设计自由度高、理论性     

纳米颗粒Ag的晶格畸变

纳米材料许多特有的性质,与其晶格结构密切相关。对纳米Ni微粒的研究表明,晶格收缩导致其Curie温度下降。由于晶格畸变(收缩),键长缩短导致纳米微粒的键本征振动频率增大,使得纳米材料光吸收带“蓝移”。晶格畸变引起纳米材料的晶格势场变化,改变了电子的运动状态,使得材料的电输运行为异常。纳米材料的晶格畸变引起的奇异性质倍受关注,对纳米材料晶格结构变化的研究也不断地深入和系统:人们先后用各种技术研究了用气体冷凝法、等离子体溅射法和高能球磨法等方法制备的纯组元纳米材料的晶格畸变,观察到了或收缩或膨胀的不同畸变结果。究竟纳米材料的晶格畸变与什么因素有关,如何看待晶格或收缩或膨胀等不同畸变结果,这需要对纳米材料的晶格畸变做进一步的研究。     

多孔介质的相变和热化学储热性能

探讨了利用多孔材料增加相变和热化学储热功率的可行性,研究了金属泡沫和膨胀石墨添加在储热材料中对储放热过程的影响.低温相变材料采用的是石蜡,高温相变材料采用的是硝酸钠,热化学储热工质对采用的是镁/氢化镁.实验研究了两种相变材料在开孔金属泡沫中的储放热过程.对膨胀石墨质量分数分别为3%,6%和9%的石蜡/膨胀石墨复合相变材料也进行了研究,并与采用金属泡沫的复合相变材料进行了对比.结果表明,金属泡沫具有更好的传热能力,主要因其具有膨胀石墨所不具备的内部连通结构.但是,金属泡沫会抑制液态区的自然对流,特别是对于低黏性的相变材料,因此导致了在固态区、固液共存区和液态区具有不同的传热特性,表明金属泡沫并不是在每个区域都能增强换热.数值研究了热化学储热材料在加入金属泡沫前后的放热过程.在热化学储热中加入金属泡沫,可使反应床平均温度下降,明显提高放热功率.同时,由于放热反应存在最佳反应温度,在一定氢气压力和壁温条件下,通过加入不同孔隙率的金属泡沫对放热功率进行研究,表明反应床加入的金属泡沫存在最佳孔隙率,使得床层整体温度更接近最佳反应温度,实现放热功率最大化.     

稳定同位素(13)~C标记C_(60)的制备及光谱性质

富勒烯纳米材料因其独特的结构和生物活性在生物医学领域广受关注,然而真正实现它们的商业化应用,仍需要进一步地研究,解决关键的生物安全性问题.本文利用电弧放电法,以稳定同位素13C直接替位掺入C60碳笼上的骨架碳原子,合成了13C-C60,确定了稳定同位素13C的掺入量,研究了稳定同位素效应所引起的C60分子质谱及振动光谱的变化特征,证实这种13C直接标记法不破坏富勒烯碳笼的本征结构.研究发现13C标记的C60分子的质谱分子离子峰呈正态分布,较强的分子离子峰m/z随13C标记量的增加而增大;其分子振动的红外和拉曼光谱虽然都保留了C60分子的特征光谱峰,但又随13C标记量的增加而发生不同程度地迁移和劈裂,这主要是由于稳定同位素13C的掺入,致使C60分子结构的对称性降低.这种稳定同位素13C标记富勒烯13C-C60,将为安全、无损、定量的富勒烯纳米材料体内的生物安全性研究奠定重要基础.     

纳米硅薄膜的扫描隧道显微镜研究

纳米硅薄膜(nc-Si:H)是由纳米尺寸超细微晶粒构成的一种纳米材料。其晶粒所占体积百分比为50％,其它50％则为大量晶粒之间的界面原子所占据,而界面对纳米材料的结构和物性具有重要作用。由于纳米硅薄膜结构上的新颖性,使它具有一系列不同于同类物质晶态材料或非晶态材料的特殊性能,有利于在器件中的应用。     

表面化学修饰调控无机二维纳米材料的磁性及其应用

无机固体材料中的电子自旋态是决定其磁学行为的核心因素,同时也是实现高效磁能转化和灵敏磁响应的重要基础.近年来,由于具有新奇自旋结构和维度降低带来的新奇量子态,二维纳米材料,特别是单层和寡层无机二维材料,其磁学性能引起了广泛研究,极有希望应用于下一代自旋电子器件中.二维纳米材料具有极高比表面积使得表面态非常重要,因而化学修饰策略能应用于调制其本征物性.本文概述了近年来发展的利用表面化学修饰对无机二维纳米材料本征磁性调控的系列进展,并基于此将该类材料广泛应用于磁电阻、磁热效应等.     

纳米结构氧化铜修饰的石英晶体微天平用于氰化氢气体传感的研究进展

综述了有关氧化铜纳米材料修饰的石英晶体微天平(quartz crystal microbalance,QCM)传感器的发现及其对氰化氢传感性能的系列研究工作.首先简要介绍了剧毒气体氰化氢及其现有检测方法和石英晶体微天平.然后讨论了不同结构和形貌的氧化铜纳米材料的合成和表征.在此基础上介绍了以氧化铜纳米材料为敏感膜,以高灵敏度QCM为检测平台的传感器的制备及其对氰化氢独特而优异的传感性能.进一步探讨了氧化铜纳米材料修饰的QCM传感器对氰化氢的传感机理.最后,就该领域研究存在的问题及未来的研究和应用方向进行了讨论、总结和展望.     

影响纳米材料毒性的关键因素

随着纳米技术的发展,越来越多的纳米产品开始进入人们的日常生活,纳米材料的毒性因此成为人们日渐关注的问题.近年来,纳米材料毒性的研究取得了很大进展,包括体内和体外实验研究纳米材料与生物大分子、细胞、器官和组织的相互作用以及其引起的毒性.纳米材料通过诱导氧化应激和炎症反应等机制产生一系列毒性效应.纳米材料本身的物理化学性质对其毒性有决定性的影响,这些性质包括尺寸、形状、表面电荷、化学组成、表面修饰、金属杂质、团聚与分散性、降解性能以及"蛋白冠"的形成.阐明物化性质对纳米材料毒性的影响,对于纳米材料的合理设计和安全应用具有重要的意义.本文对影响纳米材料毒性的关键因素进行了总结和分析,对近年来纳米材料毒性效应的研究进展进行了综述.     

医药磁性氧化铁纳米材料的研究和发展

以氧化铁纳米颗粒为代表的医药磁性纳米材料,近年来在医学健康领域得到越来越多的重视.作为唯一得到食品药品监督管理局(FDA)批准,可临床使用的无机功能纳米材料,氧化铁纳米颗粒在纳米生物医学的研究和应用中发挥着至关重要的作用.本文将聚焦于氧化铁纳米颗粒等医药磁性纳米材料,主要基于本实验室的相关研究工作,介绍该领域的研究和发展.主要从如下几个方面进行论述:医药磁性氧化铁纳米材料的制备、医药磁性氧化铁纳米材料的磁学性质、医药磁性氧化铁纳米材料的生物效应、医药磁性氧化铁纳米材料的组装和性质调控以及医药磁性纳米材料及技术的发展趋势.     

纳米材料对人体的潜在性影响问题

在迅猛发展的纳米科技浪潮中,人们正陶醉于纳料材料的许多新奇功能和广阔的应用前景中。本文从预防医学角度,根据宏观物质制成纳米材料后产生的理化性质变化,阐述了纳米材料可能对生物和人类存在的潜在性影响,并提出进行纳米材料安全性评价的必要性,以便于人类正确地认识和合理地应用纳米材料。     

有机小分子纳米光功能材料的制备研究取得新进展

受分子间作用方式的限制,有机小分子材料的熔沸点较低且易升华,多数无机纳米材料的制备方法并不适用于有机纳米材料．因此有机纳米材料,尤其是有机纳米晶体材料的制备受到限制．探索有机纳米晶体材料新的、普适性的制备方法以及研究结晶性对有机纳米材料光电性能的影响,已经成为纳米材料领域新的研究热点．     

基于烷醇酰胺表面活性剂的新型微乳液法制备CdS量子点

量子点是一种三维量子限域的纳米材料,具有优异的发光性能,Ⅱ-Ⅵ族量子点稳定性强,得到广泛的关注和研究.在量子点制备方法中,传统的有机相和水相制备法被广泛应用,但是其存在反应条件苛刻等局限性.微乳液具有纳米级尺寸的内核,是优良的纳米材料微反应器,能够实现温和条件下制备量子点.在已有关于微乳液法制备量子点的研究中,多采用双(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠(AOT)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等常规表面活性剂,较多关注试剂浓度、比例、温度等因素对合成量子点性质的调控,而关于表面活性剂分子结构对合成材料性质的影响研究尚少.本研究采用天然椰油酰胺表面活性剂微乳液体系制备了CdS量子点,通过与传统CTAB微乳液体系对比,探究了表面活性剂结构对制备量子点材料性能的影响,为微乳液法制备纳米颗粒提供了新的思路.