Al2O3 绝缘栅SiC MIS 结构基本特性的研究

采用原子层淀积(ALD)方法在4H-SiC(0001)8°N-/N+外延层上制备了超薄(~4 nm)Al₂O₃ 绝缘栅高介电常数SiC MIS 电容. 通过对Al₂O₃ 介质膜以及Al₂O₃/SiC 界面微结构和电学特性 分析表明, 实验所得Al₂O₃ 介质膜具有较好的体特性和界面特性, Al₂O₃ 薄膜的击穿电场为25 MV/cm, 并且在可以接受的界面态密度(2×10¹³ cm^-2)下具有较小的栅泄漏电流(8 MV/cm 电场 下漏电流密度为1×10^-3 A/cm^-2). 电流-电压测试分析表明, 在FN 隧穿条件下, SiC/Al₂O₃ 之间的 势垒高度为1.4 eV, 已达到制作SiC MISFET 器件的要求. 同时, 在整个栅压区域也受 Frenkel-Poole 和Schottky 机制的共同影响.     

金纳米粒子对成骨细胞MC3T3-E1增殖、分化和矿化功能的影响

研究了金纳米粒子(Au NPs)对成骨细胞系MC3T3-E1的增殖、分化及矿化功能的影响. 结果表明, 浓度为1.5×10⁻⁴, 3.0×10⁻⁵, 1.5×10⁻⁵ ?mol•L⁻¹的20和40 nm金纳米粒子均促进MC3T3-E1细胞的增殖、分化及其矿化功能, 呈现出了剂量和时间的依赖关系. 逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)结果表明, 20和40 nm的金纳米粒子促使runt相关转录因子2(Runx2)、骨形成蛋白2(BMP-2)、碱性磷酸酶(ALP)和骨钙素(OCN)基因的表达上调, 而且表达量高于加NaF的阳性对照组. 研究结果显示, 金纳米粒子能够促进MC3T3-E1细胞的成骨分化及其矿化功能. 而且, 不同粒径的金纳米粒子对MC3T3-E1细胞的增殖、成骨分化及其矿化功能的影响有所不同. Runx2, BMP-2, ALP和OCN 4种基因之间相互影响, 从而刺激了MC3T3-E1细胞的成骨分化.     

氧化钛/氧化石墨烯复合结构及其光催化性能

采用氧化石墨和硫酸钛作为初始反应物, 在低温下(<100℃)制备得到了纳米级的氧化钛-氧化石墨烯插层复合材料, 即TiO₂-Graphene Oxide intercalated composite, 可记为TiO₂- Graphene Oxide. 这种材料是以经碱溶液剥离后单层和多层的氧化石墨混合物(即氧化石墨烯)作为负载, 由Ti(SO₄)₂水解生成的[TiO]²⁺基团通过静电吸引扩散进入到氧化石墨烯层间, 在低温条件下成核生长, 形成了TiO₂-Graphene Oxide插层复合材料. 同时,还研究了这一复合材料的紫外光催化性能, 结果表明, 在采用TiO₂-Graphene Oxide插层复合材料对甲基橙溶液进行紫外光催化降解时, 其降解效率达到η=1.16 mg•min⁻¹•g⁻¹ (此为复合材料15 min内对甲基橙的降解效率), 明显优于同等条件下P25粉的降解率η=0.51 mg•min⁻¹•g⁻¹.还对TiO₂-Graphene Oxide插层复合材料的可重复使用性能和稳定性能进行了研究. 最后, 通过对TiO₂-Graphene Oxide插层复合材料进行XRD, XPS, TGA, ESEM和HRTEM测试, 表征了产物的晶相、界面状况、热性能及其显微结构, 并分析了这一复合结构对改善光催化性能的主要影响因素和作用机理.     

基于皮胶原纤维的雷达吸波材料

将皮胶原纤维(CF)与水杨醛反应获得具有席夫碱结构的胶原纤维(Sa-CF), 再进一步与 Fe³⁺配位结合后制备了基于胶原纤维的雷达吸波材料(Fe-Sa-CF). 采用同轴线传输/反射法和雷达波散射截面(RCS)法测定了在频率为1.0~18.0 GHz范围内的电磁参数和雷达吸波特性. 研究表明, CF的电导率为1.08×10⁻¹¹ S/cm, 而经化学修饰得到的Fe-Sa-CF的电导率提高到2.86×10⁻⁶ S/cm; 同时, 在频率为1.0~18.0 GHz范围内其介电损耗角正切(tan?)也提高, 因此, Fe-Sa-CF为电损耗型吸波材料. Sa-CF(厚度 1.0 mm)在3.0~18.0 GHz范围具有一定的吸波性能, 对雷达波的最大反射损失(RL)为−4.37 dB; Fe-Sa-CF的吸收频带加宽, 在1.0~18.0 GHz范围内均表现出较好的雷达吸波性能, RL最高值为?9.23 dB. 随着Fe-Sa-CF厚度的增加, 对雷达波吸收强度进一步提高, 当厚度为2.0 mm时, 对频率在7.0~18.0 GHz之间的雷达波的RL值达到−15.0~−18.0 dB. 因此, 皮胶原纤维经过化学修饰后可以制成具有厚度薄、密度小、质量轻、吸波频带宽、吸波强度高的新型雷达吸波材料.     

钛硅纳米复合氧化物粉体表面化学结构特征

采用3种溶胶凝胶工艺制得钛包硅、硅包钛及钛硅均匀混合3种结构的钛硅纳米复合氧化物粉体, 每个结构的SiO₂摩尔分数分别为10%~30%. 利用X射线光电子能谱(XPS)及高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对样品表面的化学结构进行表征. 对所有经773和1173 K热处理的样品表面研究表明: 有相当数量的Si原子在表面富集, 其含量随热处理温度升高而增加; 表面Ti³⁺, Ti²⁺, Si³⁺, Si²⁺低价氧化物与Ti⁴⁺和Si⁴⁺氧化物共存, 随热处理温度升高和SiO₂含量增大, 表面低价钛氧化物和低价硅氧化物含量增大; 钛硅复合氧化物表面的浅表层为富氧层, 多余的氧可能来自化学吸附水. 复合结构不同导致表面各种价态的钛氧化物和硅氧化物含量不同. 这些结果表明溶胶凝胶法制得的钛硅纳米复合氧化物粉体表面为双层结构, 即第一层为富氧层, 第二层为SiO_x/TiO_y (x, y<2)层. 钛和硅的低价氧化物可能是由Ti⁴⁺和Si⁴⁺的热扩散引起的, 而这种热扩散可能与Ti⁴⁺和Si⁴⁺之间的强相互作用有关.     

磺化聚砜质子交换膜在低温常压电化学合成氨中的应用

用氯磺酸为磺化剂, 二氯乙烷为溶剂, 低温下对聚砜进行改性, 制备磺化聚砜质子交换膜, 以NiO-Ce_0.8Sm_0.2O₂-δ(SDC)为阳极和阴极材料, 银-铂网做集流体组成单电池, 在自制的合成氨测试装置中用湿氢气和氮气进行合成氨测试. 测试结果表明, 该质子交换膜在室温具有较高的质子导电率, 在353 K下质子导电率最高为2.5×10^-3 S/cm, 合成氨产率为3.2×10^-9 mol/(cm²·s), 实现了低温常压下合成氨.     

交联剂用量对氨基功能化纳米Fe3O4磁性高分子材料吸附性能的影响

采用悬浮聚合法经共聚、开环反应, 得到了3种具有核-壳结构、以乙二胺为官能团的氨基功能化纳米Fe₃O₄磁性高分子材料(EDA-NMPs). 考察了其作为吸附剂对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能, 优化了最佳吸附实验条件, 并着重研究了高分子聚合过程中交联剂二乙烯基苯(DVB)的用量对所得EDA-NMPs材料吸附性能的影响. 结果表明, 材料合成过程中DVB的用量对EDA-NMPs的吸附性能有显著影响. 在最佳吸附条件(pH 2.5, T = 35℃)下, 共聚过程中不添加交联剂二乙烯基苯(DVB)时得到的材料对Cr(Ⅵ)的饱和吸附量(q_m)最大, 可达135.14 mg•g⁻¹, 初始吸附速率为1111.1 mg•g⁻¹•min⁻¹, 以3种吸附剂处理浓度为50 mg•L⁻¹的含Cr(Ⅵ)废水时, 去除率均超过99%, Cr(Ⅵ)的剩余浓度低于0.31 mg•L⁻¹, 达到国家排放标准(≤0.5 mg•L⁻¹).     

水中氟喹诺酮类抗生素加替沙星的光降解

氟喹诺酮类抗生素是在水环境中不断被检出的新兴污染物, 研究其环境行为和毒理效应具有重要意义. 加替沙星是一种代表性氟喹诺酮类抗生素, 本研究考察了模拟日光照射下, 水中加替沙星的光降解动力学、影响因素与机理. 加替沙星的光解遵循准一级反应动力学. 纯水中加替沙星发生了直接光解及·OH 和¹O₂ 参与的自敏化光解, 其表观光解量子产率为(5.94± 0.95)×10⁻³. 与纯水中相比, 加替沙星在淡水、海水中光解较慢, 这归因于pH 及水中溶解性物质的复合影响. 在pH 5~11 范围内, 加替沙星在其等电点附近光解最快. Cl⁻和Fe(Ⅲ)对其光解动力学没有显著影响(P>0.05),而腐殖酸(HA)和NO₃ ⁻明显抑制其光解(P<0.1). HA 和NO₃ ⁻可以通过光掩蔽效应减慢加替沙星的光解, 或者捕获·OH 和¹O₂, 抑制自敏化光解. 发光菌(Vibrio fischeri)毒性实验表明, 加替沙星光降解生成了具有较高风险的中间产物.     

“嫦娥一号”多通道微波辐射计测量估算全月球月壤层氦3含量

由太阳风注入月球表面月壤层的氦3(³He)是一种可供核聚变燃料使用的最有价值的月球资源之一. 以Apollo月壤样品为基础, 提出月表面³He含量与月表面归一化太阳风通量、月壤光学成熟度以及TiO₂含量之间成线性关系. 中国2007年10月24日首次成功发射的“嫦娥一号”(CE-1)探月卫星在世界上首次载有多通道微波辐射计, 用于测量月表面微波辐射亮度温度(brightness temperature, Tb). 本文根据CE-1观测的多通道Tb数据反演的全月球月壤层厚度, 估算全月球月壤层³He总含量约为6.6×10⁸ kg, 其中月球正面3.7×10⁸ kg, 月球背面2.9×10⁸ kg.     

高气压非平衡等离子体源的小型化研究

大气压非平衡等离子体源输出的等离子体浓度是电离电场中能耗率、气体粒子动量的的函数. 实验表明, 等离子体源中的能耗率、气体粒子动量增加时, 将大幅度提高其等离子体浓度. 当外加激励电场能耗率为2.18 W·h/m³、气体粒子平均动量为109×10^-22 g·m/s时, 一个体积仅为2.5 cm³的等离子体源处理气量为12 m³/h, 其输出等离子体浓度达到1010 cm^-3以上, 这将为化学工业、环保工程及军事应用提供小型、低能耗的高浓度等离子体源.     

多层高储能密度玻璃陶瓷电容器的串式内电极设计

研究了用于提高电容器储能密度的玻璃-陶瓷电介质材料和电容器内电极结构.经计算表明, 该玻璃体经850℃退火结晶3 h得到的玻璃-陶瓷储能密度可达17 J/cm³, 适合作为制备高储能电容器(HESDCs)所需的电介质材料. 为HESDCs设计了一种多层串式内电极结构, 且每一层电极实际上是经金膜和银浆料电极组合而成. 这种电极结构能够消除由浆料电极烧结中不可避免地引入残余孔隙缺陷的影响, 从而大大提高了电容器的耐击穿强度. 相对传统的单层电极结构, 采用此结构能够将电容器的储能密度提高一个数量级以上. 这种结构的电容器, 如果用最优选择得到的玻璃-陶瓷作为介质材料, 即使考虑了由介电层材料封装成实际电容器的过程会增大电容器总体积从而降低其储能密度的因素, 其储能密度也有望达到7.5 J/cm³.     

Fe3O4-SiO2-Polypyrrole纳米核壳颗粒的制备及其吸附性能

制备了一种高磁响应的Fe₃O₄-SiO₂-Polypyrrole纳米复合核壳颗粒, 并成功应用于水相体系中重金属离子Cr₂O₇²⁻的吸附研究. 分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱仪(FTIR)和振动样品磁强计(VSM)对产物的结构、形貌与磁性能进行了表征, 结果揭示, 核壳复合吸附材料由400 nm大小的Fe₃O₄多晶球簇内核、100 nm厚度的非晶SiO2壳层以及外层聚吡咯材料组成, 其饱和磁化强度为43.5 emu/g. 通过电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)研究了其对重金属离子的吸附性能, 按照Langmuir等温吸附模型计算的饱和吸附量为35.52 mg/g. 证明对于Cr₂O₇²⁻离子, 该核壳结构纳米材料是一种性能良好、可高效磁分离的吸附材料.     

光腔衰荡光谱技术研究AsH2自由基:Ã2A1(000)−X~2B1(000)

采用光腔衰荡光谱(cavity ringdown spectroscopy, CRDS)技术在19870~20250 cm⁻¹能量范围内研究了AsH₂自由基 òA₁(000)−X^~2B₁(000)带的高灵敏高分辨吸收光谱. AsH₂自由基由AsH₃/Ar混合气脉冲直流放电产生. 通过对K′_a≤ 5,N′≤ 10的777根谱线进行了转动标识和最小二乘拟合, 获得了精确的激发态光谱常数和转动项值. 其中转动项值和部分高阶光谱常数均为首次得到. 通过分析发现部分K′_a≤ 4的转动能级和全部K′_a≤ 5的能级受到了扰动, 扰动很可能来自于基态的高振动激发态.     

MEH-PPV/TiO2纳米管混合膜光伏特性的研究

对基于[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑](MEH-PPV)/纳米TiO₂混合材料制备的光电二极管的光伏特性进行了研究. 研究发现, 加入TiO₂纳米管制备的器件具有高的开路电压和短路电流. 通过进一步优化MEH-PPV:TiO₂纳米管器件的材料混合比例, 在500 nm, 16.7 mW/cm²的入射光照射下, 器件的短路电流达到了9.27 mA/cm², 开路电压达到了1.1 V, 功率转换效率相应地达到了0.017%, 其中功率转换效率比没有掺杂的MEH-PPV器件提高了10倍.     

以PCA揭示降雨期间岩溶地下水文地球化学的形成

通过对降雨条件下重庆青木关地下河出口姜家泉水文地球化学指标的高分辨率监测, 发现各种指标对降雨响应迅速. 采用主成分分析(PCA), 提取能代表84.961%信息量的3个主成分, 来反映岩溶地下水水文地球化学的形成. 结果表明, 降雨造成的以浊度、Al³⁺、全Fe、全Mn、Ba²⁺和NO₂⁻等离子浓度升高为代表的土壤流失, 和以HCO₃⁻, Ca²⁺, Sr²⁺等与灰岩溶解有关的离子浓度和电导率降低为代表的稀释效应, 对水文地球化学特征变化的贡献率为41.495%; 以Na+, NO₃⁻, PO4₃⁻, K⁺, Cl⁻等离子浓度和电导率升高为代表的农田中残留肥料及鸭子代谢物, 对水文地球化学特征变化的贡献率为37.449%; 白云质灰岩、白云岩的溶解对水文地球化学特征变化的贡献率为6.017%. 第一场降雨期间, 水质变化主要受进入地下河的农田中残留肥料和鸭子代谢物的控制, 而在第二场降雨期间, 水质变化则主要为土壤流失所影响.     

地球同步轨道磁场和等离子体行为对行星际激波的响应

行星际激波是一个影响全球地空环境包括磁层-电离层时空变化的重要因素. 主要利用1997~2007年的GOES卫星磁场数据和1997~2004年的LANL卫星的等离子体(MPA)数据, 采用个例分析和时间序列叠加的统计分析方法来研究地球同步轨道磁场和等离子体质子(0.1~45 keV)和电子(0.03~45 keV)在行星际激波到达前后3 h内的变化特征以及质子和电子温度各向异性变化可能激发的电磁离子回旋波和电子哨声波. 研究结果表明, 激波锋前到达同步轨道后, 同步轨道总磁场强度在白天扇区(8~16 LT)有明显增强, GSM坐标系下的B_Y分量在激波到达前后几乎无变化, B_Z分量与总磁场变化趋势非常一致. 同步轨道质子密度在夜晚扇区明显增加, 峰值到达1.2 cm⁻³. 质子温度在夜晚扇区增强, 正午之前的扇区(8~10 LT)温度减小. 同步轨道电子密度和温度整体上都是夜晚扇区增强, 白天扇区减弱, 密度峰值为2.0 cm⁻³. 推算出的氧离子密度在激波的影响下黄昏侧密度峰值为1.2 cm⁻³, 并表现出明显的晨昏不对称性. 质子的温度各向异性在正午扇区增强, 夜晚扇区的各向异性明显减小. 在激波锋前到达同步轨道之前, 电子的温度各向异性白天扇区高于夜晚扇区, 在激波锋前到达之后, 正午和黄昏扇区的各向异性几乎不变, 而午夜扇区温度各向异性明显减小. 质子和电子的温度各向异性可能激发电磁离子回旋波和电子哨声波. 根据质子的温度各向异性计算的电磁离子回旋波强度在激波到达后白天扇区(8~16 LT)迅速增加, 最大值为0.8 Hz. 根据电子的温度各向异性计算的电子哨声波在激波到达同步轨道之后表现为白天扇区(8~16 LT)明显增大, 最大值接近2 kHz左右, 夜晚扇区电子哨声波明显减小.     

介孔二氧化硅薄膜固定乙酰胆碱酯酶生物传感器

酸性条件下, 以表面活性剂 F127为模板剂, 正硅酸乙酯和3-氨丙基三乙氧基硅烷为硅源, 在ITO导电玻璃上制备出三维立方结构的氨基功能化介孔二氧化硅薄膜, 然后采用浸渍的方式将乙酰胆碱酯酶和细胞色素c组装固定到介孔薄膜的孔道中, 制备了一种电流型生物传感器. 研究结果表明, 组装后的介孔薄膜具有很好的三维立方结构, 且固定在介孔孔道中的蛋白质和酶分子保持很好的生物活性和电化学活性. 以碘化硫代乙酰胆碱为底物, 细胞色素c为电子传递酶介体, 对该生物传感器的传感性能进行了研究. 当有机磷毒剂敌敌畏浓度在1.0×10^-8 ~ 1.0×10^-3 mol/L范围时, 抑制率与其浓度的对数值呈线性关系, 检测下限可达3.1×10^-9 mol/L.     

瞬态吸收光谱研究水相中三丁基锡与·OH自由基反应机理

利用355 nm激光闪光光解技术研究了无氧和氧饱和两种条件下三丁基锡与亚硝酸水溶液的紫外光解反应. 实验表明,·OH自由基攻击三丁基锡阳离子(SnBu₃⁺)的正丁基生成SnBu₃⁺·OH 加合物, 其二级生成速率常数为(1.05±0.07)×10¹⁰ L·mol^-1·s^-1. SnBu₃⁺·OH 加合物在无氧时发生一级衰减, 其衰减速率常数为(3.50±0.32)×10⁵ s^-1; 氧饱和时, SnBu₃⁺·OH 加合物衰减速率比无氧时要快很多, 表明SnBu₃⁺·OH 加合物能迅速与O₂发生反应, 生成SnBu₃⁺·OHO₂ 加合物. 根据实验结果和动力学推导得到其二级生成速率常数为(6.4±1.3)×10⁸ L·mol^-1·s^-1.     

南阳盆地PETM事件的高分辨率碳同位素记录

PETM事件是发生在古新世-始新世界线附近、由大量甲烷注入大气圈引发的全球快速增温事件. 生物地层和同位素地层研究表明, 南阳盆地玉皇顶剖面的湖相泥灰岩沉积完整地记录了PETM事件, 其δ¹³C值负偏幅度达6.1‰, 是迄今为止世界上分辨率最高的PETM记录. 记录显示, PETM事件在2 cm厚的泥灰岩沉积中触发, 其δ¹³C值由−3.2‰迅速降低到−5.2‰, 表明大量甲烷在极短时间内释放出来, 其原因很可能同灾难性地质事件有关. 全球记录对比表明, PETM事件可以概括为三阶段模式: δ¹³C值的快速负偏、继续缓慢负偏和逐渐回返, 分别对应于甲烷的快速释放、继续缓慢释放和逐渐消耗.     

氧对Er离子注入Si发光的影响

硅中掺杂三价稀土离子Er给出1.54μm波段的近红外发光的研究受到人们的重视.这一方面由于这一发射波段恰好落在石英光纤的最低损耗波段;另一方面由于硅器件集成工艺的成熟与完善为光电集成提供了坚实的技术基础.近来人们研究发现,Si中的氧杂质对增强离子注入Er~(3+)的发光有利,同时发现其它一些电负性较大,质量较轻的负离子也会增强Er~(3+)的发光.本文研究了Si中离子注入Er和氧的发光特性,首次报道了氧离子单一注入Si在1.60μm附近存在一宽带发射,并且讨论了Er、氧共注入Si中氧对Er~(3+)发光的影响.