壳隔离纳米颗粒增强拉曼光谱方法

<正>表面增强拉曼散射(SERS)是一项强有力的光谱探测技术,相对于单分子荧光光谱,它可以提供非破坏性、超灵敏、单分子水平的探测信息.可是,基于银、金、铜等金属衬底实现拉曼效应对表面粗糙和纳米颗粒形状的需求,限制了SERS的实际应用.一些方法扩展了这项技术可针对更广泛的衬底,最为显著的是探针增强拉曼光谱探测方法(TERS).利用该项技术,需探测物质可以位于一般衬底上,衬底上的纳米金探针起到了拉曼信号放大器的作用。     

利用金属纳米线表面等离子体的传导实现表面增强拉曼散射的远程激发

由于表面等离子体共振,贵金属纳米颗粒在入射光的激发下可以产生很强的局域电场,当两个贵金属纳米颗粒或者贵金属纳米颗粒与纳米线相距很近时,在其之间的间隙会产生巨大的电磁场增强作用,从而增强分子的拉曼散射强度,甚至能探测到单个分子的拉曼信号.而表面等离子体除了可以在金属平面上传播外,也可以在贵金属纳米线上传播.当将激光束聚焦到银纳米线的     

热磁对流氧浓度传感器感应机理的实验

氧浓度分析仪被广泛地用于各行各业中,热磁对流氧浓度传感器具有使用寿命长、测量准确度高等优点.它巧妙地利用热磁对流现象引起传感器壁面温度的变化来感知氧气浓度的变化.但是由于热磁对流现象较为复杂,其感应机理尚不明确,为了进一步提高热磁对流氧浓度传感器的测量精度,有必要对其感应机理深入研究.本文通过实验的方法研究了两块方形磁铁构成的非均匀磁场作用下薄壁圆管中顺磁性气体在其中的传热特性.实验结果表明:圆管壁面温度在磁场的作用下较无磁场时有明显的降低,且随着热流密度的增大,管壁温度降低得越明显,管壁温度与热流密度成线性关系;随着热流密度的增大,热磁对流现象引起的平均速度及对流换热系数均增大;氧气浓度每增加10%,管壁温差降低0.12℃,即氧气浓度越高热磁对流现象越明显;所研究系统对于氧气浓度的分辨率约可达0.08%.     

聚合物电解质包裹金核银壳纳米棒制备双模式光学细胞成像探针

报道了一种新型的荧光及表面增强拉曼散射(SERS)双模式光学成像探针. 该探针以金核银壳纳米棒为SERS增强基底, 其表面标记拉曼分子产生SERS信号. 随后通过层层吸附的方法在标记了拉曼分子的金核银壳纳米棒表面包裹聚合物电解质. 最后在聚合物电解质层上连接异硫氰酸荧光素产生荧光信号. 将探针置入HeLa细胞, 实现了荧光、SERS双模式成像. 该探针具有以下优点: (1) 能产生荧光、SERS两种信号, 实现双模式光学成像; (2) 金核银壳纳米棒具有优异的SERS增强能力, 使得探针进入活细胞后仍能提供高信噪比的SERS信号; (3) 聚合物电解质在形成隔离层避免荧光信号被金属淬灭的同时, 提高了探针的生物兼容性. 这种双模式光学成像探针在药物输运和肿瘤靶向等研究中具有重大的应用前景.     

闭合式无线纳米孔电极检测单个外泌体

单个体电化学通过在限域电化学测量界面上检测单个纳米粒子、单个脂质体、单个细胞等的电化学特性,实现对单个体各向异性的研究.这种高度灵敏的电化学方法能够快速测量并区分纳米级单个体的大小和表面电荷等.目前,已在单颗粒催化、环境监测和细胞分析等领域得到应用.本研究通过使用尺寸可控的石英纳米孔作为模板,将贵金属金沉积在石英纳米孔尖端,以形成用于单个体测量的纳米级电化学限域界面,从而制备具有高灵敏度的闭合式无线纳米孔电极.利用该电极构建了单个体电化学测量体系,实现了单个外泌体的检测,获得了信噪比高达25.1的单个外泌体碰撞信号,电化学测量平均电流幅值为15.1 pA,单个信号持续时间为0.4 ms,从而实现了单个外泌体与纳米电极间动态相互作用的实时测量.     

太阳能高倍聚光加热条件下单个固体颗粒下落过程传热特性

下落式固体颗粒吸热器是指固体颗粒在吸热器中下落,同时被太阳光辐射加热,以得到高温固体颗粒.本文建立了单个固体颗粒下落的模型,模拟不同直径的固体颗粒在相同条件下自由下落过程,发现固体颗粒直径较大时,对流损失和辐射损失更小,下落高度能够达到的最大温度更高,所需受热的距离更长.空气流速对固体颗粒的最终温度没有影响,但会缩短固体颗粒在达到最终温度时的下落距离.改变热流密度的大小,发现固体颗粒所能达到的最终温度升高,达到最终温度所需的下落距离缩短.这些结果对下落式固体颗粒吸热器的实验和实际运行具有指导作用.     

基于光学测量的纳米孔单分子分析技术

纳米孔技术因其无标记、低成本、便携式和超高灵敏度等优点受到许多关注,但传统的电测量方法仍受到非理想器件噪声、低通量以及时空分辨率不足等限制.目前已经有许多策略被提出来改进和解决这些限制,其中高带宽和高通量的光学测量技术可以被用来补充或替代电测量.本文总结了基于荧光、等离激元共振效应和表面增强拉曼散射等光学测量方法的纳米孔单分子研究进展,并展望了时空分辨光学纳米孔测量的前景.     

非均匀热流下R245fa/R134a两相流型及换热特性

针对有机工质在非均匀热流边界条件下的气液相变问题,基于质量分数配比为0.7:0.3的非共沸工质R245fa/R134a,建立了非均匀热流下10 mm内径水平管内的两相流动沸腾换热实验系统.实验工况为质量通量175～373kg/(m~2s),热流密度9.95～47.57 kW/m~2.利用高速摄像仪和图像处理技术,对观察到的泡状流、塞状流、分层流和环状流4种流型进行了灰度值分析,并分别绘制了非均匀加热和均匀加热时的流型图.基于流型分析了干度、质量通量、热流密度和饱和温度对两相换热系数的影响,并将实验数据与4种现有关联式进行对比.结果表明,在相同的加热量下,相比于均匀加热条件,非均匀加热条件下流型由间歇流转变为环状流时的初始干度更低;换热系数在低干度区随干度变化较小,而在干度较高的环状流区域随干度增大而增大.此外,换热系数随质量通量、热流密度增大而增大,而饱和温度对对流沸腾区换热系数的影响不大,对核态沸腾区有一定影响.在非环状流区域4种换热关联式的预测能力都表现较差,而在环状流区域SunMishima关联式的预测精度相对最高.     

快速与精确的AFM探针模型重构研究

在AFM扫描成像中,由于探针具有展宽效应等因素,导致扫描图像失真.从数学形态学角度看,可以认为真实图像失真是受到了探针针尖形貌卷积的作用,因而不能反映样品表面的真实形貌.采用反卷积运算处理可以排除这类扫描成像干扰,但需要准确知道探针针尖形貌,这对于AFM纳米扫描图像的精确重构具有实际意义.在已有的探针建模算法中,基于数学形态学的盲建模算法得到了广泛使用,然而该算法存在运算时间较长,最优降噪门限阈值很难确定等问题.针对这些问题,提出一种新的盲建模方法,可以提高盲建模运算速度,并且实现AFM扫描图像的精确重构.仿真和实验结果证明了上述研究方法的可行性和有效性.     

快速与精确的AFM探针模型重构研究

在AFM扫描成像中, 由于探针具有展宽效应等因素, 导致扫描图像失真. 从数学形态学角度看, 可以认为真实图像失真是受到了探针针尖形貌卷积的作用, 因而不能反映样品表面的真实形貌. 采用反卷积运算处理可以排除这类扫描成像干扰, 但需要准确知道探针针尖形貌, 这对于AFM纳米扫描图像的精确重构具有实际意义. 在已有的探针建模算法中, 基于数学形态学的盲建模算法得到了广泛使用, 然而该算法存在运算时间较长, 最优降噪门限阈值很难确定等问题. 针对这些问题, 提出一种新的盲建模方法, 可以提高盲建模运算速度, 并且实现AFM扫描图像的精确重构. 仿真和实验结果证明了上述研究方法的可行性和有效性.     

相变乳状液热物性及关键影响因素研究

潜热型功能热流体是一种新颖的储传热介质, 其表观比热和传热能力比水大, 在换热强化和能量输运领域有广泛应用. 相变乳状液是潜热型功能热流体的一种. 测定了相变微粒的粒径、乳状液粘度、表观比热和相变潜热, 并探讨了不同关键因素(制备方法、乳化剂掺混比、温度和相变材料质量含量等)对热物性的影响. 研制的相变乳状液粘度值明显小于文献值.     

液体导热系数、导温系数的快速测定仪

许多部门都需要快速、方便而准确地测定液体的导热系数。例如,在节能研究中,希望知道乳化燃料——一种新型液体燃料在不同浓度时的导热、导温系数。目前国内还没有这方面资料。液体的导热系数是比较难以测定的参数,因为液体中可能出现的对流和辐射换热将影响测试结果的准确性。采用稳态法测试时,控制边界条件需要复杂的装置。此外,液体的膨胀或泄漏等问题,也给测试工作带来一些困难。     

烧结多孔表面分布式阵列射流沸腾

使用50, 100和200μm粒径的铜粉,分别烧结制作了厚度为2倍粒径的多孔结构表面,以新型环保电子冷却液HFE7000为工质,进行了分布式阵列射流沸腾的换热性能实验,并将实验结果与光滑表面进行了对比.结果表明,烧结多孔表面增加了对流换热面积,增强了流体扰动,大大强化了单相段换热性能,且流量越高,强化效果越显著;100和200μm颗粒烧结表面的强化效果接近,且明显好于50μm颗粒烧结表面,表明粒径和厚度对传热性能具有重要影响.在射流沸腾换热过程中,多孔烧结表面提供了更多的气化核心和更大的换热面积,但同时也增加了蒸汽逸出阻力, 100μm颗粒烧结表面强化效果最佳,其最大沸腾换热系数比光滑表面提高了61%.分布式射流是沸腾表面补液的主要途径,由于HFE7000本身表面张力小、亲水性好,多孔表面吸液能力对于临界热流密度(critical heat flux, CHF)的影响较小, 100μm颗粒烧结表面的CHF和光滑表面相比仅提高了17%.尽管如此,烧结多孔表面的核态沸腾偏离点(departure from nucleate boiling, DNB)与CHF之间的热流密度区间显著变大,对实际应用过程有利.     

氯化银纳米晶的自陷落激子态产生铌碲酸盐玻璃的光限幅效应

利用熔融法结合扩散控制法制备了含有氯化银(AgCl)纳米晶的碲铌氧化物玻璃样品, 运用吸收光谱观测到532 nm附近AgCl的自陷落激子吸收峰. 通过拉曼光谱表征获得玻璃的网络结构参数, 结合Jahn-Teller模型分析了自陷落激子的形成机制. 利用532 nm皮秒脉冲激光研究了玻璃在近共振区的光限幅效应, 通过Z扫描实验测量了样品的非线性吸收系数, 研究表明在近共振和共振区自陷落激子态吸收导致光限幅效应的增强.     

人工合成H2O及NaCl-H2O体系流体包裹体低温原位拉曼光谱研究

盐水化合物低温时具有特征的拉曼光谱, 已有实验证明这种拉曼光谱适合于判定标准溶液的溶质性质. 人工合成流体包裹体作为天然包裹体的参照物, 可以被用来验证许多涉及流体包裹体的假设的有效性, 也是检验激光拉曼法测定单个流体包裹体溶质性质可行性的关键. 本文采用Sterner和Bodnar提出的方法, 在50/100 MPa, 500~600℃范围内合成了纯H₂O体系和NaCl含量为5.12, 9.06, 16.6, 25wt%的NaCl-H₂O体系的流体包裹体. 联合使用冷热台和激光拉曼探针, 在低温(-180℃)时原位测定采集了冰及水石盐(NaCl·2H₂O)的拉曼光谱. 研究表明合成包裹体的盐水化合物(NaCl·2H₂O)具有特定的拉曼光谱, 可以做为鉴定自然界水-盐体系包裹体中NaCl存在的标准. 包裹体中的水在冷冻后以结晶冰的形式出现, 而不是以非晶质的固体(水玻璃)形式出现. 初次冷冻后采集的原位拉曼谱显示了明显的冰峰(3098 cm^-1), 但没有典型的水石盐拉曼谱峰出现. 随着温度的升高, 在-40~-22℃温度区间观察到明显的相变, 其代表了水石盐的结晶事件而不是熔化事件, 对低于NaCl-H₂O体系低共熔点(-20.8℃)的相转变温度的解释应该慎重. 盐水化合物的拉曼谱与冰的拉曼谱的相对强度及截面之比, 指示出流体包裹体盐度的相对大小. 水石盐的3423 cm^-1峰与冰峰(3098 cm^-1)的峰高、峰的截面积之比是获得NaCl-H₂O体系盐度信息的比较理想的参数.     

等离子激元纳米颗粒组装及其生物应用

近年来,通过自组装技术能够可控地将单个纳米颗粒组装成一维、二维或三维空间构象的新型复合材料.相对于单独的纳米颗粒,纳米颗粒组装材料可表现出许多新颖或优异的物理性质,具有巨大的应用前景,因此在纳米材料领域越来越受到关注并快速发展.尤其是贵金属纳米颗粒组装体具有独特的等离子激元光学性质,在生物传感、成像和治疗等方面具有广阔的应用前景.本文回顾了近年来通过分子介导方法对纳米颗粒进行组装及其生物应用的最新研究进展,重点介绍了几种分子介导的纳米颗粒组装技术,以及纳米颗粒组装体的生物医学应用,并展望了其发展前景.     

多组相变材料多个热物性的同时测定性

相变储能可应用在许多领域.相变材料(PCM)的热物性对其筛选和应用有重要意义.PCM的比热和潜热的测量方法一般可分成3类:常规卡计法、差热分析法(DTA)和差示扫描量热法(DSC).虽然DTA和DSC法优点很多,但缺点也是明显的:所用试剂很少(1～10mg),导致试剂的热物性常常与实际应用中的大块材料和热物性有差别;不能测定导热系数和热扩散率.常规卡计法几乎都不能同时测定多种PCM试样的比热、潜热、凝固点和导热系数,且PCM的相变过程不易观察.鉴于上述,我们发展了一种能够测定多组相变材料凝固点、比热、潜热、导热系数和热扩散系数的新方法——参比温度曲线法.     

以荧光碳量子点为探针构建基于金属纳米颗粒内过滤效应的氰根离子传感器

<正>荧光碳量子点是近年来备受关注的一种碳基荧光探针,在荧光成像、传感器、复合催化剂、光电器件、能源转换、药物载体等方向和领域获得广泛研究.在之前工作的基础上,本文报道了以荧光碳量子点为探针,构建一种基于金属纳米颗粒内过滤效应的氰根离子传感器.本方法中,荧光碳量子点的激发和发射波长位置与金、银纳米颗粒的局域表面等离子体共振(LSPR)吸收峰波长位置相重叠,使得体系的荧光强度减弱;当加入氰根离子后,氰根将纳米颗粒刻蚀使其粒径变小,LSRP吸收峰强度降低,使得体系的荧光强度增强.当前已发展的以荧光碳量子点为探针的传感器以检测金属阳离子为主,     

表面包覆纳米In2O3的Z-SCAN测量

半导体纳米材料因其增大的三阶非线性效应和超快速的时间响应成为近些年倍受瞩目的新型非线性材料。Z-SCAN技术是测量材料三阶非线性大小的一种简便而灵敏的方法。本文首次利用Ar~+连续激光Z-SCAN方法测定了用热水解法合成的表面包覆硬脂酸的纳米In_2O_3有机溶胶(用透射电子显微镜测得颗粒平均直径为5nm)的非共振三阶非线性系数X_R~(3)。发现其比体相材料增大了许多,可望使其获得更多的应用。 图1为不同光强下样品的Z-SCAN信     

基于聚合物修饰的温度敏感金纳米通道阵列膜

通过在金纳米通道阵列膜上修饰聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)分子, 发展了一种温度敏感的纳米通道阵列膜. 以荧光素钠和水溶性量子点为探针, 考察了这种膜在不同温度下的渗透性. 结果表明, 该PNIPAm分子修饰的膜能够可逆地响应外界温度的变化, 使纳米通道的孔径大小被改变, 进而影响膜的渗透性. 当温度为25℃(<低临界溶液温度, LCST)时, 荧光探针的渗透较慢, 甚至基本上被阻止, 这是因为PNIPAm分子呈现膨胀构象使通道尺寸变小所致; 而当温度为40℃(>LCST)时, 荧光探针的渗透明显加快, 这是因为PNIPAm分子呈现紧缩构象使通道尺寸变大所致. 这种温度敏感的金纳米通道阵列膜的渗透性可以被可逆地调控, 有望用于纳米级阀门等装置.