静电纺三维纳米纤维体型材料的制备及应用

静电纺纳米纤维作为一种高技术、高附加值的纤维材料,在电子信息、环境治理、安全防护、组织工程等领域的应用已广泛展开.随着应用研究的不断深入,构建结构稳定的三维纤维材料已成为当前静电纺纤维应用性能提升的关键.近年来,科研人员已从溶液本体性质和制备方法2个方面进行了大量研究,通过逐层组装、辅助接收、外场优化等方法构建了多种三维纤维体型材料,并探索了其在组织工程等领域的应用.近期,研究人员提出了一种新型纤维三维网络重构方法,制备了超轻、超弹的纳米纤维气凝胶,为三维纤维材料的制备提供了新方法和新思路.本文在简要介绍静电纺丝技术及原理的基础上,综述了近年来三维构建方向的代表性进展,并对其未来发展进行了展望.     

聚碳酸酯静电纺丝微纳结构的形貌控制

生物检测、组织工程支架、过滤薄膜和催化剂载体等领域都需要比表面积较大的高分子薄膜. 聚碳酸酯(PC)具有优良的机械性能和生物相容性, 是合适的高分子薄膜备选材料. 静电纺丝是一种大规模制备微纳米纤维薄膜材料的简单而有效的方法, 静电纺丝薄膜具有较大的比表面积. 然而, 如何控制PC静电纺丝的形貌还很少系统研究. 本文主要报道如何制备连续、均一的PC静电纺丝. 我们分别将不同种类的表面活性剂(包括阴离子型、两性离子型、非离子型、阳离子型)加入到PC/氯仿溶液中, 进行静电纺丝; 结果只有在添加阳离子型表面活性剂才能够得到形貌均一的PC静电纺丝. 通过分析溶液的黏度、表面张力、电导率与静电纺丝产物形貌的关系, 发现添加阳离子型表面活性剂降低PC溶液的黏度是PC静电纺丝成功制备的主要因素, 相信PC静电纺丝形貌控制的研究对其他材料的静电纺丝制备有借鉴作用.     

静电纺丝制备微纳纤维的形貌表征与影响机理分析

静电纺丝作为一种广泛采用的纳米纤维制备技术,影响其纤维形貌的主要因素包括材料参数、工艺参数和环境因素等.采用聚氧化乙烯(PEO)溶液,通过研究溶液属性(分子量、质量分数、电导率)和工艺参数(工艺电压、电极间距、喷嘴内径等)对纤维形貌的影响,得出相关参数对纤维直径和形貌的作用规律.研究结果表明:当PEO质量分数由4%到8%时,图案形貌经历了球状颗粒-珠丝共存-纤维的演变过程;分子量由40万到60万时,纤维由珠丝结构变成均匀光滑的丝,进一步增大分子量,纤维开始变得粗细不均并出现锯齿结构;当电导率由151到355 s/cm时,纤维直径变粗5倍;工艺电压(25~30 kV)增加,纤维直径先增加后减小,梭形颗粒先增多后减少;电极间距(15~25 cm)的增加使PEO纤维的直径减小,梭形颗粒先增加后减少;喷嘴内径由160 m增大到600 m时,纤维先是变得均匀光滑,后出现黏并结构.这些研究结果能够更好地指导静电纺丝技术在生物医用、纳米装置及纳米制造等领域的应用.     

封面说明

<正>一维纳米材料纳米线在纳米器件制备领域有着巨大的潜力,其化学、电学等特性得到学者们的大量研究,但是纳米线的拉伸动态特性受制于检测手段的不完善,并未得到充分的研究.原子链是一种比纳米线尺寸更小的一维纳米结构材料,表现出很多特异的物理特性,同样在纳米器件和原子器件制备领域有着巨大的潜力,通常采用拉伸纳米线的方法制备.借助微电子机械系统(MEMS)技术     

一维纳米金刚石的制备、性质及应用

一维金刚石纳米材料除了具有金刚石固有的物理化学性质以外,其形貌及尺寸的改变也使其拥有一些块体金刚石所没有的特性.如既硬又弹的力学性能、高的比表面积、尖端效应,以及通过掺杂和空位缺陷实现的独特性能等.近年来,一维纳米金刚石材料优异的性能让研究者产生了浓厚的兴趣,并促进了其合成方法及应用的发展.本文对一维纳米金刚石的制备方法进行了简要总结,介绍了一维纳米金刚石阵列在量子信息器件、药物传输、化学与生物传感器、高性能电极、分析传感器等诸多领域近期的研究进展,并讨论了一维纳米金刚石应用所面临的技术挑战和未来的研究方向.     

高迁移率聚合物半导体材料

作为有机场效应晶体管的重要组成部分,有机半导体材料对器件性能有着重要的影响.相对于小分子半导体材料而言,聚合物半导体材料因其具有更容易溶液加工、适用于室温制备等优势,得到了研究者的广泛关注和研究.从20世纪70年代至今,聚合物半导体材料及其光电器件均得到了突飞猛进的发展.经过研究者们的不断探索创新,各种结构新颖的聚合物半导体材料层出不穷,器件制备工艺也不断优化改进,使得聚合物场效应晶体管的载流子迁移率从早期的10–5 cm2 V–1 s–1提升到了如今的36.3 cm2 V–1 s–1,在聚合物场效应材料分子结构的设计合成方面积累了丰富的经验,同时其内在电荷传输机理也随着材料和器件性能的提高不断明朗.本文以分子结构作为切入点,分别从p型、n型及双极性3种载流子传输类型方面对近5年报道的高迁移率聚合物半导体材料进行了系统的总结与归纳,同时还简要分析了聚合物半导体材料中的电荷传输机制及优化方法,希望对研究者进一步设计和合成更高性能的聚合物半导体材料及器件构筑起到一定的指导作用.     

可溶液加工纳米光电材料与器件

光电器件的柔性化、结构微型化是光电技术发展的重要趋势.溶液法加工特别是印刷技术和纳米光电材料的结合,有利于克服传统光电器件制备工艺复杂、成本高昂的局限性,在未来柔性化、图案化以及大面积光电器件领域具有广阔的应用前景.本文主要聚焦于可溶液加工纳米光电材料与器件,介绍了我们课题组近年来在该领域的科研进展,包括喷墨打印量子点技术与应用,溶液加工量子点界面发光机制,以及发光、探测、突触器件结构设计与性能优化,希望为该领域学术研究和产业应用提供参考.     

基于芳香性聚酰亚胺的光电功能材料及器件研究进展

聚酰亚胺是一类重要的高性能聚合物,具有优良的热性能、机械性能和电学性能.近年来,芳香性聚酰亚胺作为新型光电功能材料在有机太阳电池、场效应晶体管、电存储等有机光电器件中的应用价值日益凸显,引起研究者的广泛关注.本文根据芳香性聚酰亚胺的分子结构特点,从光电功能化方法和材料制备策略出发,全面归纳和总结了芳香性聚酰亚胺在光电子器件领域的研究进展,阐述了此类材料的分子结构设计与光电性质以及光电器件性能的内在关系,为今后开发新型高效芳香性聚酰亚胺光电功能材料和器件提供参考.     

氮化镓/硅纳米孔柱阵列紫外光电探测性能

紫外光电探测器的研究与开发在工农业生产、环境监测与保护以及国防工业等领域均具有重要的现实意义.本文以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底,采用化学气相沉积(CVD)法并通过改变GaN沉积时间,制备了3种GaN/Si-NPA纳米异质结构阵列,并对其表面形貌、化学组成和光致发光特性进行了表征.在此基础上,通过上、下电极制作,制备了结构为ITO/GaN/Si-NPA/sc-Si/Ag的光电探测器原型器件,并对其光电探测性能进行了测量.结果表明,在不施加偏压的情况下,采用优化条件制备的ITO/GaN/Si-NPA/sc-Si/Ag器件能够实现对紫外光的有效探测.器件对340nm单色紫外光的响应度达到~0.15mA/W,光响应和恢复时间分别为~0.12和~0.24s.实验结果对研制新型硅基GaN紫外光电探测器具有很好的借鉴意义.     

CsPbBr3钙钛矿纳米片的制备及其发光性能

通过精确地控制在高温注入法中的制备温度和合成时间,利用高温注入法制备出了全无机CsPbBr_3钙钛矿纳米片(nanoplates,NPs),并将所制备出来的CsPbBr3钙钛矿纳米片用简单的溶液旋涂法和真空蒸镀的方法制备了以CsPbBr_3钙钛矿纳米片为钙钛矿发光层的发光二极管(light emitting diodes, LEDs).同时对CsPbBr3钙钛矿纳米片的结构、形貌和光学性能及以CsPbBr3钙钛矿纳米片为钙钛矿发光层的LEDs的光电性能进行了表征和分析.分析表明,利用经本文改良过的高温注入法可以获得尺寸均一的CsPbBr3钙钛矿纳米片,并且具有良好的光学性能.通过使用溶液法所制备出的以CsPbBr_3钙钛矿纳米片为发光层的LEDs器件的外部量子效率(externalquantum efficiency, EQE)为1.71%.     

原位生长法制备PET/TiO2纳米杂化纤维及其光催化活性研究

通过水热合成法与电纺丝技术结合制备聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/二氧化钛(TiO₂)纳米杂化纤维, 经过温和条件下水热处理, 在纳米杂化纤维中原位生长纳米TiO₂粒子. TiO₂表面的羟基和PET分子链上的酯羰基通过氢键相互作用, 起到固定纳米TiO₂ 粒子的作用, 避免了光催化过程中TiO₂粒子的脱落, 纳米纤维的多孔结构和高的表面积能够有效吸附有机物质, 使得PET/TiO₂纳米杂化纤维具有良好的光催化活性. 同时, 在循环使用中保持很高的光催化活性, 对于实际应用具有重要的意义.     

分子机器研究前沿

分子机器以其在微观层面上可精准操控的特点，在分子器件、纳米发动机、医疗、智能材料等领域具有重大应用价值并引起了广泛的关注。分子机器研究虽然已获2016年诺贝尔化学奖，但目前其离真正实用化还有很长的一段路要走。文章聚焦近年来分子机器在合成、表征、构建固态以及能做功功能体系等方向的研究成果，并对该领域的未来进行了展望。     

高分子表面有序微结构的构筑与调控

发展不依赖于传统刻蚀技术, 图案形状、尺寸及表面性质等可以动态调控的微图案化方法是当前国际上的研究热点. 高分子由于可以通过可控聚合调控其预定结构和尺寸, 并且具有易于加工和可以嵌入多种化学功能团等特点, 是制备不依赖于传统刻蚀技术的价廉、高产的微图案化的理想材料. 因而设计具有特定结构的高分子, 利用高分子的丰富相态结构和其在外场等作用下的性质, 发展高分子图案化方法、技术和原理具有重要意义. 本文总结了我们在基于自组装的“自下而上”的高分子微结构的构筑与调控方面取得的成果. 以均聚物和嵌段共聚物为研究对象, 采用纳米尺度的利用嵌段共聚物的微相分离、微米尺度的利用高分子薄膜的去润湿、冷凝的水蒸气液滴为模板以及高分子共混物薄膜的相分离等, 实现了不同尺度的高分子表面有序微结构的构筑与调控, 制备了从微米到纳米尺度的高分子有序微结构, 研究其自组装形成微、纳米图案的影响因素和机理, 掌握了调控图案形态、尺寸、表面性质的规律, 实现了稳定、有序的智能图案的动态设计.     

光镊与DNA纳米技术在膜生物学研究中的应用

生物膜是生命活动中信号传导和物质运输的平台。近年来,多学科的交叉应用为膜蛋白介导的膜融合与分裂、囊泡形成与分泌,以及脂质代谢的调控机制等膜生物学研究带来了新的信息。例如,单分子光镊力谱方法通过精准、定量地检测蛋白与膜的相互作用,为在时空维度上理解这一生物过程的复杂调控机制提供了强有力的手段。此外,DNA纳米技术通过构建纳米尺度可编程的自组装结构,提供了可精确修饰与功能化的分子器件。经过疏水修饰的核酸纳米器件可以作用于磷脂膜或生物膜,进而对膜进行表面改性、诱导形变、控制理化参数以及跨膜通信等调控操作。该领域的进步将为细胞生物学机制研究、分泌囊泡的分析检测、人工脂质体的制备优化、新型分子载具开发以及新型药物开发提供特色的工具手段,并构建新颖的体系平台助力合成生物学、化学生物学以及分子医学的发展。     

超支化聚合物研究最新进展

超支化聚合物由于具有高度支化的三维球状立体结构和众多的末端基团, 显示出与相应线型分子截然不同的性质, 如低黏度、良好的溶解性和大量可修饰的末端官能团等, 具有广泛的应用前景, 而且合成相对简单、成本低, 因此成为近年来聚合物科学领域的研究热点. 本文主要就超支化聚合物的结构、合成、性质和应用, 从传统结构和含有大π共轭结构的新型超支化聚合物两个角度比较全面地总结了这一领域在基础理论和应用研究方面的发展概况和最新进展; 着重介绍了超支化聚合物的结构、性质与其在新型功能材料如纳米材料、药物缓释剂、电致发光材料、传感材料等方面应用的内在关系, 并进一步提出了该领域的研究前景及尚待解决的问题.     

浅谈电流互感器的抽头错接的现场分析与处理

电流互感器是利用电磁感应原理将一、二次系统进行隔离,并将一次大电流按比例转变为小电流供继电保护、自动装置及测量仪表等二次装置使用的电气设备。为了灵活调整电流互感器的变比,以适应现场情况不同的需要,很多电流互感器都可以通过改变二次线圈的抽头来调整变比。文章通过某变电站某台主变一个电流互感器某相别接错抽头实例的现场分析判断,探讨了电流互感器有关变比及抽头的一些工作原则和特性。     

分子马达运动:生命滑动的乐章

生命在于运动,因此运动对生命而言具有至关重要的意义。肌球蛋白、动力蛋白和驱动蛋白是三种重要的分子马达,负责肌肉细胞和非肌肉细胞的运动。肌球蛋白与肌动蛋白间滑动构成肌肉收缩的基础;动力蛋白和驱动蛋白沿微管运动在细胞内物质运输,有丝分裂、减数分裂中染色体分离过程和细胞骨架动力学方面发挥重要作用。分子马达突变或缺陷可导致遗传性神经病变、严重型肌病和呼吸道慢性感染等发生。因此,分子马达运动的相关研究成果为多种疾病治疗提供新的策略。文章回顾了分子马达的研究历程、生物学作用和应用意义。     

有机半导体器件中的磁场效应研究进展

有机半导体器件中的磁场效应, 是指在不包含任何磁性功能层的有机半导体器件中, 其电流或发光在外加磁场作用下发生改变的现象. 由于有机半导体器件中的磁场效应具有高的灵敏度, 且其绝对值即使在室温下也较大, 因此有机半导体中的磁场效应具有重要的科学意义和实用价值, 从而引起了科研人员的广泛兴趣, 并取得了较大的研究进展. 本文较详细地介绍了该领域的研究历史、现状和已经取得的主要研究结果, 重点综述了产生该奇特磁场效应可能的物理机制, 并对其未来的发展方向进行了展望.     

聚合物/富勒烯太阳能电池器件最新研究进展

聚合物太阳能电池具有质量轻、柔性好、生产成本低和易于实现大面积加工等独特优势. 近年来, 以共轭聚合物作为电子给体, 富勒烯及其衍生物作为电子受体的聚合物/富勒烯太阳能电池受到了研究人员的广泛关注, 成为光伏研究领域中的热点之一. 紧扣聚合物/富勒烯光伏体系中的光吸收、激子扩散和解离以及自由载流子输运和抽取等关键科学问题, 从器件结构优化、形貌控制和界面修饰等不同侧面介绍了提高聚合物/富勒烯太阳能电池性能的方法, 讨论了相关机理, 最后对其未来的发展做出了展望.