界面光蒸汽转化研究进展

光热转化作为一种太阳能利用方式,由于其相对高效、低成本的特点,一直以来被广泛关注与研究.近年来,界面光蒸汽转化作为一种新型光热转化机制,借助微纳结构材料设计及光学、热学有效调控,将太阳能充分吸收并将能量转化局域到气-液界面,从而使得光-蒸汽能量转化效率有效提高,并因此被认为是一种极具前景的高效太阳能光热转化途径.本文介绍了界面光蒸汽转化的相关机制,包括光吸收、热管理和水输送,并展示了通过一系列微纳结构材料设计来提高其能量转化效率的最新研究进展;随后介绍了目前基于界面光蒸汽转化的一些主要应用;最后对界面光蒸汽转化的未来发展方向进行了展望.     

基于吸收式换热技术的多段立式吸收-蒸发器的实验研究与应用

吸收式换热器是吸收式热泵应用于集中供热的关键核心部件.采用多段吸收式热泵机构可以有效提升机组性能:一次网回水温度一定时可大幅降低总传热面积,更重要的是在机组面积不变情况下显著降低一次网回水温度,实现单段机组无法实现的参数.本文在此技术基础上,设计并制作了三段大温差立式降膜吸收-蒸发器单元,并进行了多组工况的实验,测试其性能.该实验单元可以实现水侧大温差,形成三级蒸发压力梯度,与传统单段吸收机相比,实现了梯级换热,换热过程更加匹配;建立一维吸收器传热传质模型,分析并解释了实验中吸收器出现的冷却水出口温度高于溶液温度的现象.实验单元直接应用于实际供热工程中,在不同供暖工况下取得了良好的效果,一次网回水温度可以低至30℃以下.     

纳米结构光子吸收特性的强化及调控

等离激元纳米结构具有很强的光子散射和吸收性能,在光热转换、光化学转换和光电转换等领域有重要应用.本文采用时域有限差分方法(FDTD)对金属/介质、介质/金属纳米结构的光子吸收特性进行模拟,讨论了各层相对厚度对不同组合形式纳米结构光谱特性的影响.金属表面等离激元共振效应的激发,产生强烈的近场效应,使得散射和吸收性能显著增强.通过调节粒子尺寸和各层厚度,可以实现共振吸收强度和共振位置在较宽波段范围的有效控制.同时,讨论了金属、介质两种材料的不同组合形式对光谱特性的影响,相比于金属/介质核壳结构,介质/金属复合结构的光谱特性调节作用更强.控制SiO 2/Ag核壳结构各层相对厚度,可以实现光子吸收特性在宽波段范围内的调节和控制,在光热转换领域将有重要应用.     

热驱动深度制冷循环

吸收制冷循环能利用低品位热能, 例如太阳能、地热和废热等, 具有节能和环保等一系列优点, 有着十分宽广的发展前景. 然而, 传统吸收制冷循环无法获得低的制冷温度, 这一缺陷极大地限制了吸收制冷的应用范围. 为此, 本文研究了一个综合有吸收制冷循环和压缩式自行复叠循环优点的新吸收制冷循环, 以期达到利用低品位热能获得低温的目的, 该循环采用R23 + R134a/DMF工质对. 通过新循环数学物理模型的计算表明, 在160℃发生温度下, 新循环可以获得约-62℃的制冷温度, 远低于传统基本吸收制冷循环所能获得的制冷温度. 同时, 在157℃发生温度下, 新吸收制冷系统获得了-47.3℃制冷温度, 为吸收制冷循环迄今为止获得的最低制冷温度. 理论和实验结果都证明了采用自行复叠原理的新循环能够利用低品位热能获得低的制冷温度. 新吸收制冷循环也可以为其他形式热驱动深度制冷方法提供有益的参考.     

完整糖蛋白为准模板的有机相中聚糖的硼亲和可控定向表面印迹

糖蛋白具有十分重要的生理功能和临床价值,对于糖蛋白的特异性识别具有重要的科学意义和应用价值.分子印迹技术是制备具有特异性分子识别的功能聚合物的重要方法,已经用于糖蛋白的识别.但是,在有机相中以蛋白质为模板的印迹方法容易导致模板蛋白质的变性,不易获得良好的分子识别性能,而以糖链为模板的印迹方法需要比较复杂的糖链制备过程.本文提出了直接以完整糖蛋白为准模板,在乙醇相中可控地印迹其糖链,用于制备能识别糖蛋白的分子印迹聚合物的方法.本文以碱性磷酸酶为目标蛋白,以硼亲和磁性纳米颗粒作为基础材料,通过硼亲和作用固定目标糖蛋白,利用原硅酸四乙酯-无水乙醇印迹体系,根据糖蛋白糖链的结构,无须优化,直接控制印迹时间,仅印迹糖链部分,得到磁性分子印迹纳米颗粒.所得磁性分子印迹纳米颗粒对目标糖蛋白具有良好的特异性识别能力,即使在复杂的实际样品中,也可以保持这种特性.本方法直接使用完整糖蛋白作为模板,无须通过酶切等烦琐步骤获得模板,方法效率高.本文方法在一定程度上克服了传统印迹方法中无法在有机相中印迹完整蛋白的局限,拓展了分子印迹技术的应用范围,在亲和分离与疾病诊断等重要领域中具有重要的应用潜力.     

纳米微晶Fe_(69.5)(CuCrV)_(9.5)Si_(13)B_8在不同温度下的磁性研究

自1988年日本Yoshizawa研制成纳米微晶Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9软磁合金以来,在研制新型纳米微晶及探讨其优良软磁性能的机理等方面都有了很大进展.新型纳米微晶Fe(CuCrV)SiB软磁合金具有更好的性能价格比.本文报道了经不同温度退火处理后的纳米微晶 Fe_(69.5)(CuCrV)_(9.5)Si_(13)B_8 在不同温度下的磁性测量结果,并对经540℃退火后磁性能最佳的机理做了有益的探讨.     

介孔纳米二氧化锆的微观结构及其应用

在无任何稳定剂存在的条件下, 用固态反应-结构导向合成出了介孔纳米二氧化锆分子筛. 所得产品拥有层状或MSU结构, 比表面明显高于文献值, 同时, 其介孔纳米特性稳定性高, 在较高温度下仍能维持. 将该样品引入到甲醇合成用Cu基催化剂后赋予催化剂纳米尺度, 从而改变了催化剂的理化结构和电荷性质, 使Cu基催化剂显示较高的催化活性和优良的选择性. 由不同制备方法所得催化剂反应性能的差异, 探讨了甲醇合成催化剂的可能活性位结构.     

热氧化溅射镀铜膜制备CuO纳米棒及其光致发光特性

CuO纳米结构的物理化学性质使其成为纳米光电子器件、气敏传感器和光检测器等微/纳米器件应用中的关键材料.虽然热氧化法具有简单、高效、低成本和大范围制备等优点,但加热导致的崩裂问题仍限制了其广泛应用,目前仍需发展可在不同基体(特别是半导体Si)上直接生长CuO纳米结构的制备技术.本文通过先直流/射频磁控溅射镀金属膜,再电场辅助热氧化法的方法,成功在Si基上获得了膜基结合力好的CuO纳米棒,使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)分析了Cu膜和CuO的形貌和结构,并用荧光光谱仪测量了CuO纳米棒的室温光致发光性能.研究结果表明:直流磁控溅射获得了择优取向为(111)的柱状晶Cu膜,工艺改进后可完全氧化获得CuO纳米棒/CuO层/Si基的层状结构,其中纳米棒为单晶单斜CuO.本文还通过进一步添加Cr作为过渡层来改善膜-基结合力,解决加热Si-Cu膜时因热应力而导致的开裂问题.虽然射频溅射可在Si基底上获得细晶粒Cu膜,但热氧化后并没有获得一维纳米结构的氧化物.当以紫外光作为激发光源时,CuO纳米棒的发射峰主要为宽的390~470 nm间的深紫到亮蓝发光带,峰位的蓝移主要是源于纳米尺寸的下降.本文探究了CuO纳米棒的制备和光学性能,有助于设计和组装基于Si基-CuO纳米阵列的新型纳米器件.     

磁流体Co-硅油的微观结构

为了揭示磁流体内部微观结构的变化,特别是磁性纳米颗粒的链状排列的细节,本文对一种组分为Ｃｏ＿硅油的磁流体试样进行了光学和电子显微分析.在外加磁场和表面张力作用下,当磁流体的磁化强度达到或超过饱和状态时,磁流体的自由表面呈现许多宏观分离的立体锥状液柱形貌,这种现象与磁粉在磁铁作用下极为相似[1～4].在磁流体中,磁性颗粒由于被稳定剂改性,已与载液胶溶为一体.因而磁性颗粒在磁场作用下使磁流体液柱升高.此时磁流体的磁能降低,而表面能增大[1,4].将磁流体薄层放置在一磁场中,通过光学显微镜观察还可得到各种不同的表面扰动形貌,…     

具有高光热转化率和环境pH响应的载药硫化铜纳米粒子

采用铜离子与硫离子在溶液中直接反应制备粒径为50～60 nm的硫化铜纳米颗粒(CuS NPs).在CuS NPs表面修饰了聚多巴胺层,并利用聚多巴胺(PDA)的非共价键自聚在聚多巴胺层表面负载DOX,从而得到一种核壳结构纳米粒子——DOX@CuS/PDA(其核为CuS NPs,壳为担载阿霉素的聚多巴胺).研究表明,该硫化铜纳米颗粒具备光热敏感特性,在功率为1 W/cm²的808 nm近红外光照射下,光热转化率高达34.2%.在不同pH下释放的研究结果表明,在酸性条件下经过72 h体外释放后, DOX@CuS/PDA累积DOX的释放量是其在碱性环境中的6倍,证明了DOX@CuS/PDA拥有明显的pH刺激响应释放机制.在体外癌细胞实验结果中, DOX@CuS/PDA可以将光热治疗与化学药物治疗相互结合,癌细胞存活率仅有27%～33%,有效地提升了肿瘤细胞灭杀效果.本研究对于光热治疗和化学治疗相结合提供了研究方案,并且对于吸附载药以及pH响应药物释放研究提供了新认识.     

基于多功能纳米磁珠的DNA制备与基因分型

为了构建DNA样品制备芯片, 研发了一种以羧基修饰的磁性纳米粒子作为固相载体, 从全血、唾液和细菌培养基中快速提取基因组DNA并扩增靶基因的通用方法. 这种羧基修饰磁性纳米粒子不但可以从样品中富集靶细胞和从细胞裂解液中吸附DNA, 而且吸附在纳米磁珠表面的DNA可以不用洗脱而直接作为目标基因PCR扩增的模板, 从而通过功能集成简化了从靶细胞富集到靶基因扩增的全过程. 利用该方法实现了微量唾液样品中HLA基因的快速制备与扩增, 扩增产物与固定于寡核苷酸基因芯片上的16条探针杂交进行HLA基因分型, 取得了良好的效果. 由于该方法快速简便, 不使用有毒试剂和离心操作, 便于用以构建快速高通量的核酸制备微芯片.     

共沉淀法制备膨胀石墨基Ca_xZn_y(OH)_(2(x+y))太阳能化学蓄热复合材料

报道了通过共沉淀法制备膨胀石墨基Cax Zny(OH)2(x+y)纳米复合太阳能化学蓄热材料的过程和材料特征.以膨胀石墨为基体,将复合的Ca(OH)2和ZnO微粒加入到多孔基体中,制备出膨胀石墨基Cax Zny(OH)2(x+y)纳米复合材料,通过扫描电子显微镜、能谱仪、差热热重分析仪和X射线衍射仪对所制材料的形貌、吸附特性、复合尺度、热力学性能进行了分析测试.研究结果表明,所合成的材料大部分组分为Ca(Zn(OH)3)2,复合材料的晶体尺寸粒径在31.2~86.4 nm范围内,其脱水温度为151.38℃.     

聚砜-Fe3O4 磁性复合膜超滤分离多糖的研究

超滤分离技术由于其操作简单、分离效率高、无相变、不损害生物活性, 特别适合多糖类活性物质的分离纯化. 本研究应用相转化法, 将纳米级Fe₃O₄ 颗粒填充到聚砜中制备出一种新的磁性聚砜-Fe₃O₄ 复合膜, 将磁性约束复合膜应用于多糖类物质的超滤分离, 通过外加磁场强度的变化调节磁性膜截留率大小, 探讨对多糖类物质进行可控制的膜分离机制.     

复合薄膜CoFe_2O_4/TiO_2的制备及磁性

以钛酸丁酯和金属盐酸盐为原料,采用溶胶-凝胶工艺制备CoFe2O4/TiO2复合薄膜.探讨热处理温度和前驱液pH值对CoFe2O4/TiO2复合薄膜结构及磁性的影响.通过X射线衍射(XRD)分析了复合薄膜的相结构;采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和偏光显微镜(PLM)观测了薄膜表面形貌;用振动样品磁强计(VSM)测试了样品的磁性.结果表明,薄膜生长过程中两相组分的晶体各自析出长大,CoFe2O4均匀地嵌埋于TiO2基体中;薄膜中晶粒的生长对反应体系的pH值、热处理温度依赖性较大,前驱液pH在2~3范围内,经800℃热处理后得到纳米复合薄膜,晶粒平均粒径为19nm;随着热处理温度的升高,复合薄膜的磁性增强.     

聚光型太阳能热发电系统非均匀辐射能流特性及解决方法的研究进展

分别对槽式、线性菲涅尔式、塔式、碟式4种聚光型太阳能热发电技术中的聚光集热系统内非均匀辐射能流分布特性及由此带来的问题和挑战进行了总结,重点回顾了针对非均匀辐射能流特性带来的问题所提出的解决方法的研究进展,包括作者团队近年来在该方面的相关研究.分析看出,吸热器内的太阳能辐射能流分布表现出强烈的非均匀性,不均匀的辐射能流分布必然造成吸热表面/吸热体内不均匀的温度分布,即出现过高的局部温度、过大的温度梯度.局部温度过高容易造成局部热斑烧毁、吸热涂层性能减退、传热流体变性劣化;温度梯度过大导致出现热应力热变形,容易造成吸热器关键部件的结构失稳破坏.接着指出,非均匀的能流分布之所以给聚光集热系统带来诸多挑战,其根源在于吸热器内均匀的吸热能力与吸热表面/吸热体内非均匀的能流分布之间不能相互匹配,进而导致吸热表面/吸热体出现不均匀的温度分布.据此,作者将现有的解决方法总结分类为两种途径:(1)优化吸热器的"吸热"能力,使之与非均匀分布的太阳能流相匹配;(2)均化"聚光"系统内吸热表面/吸热体内的太阳能流分布,使之吸热器内均匀的吸热能力相匹配.最后,本文提出了解决聚光集热系统内非均匀能流特性问题的思路:需要从"聚光"与"吸热"不匹配的矛盾入手,以"光热匹配"为原则对聚光集热系统进行优化,提高"聚光"过程与"吸热"过程的协同性.     

纳米材料在医学中的妙用

细胞分离 一般来说病毒尺寸为80-100纳米,细菌几百纳米,细胞尺寸更大,而纳米包覆体尺寸约30纳米。由于纳米复合体性能稳定,一般不与胶体溶液和生物溶液反应,因此用纳米技术进行细胞分离在医疗临床诊断上有广阔的应用前景。目前生物芯片材料已成功运用于单细胞分离、基因突变分析、基因扩增与免疫分析(如,在癌症等临床诊断中作为细胞内部信号的传感器)。最近伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进实验室利用纳米磁性粒子成功地分离出人体     

DNA在磁性纳米粒子表面的键合及表面增强拉曼光谱研究

DNA磁性纳米粒子在DNA或RNA的分离和纯化、靶向药物的定向以及生物传感器和生物芯片技术中有着极为重要的应用. 采用微乳液的方法有效地把SiO₂包覆在磁性γ-Fe₂O₃粒子表面, 形成了粒径均匀的单分散的磁性纳米粒子, 并在其表面成功地修饰了一层巯基化合物, 将修饰有过硫键的oligoDNA分子共价键合到其表面, 形成了DNA的磁性纳米粒子, 并进一步在其表面进行了杂交实验. 用表面增强拉曼光谱(SERS)对这一过程进行了分析研究, 证明oligoDNA被有效地连接到磁性纳米粒子的表面上.     

磁性氧化铁纳米粒子的研究进展

随着纳米科学的不断发展, 人们对纳米材料的性能提出了越来越高的要求. 磁性纳米粒子由于其特殊的超顺磁性, 因而在巨磁电阻、磁性液体和磁记录、软磁、永磁、磁致冷、巨磁阻抗材料以及磁光器件、磁探测器等方面具有广阔的应用前景[1,2]. 氧化铁(包括α-Fe2O3, γ-Fe2O3, Fe3O4)作为一种磁性原料, 无论在工业生产还是科学研究中都备受瞩目, 将磁性氧化铁制备成具有特殊性能的纳米颗粒已引起了科研人员的极大兴趣及广泛关注. 近年来, 被广泛应用于制备磁性氧化铁纳米粒子及其复合材料的基本方法有溶胶-凝胶法[3](sol-gel法)、强迫水解法[4…     

蓬勃发展的微纳米加工前沿技术——激光微纳制备

正微纳结构化材料是指在功能材料中引入微纳米尺度结构,以提升功能材料性能和拓展其新功能.功能结构的微纳米化不仅意味着能源与原材料的节省,而且带来多功能的高度集成和生产成本的大大降低.实现材料微纳结构化的基础是先进的微纳米加工技术,从晶体管到集成电路,从微电子到微机械与微流体,从微米技术到纳米技术,微纳米加工技术获得     

可见光诱导Ag/AgX等离子体光催化净化NO的性能与机理

贵金属纳米颗粒的表面等离子共振效应使之在可见光区表现出显著的特征吸收.在可见光的诱导下,银/卤化银(Ag/Ag X,X=Cl,Br,I)复合物在污染物净化中表现出了优良的光催化性能.本研究采用室温沉淀法制备了Ag/Ag X等离子体光催化剂,对催化剂的微结构和光学性质进行了表征分析.将制备的Ag/Ag X应用于光催化净化空气中NO,Ag/Ag Cl因具有更强的等离子体效应和更高的电荷分离效率而表现出较高的光催化性能.运用原位红外光谱动态监测了Ag/Ag Cl光催化净化NO的反应过程,从分子层面揭示了Ag/Ag Cl等离子体可见光催化氧化NO的反应机理.本研究为贵金属基等离子体光催化剂的作用机理及空气净化应用提供了新的认识.