基于氧化石墨烯-微纳光纤的微加热器制备及其性能研究

利用近红外光在微纳光纤传输时产生的强烈倏逝场效应将氧化石墨烯沉积在微纳光纤表面,组装成具有优异光热转换性能的氧化石墨烯-微纳光纤,得到一种新型的光驱动微加热器.通入较小功率的近红外光,微加热器能诱导各种液体(例如N,N-二甲基甲酰胺、去离子水)产生高温相变进而产生微泡,显示了良好的光热转换效应.结果表明,在N,N-二甲基甲酰胺中,微泡按一定周期循环生长,重复搅动液体.在微流芯片中,这些微泡可用于操控微纳米颗粒、微纳米线等.在去离子水中,产生的微泡结构稳定、不易破裂,可用于聚集微粒等.该微加热器具有制备简单、尺寸小、损耗低、激发功率小、效率高等优良特性,在微机电系统、微流控芯片等领域具有良好的应用前景.     

基于微纳光纤的光热捕获研究及应用

光热捕获利用微纳光纤上的温度梯度场,实现了对周围液体中的大量微纳米颗粒捕获、收集、迁移和分离等操作.通过在微纳光纤表面涂覆一层氧化石墨烯(GO)胶体薄膜,制备出具有良好光热转换性能的微加热器.通入小功率的近红外光,GO薄膜产生一个温度梯度场.结果表明,该温度梯度场对微粒具有良好的捕获作用,可长时间、大范围地捕获分布于周围液体中的聚苯乙烯小球、银纳米线等不同形状、密度的微粒.该光热捕获装置具有操作简单、易于制备、耗能功率小的特点,在微粒捕获、微纳米器件加工等领域有良好的应用前景.     

微加热器温度场的数值求解与分析

为深入探讨微加热器表面产生周期性气泡的普遍规律,需要对微加热器的温度响应和分布进行研究.对微加热器和周围液体工质进行了无量纲固液耦合传热分析,以铂金属薄膜微加热器和液体工质水为例,通过对瞬态能量方程的理论分析和数值模拟,发现产生周期性气泡所需的无量纲加热时间与金属膜的厚度无直接关系,而与无量纲热源值密切相关;对周期性电压方波脉冲加热方式和周期性电流脉冲加热方式进行了对比,认为电压方波脉冲加热方式更符合实验需求;另外还提出了金属表面液膜的过热液层厚度和加热影响区.     

微热气泡驱动下的微流控的理论研究

微流控技术是指在微纳米尺度下利用流体的动力学特征，对微粒进行俘获、富集、自组装等微操作的技术.其已发展为一个生物、化学、医学、材料、光学、流体、机械等多学科交叉的崭新研究领域.其中，微热气泡驱动的流体具有优异的可操控性，受到越来越多研究者的关注.本文基于微热气泡的产生机制，结合热力学和流体力学的理论知识，采用COMSOL Multiphysics 4.4数值计算软件，对微热气泡驱动下的流体的流速场进行模拟和定量分析.结果证明，微热气泡表面具有马格兰尼效应，其驱动下的流体以漩涡的方式高效地俘获和富集微粒，与实验现象相符.因此，本文从理论上探究微热气泡驱动下的流速场性质，对提高微流体的可操控性，促进微流控技术的发展都具有重要的意义.     

纳米通道内气泡核化的分子动力学模拟

为了探讨壁面浸润性与流体初始密度对气泡核化位置以及纳米气泡在凹槽内生长核化影响规律,本文采用分子动力学方法研究纳米结构微通道内液体氩的沸腾核化过程。通过改变固液势能的相互作用参数来调整壁面浸润性。结果表明：纳米凹槽壁面浸润性对气泡核化过程具有重要的影响。一方面,当固体表面的浸润性较弱时,凹槽内流体受排斥力的作用,原子排布比较稀疏,原子碰撞频率增大,局部活化能聚集,从而导致气泡在纳米凹槽内形成。另一方面,当壁面浸润性较强时,气泡会在微通道中央形成。此外,区别于均质浸润性纳米凹槽内气泡曲率半径及接触角保持不变的核化动力学行为,其在异质亲疏水匹配的纳米结构微通道内产生了显著的差异。当壁面浸润性维持不变,核化气泡的曲率半径随着流体初始密度增大而增大,与之相反,稳态接触角却随之减小。     

微纳米气泡的特性及其在果蔬中的应用

气泡广泛存在于自然界中,其在生产实际应用中具有重要的作用。按照气泡直径不同可分为大气泡、微米气泡、微纳米气泡、纳米气泡。通过对微纳米气泡特性进行深入分析研究,针对微纳米气泡具有粒径小,在水中存在时间长等不同于普通气泡的特点,详细论述了微纳米气泡的特殊性质在果蔬食品方面的应用现状及发展前景,并对其在其他领域的应用进行了展望,以期为微纳米气泡在更多领域中的应用提供参考。     

纳米气泡的形成及其对微细粒矿物浮选的影响

通过1个自制的、运用水力空化原理产生纳米气泡的发生装置,研究发现纳米气泡能够强化微细粒白钨矿浮选。为了更好地认识纳米气泡的性质,运用Malvern Nano ZS 90纳米粒径电位分析仪研究放置时间、油酸钠浓度、溶液p H以及空化时间对纳米气泡尺寸分布和Zeta电位的影响。研究结果表明:纳米气泡能够在油酸钠溶液稳定存在1 h以上,具有很强的稳定性;纳米气泡尺寸随着油酸钠浓度增高而减小,随着p H增大而增大;表面电负性则随着p H的增大不断增强;超过一定时间范围后,延长空化时间对纳米气泡的尺寸并无显著影响,这可能是溶液中溶解气体在水相和气相中达到动态平衡所致。纳米气泡能够提高微细粒白钨矿的浮选速率和回收率。     

微纳米光纤腐蚀动力学及其光学特性研究

本文利用氢氟酸腐蚀石英光纤的方法，制备出微纳米光纤，并通过实验及OptiFDTD软件研究微纳米光纤的光学特性。在实验中通过利用CCD与数据采集卡对氢氟酸腐蚀中的石英光纤进行实时监控来研究微纳米光纤的光功率损耗与直径的关系，发现微纳米光纤的光功率损耗与直径关系曲线大致符合玻尔兹曼函数模型。而通过OptiFDTD软件模拟微纳米光纤的波印廷矢量分布的结果，发现了随着微纳米光纤直径的减小，微纳米光纤的倏逝场会越来越大，而且当微纳米光纤直径与输入的光波波长相比拟时，光波几乎只沿着光纤的表面传播。实验结果表明微纳米光纤具有制备简单、尺寸小、倏逝场大等优良特性，在传感器等领域展示出诱人的应用前景。     

脉冲加热下流动沸腾的气泡动力学

为深入研究微电子原件表面沸腾换热中存在的问题,对脉冲加热条件下影响气泡动力学的因素进行了研究。以不同主流流速下微加热器表面产生的气泡为对象,进行实验。以100μm×20μm的长方形铂膜为加热表面,发现了3种典型的气泡型态:1)单气泡;2)大气泡中分裂出小气泡;3)加热膜上先后产生大小气泡。此外对气泡脱离加热膜后的合并现象以及影响气泡脱离直径的因素进行了研究,发现加热功率和脉冲频率是影响气泡动力学的主要因素。     

脉冲加热下流动沸腾的气泡动力学

为深入研究微电子原件表面沸腾换热中存在的问题,对脉冲加热条件下影响气泡动力学的因素进行了研究。以不同主流流速下微加热器表面产生的气泡为对象,进行实验。以100μm×20μm的长方形铂膜为加热表面,发现了3种典型的气泡型态:1)单气泡;2)大气泡中分裂出小气泡;3)加热膜上先后产生大小气泡。此外对气泡脱离加热膜后的合并现象以及影响气泡脱离直径的因素进行了研究,发现加热功率和脉冲频率是影响气泡动力学的主要因素。     

模拟孔喉构型变径通道中微气泡流动特性研究

为了了解微泡沫驱中微气泡在多孔介质中的渗流特性,设计制作了一种集成T型通道和变径通道的微流控芯片,采用基于显微成像的微流控系统观察了液相分别为去离子水和0.02%吐温20水溶液时,微气泡在变径通道内的流动特性,并采用CFD方法分析了微气泡融合、变形过程中速度和压力变化情况。研究结果表明,以去离子水为液相时,随着气体压力和液相流速的变化,微气泡在流经变径通道时出现融合和不融合两种行为;以0.02%吐温20水溶液为液相时,微气泡在流经变径通道时会依次通过;微气泡在“喉—孔”处融合时,表面张力促使微气泡变形导致周围流体速度波动较大,形成“涡流”;融合后的气泡再次进入“喉道”时,“孔道”内压力增大。本研究有助于进一步认识微泡沫驱的渗流特性及驱油机理。     

基于单层MoS2纳米片的复合物制备及其光热性能和体外药物释放

将聚乙二醇(SH-PEG)修饰在单层MoS 2纳米片表面并进一步接枝聚乙烯亚胺(PEI),用以连接透明质酸(HA),从而构建一种新的HA-PEI-LA-MoS 2-SH-PEG纳米药物递送系统。用透射电镜、傅里叶变换红外光谱仪、紫外可见分光光度计、Zeta电位分析仪、动态光散射仪等仪器表征材料的形貌及理化性质。使用盐酸阿霉素(DOX)作为模型药物,研究复合物HA-PEI-LA-MoS 2-SH-PEG@DOX的体外药物释放行为。同时,在二硫化钼纳米复合物上负载一种新型的光热剂黑色素(Mel),研究其体外光热效果。结果表明:制备的纳米复合材料HA-PEI-LA-MoS 2-SH-PEG@(DOX/Mel)具有pH和近红外光(NIR)双重刺激响应药物释放的性能;黑色素的加载显著提高了MoS 2纳米复合物的光热效果,具有应用于肿瘤化学光热协同治疗的前景。     

基于石墨烯和模间干涉的光纤气体传感器

为了实现对空气中有毒、有害气体进行精确监测预报,提出了一种石墨烯包裹的拉锥与错位级联型光纤气体传感器.包裹在光纤锥形传感区域的单层石墨烯和错位熔接的光纤导致的模间干涉,会使沿光纤表面传输的倏逝场得到大幅增强,提高了对折射率的灵敏度,其灵敏度可以达到1.2×10⁴nm.随着石墨烯表面吸附的气体分子量的增加,复合波导的有效折射率会发生规律性的变化,从而引起干涉波长的衰减和移动,进而通过检测输出光信号的变化而实现气体分子浓度的检测.研究表明,该传感结构具有体积小、机械强度好、光谱品质好、灵敏度高等优点.     

Biomimetic preparation of elastomeric fibers with micro/nano structures on the surfaces

Bioinspired by the spinning of spider silks, the biomimetic preparation of elastomeric fibers with micro/nano structures on the surfaces was attempted, and as a result, three types of ultrafine fullvulcanized powdered nitrile-butadiene rubber (UFPNBR)/thermoplastic polyurethane (TPU) fibers were made. The first fiber was only decorated by the micron-sized grooves on the surface, and the second fiber was dotted by both the micron-sized grooves and nanometer-sized spheres on the surface, while the third fiber was helical and with a concave–convex surface. The biomimetic preparation mainly consisted of four steps, and the formation mechanism was described as an integrated mechanism of diffusion, coagulation, self assembly, and microphase separation. The micro/nano structures on the fibers were controlled by changing the mass ratio of UFPNBR to TPU and environment of vertical stretching. The UFPNBR/TPU elastomeric fibers were hoped to have an integrated function of superhydrophobicity, self cleaning, and mechanical improvement of toughness or strength.     

注塑模零件电刷镀纳米镀层的耐磨性能研究

利用电刷镀技术制备了含纳米SiO2和石墨粉的非晶态Ni-P合金复合镀层，并对其摩擦磨损性能进行了研究。研究表明，当纳米粉体在基质镀液中分散良好时，该复合镀层具有较高的显微硬度，较好的耐磨性及减摩性；当分散不良时，镀层的各项性能未见明显改善。模具试验表明，复合镀层有效地降低了干摩擦状态下注塑模推管与摩擦件的表面划伤与金属转移。     

Coating for Nano Super Soil-repellency of Cashmere Fabric

The nano-size metal oxide was prepared by the single-disperse technique on liquid phase, and formed sol dusters, its uniform film was covered on the surface of cashmere fibers by coating, and it had good oil repellency and water repellency. The results of IR（infrared） Spectrometer analysis revealed： The nano material combines through the strong bonds with the surface of cashmere fibers by the live groups. These analyses by SEM techniques showed that the nano material was distributed on the fiber surface even, and the nano material formed the strong peak of the regular crystal phase structure using the X-Ray Diffractometry （XRD） to analysis the fabric. The optimum techniques were selected by a series of experiments, coated cashmere fabric not only has preserved original properties of softness and comfort, but also has good properties of Bi-repellency function. Therefore, the technique will have potential appfication in engineers.     

PVP辅助水热法制备Fe_2O_3/石墨烯纳米复合材料

纳米结构过渡金属氧化物与石墨烯的复合材料,已被证明是高可逆比容量和优异循环稳定性的新型锂离子电池负极材料之一,其制备工艺尤为重要。以九水硝酸铁、氧化石墨为原料,采用PVP辅助水热法制备Fe_2O_3/石墨烯纳米复合材料,探讨水热反应温度、反应时间条件对Fe_2O_3结构的影响,利用XRD和TEM对样品结构及形貌进行表征。结果表明:水热反应的最佳条件是温度为160℃、时间为12 h,制备得到Fe_2O_3粒径大小约为34砌,结晶度高,且均匀地分散在石墨烯表面。     

硅基微结构气体传感器结构的有限元模拟分析

利用金属铂的热阻、 热敏特性, 以及SiO₂和SiN_x良好的绝 热、 绝缘特性, 设计一种以铂丝为加热层, 叉指状的金电极为敏感膜信号电极, SiO₂和SiN_x为隔热和电绝缘层的硅基微热板结构气敏元件. 并利 用有限元分析工具ANSYS, 对所设计的硅基微结构气敏元件的加热器进行了稳态过程和瞬态 过程的模拟和分析, 得到了元件表面的稳态热场分布和瞬态响应的分析结果.