金红石相氧化物TiO_2,SnO_2和GeO_2表面氧化性对HCl气体光学气敏传感特性的影响

利用光学气敏材料吸附气体来检测气体成分及浓度,成为了大家的一个研究热点.采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了含氧空位金红石相TiO_2(110)表面,SnO_2(110)表面和GeO_2(110)表面吸附HCl气体后,表面结构的氧化性能、态密度、电荷分布、差分电荷密度以及光学性质,讨论吸附对光学气敏传感特性的影响.研究发现:HCl气体均易吸附于含氧空位金红石相TiO_2,SnO_2和GeO_2表面;且吸附后的稳定性为:TiO_2SnO_2GeO_2;氧化性是影响吸附能力和光学气敏传感性能的重要因素,HCl分子吸附于表面后其氧化性强弱为:TiO_2氧空位SnO_2氧空位GeO_2氧空位;从态密度和光学性质分析发现,含氧空位金红石相TiO_2(110)吸附HCl分子后,光学性质的改变最为明显,特别是对于500~700 nm的光,TiO_2具有很好的光学气敏传感效应,可作为一种较为理想的光学气敏传感材料.     

从确定性到随机性的黏附接触理论

胶体、药物输运、细胞-病毒等体系中广泛涉及纳米颗粒与弹性固体表面之间的黏附相互作用.本文简要回顾了黏附接触理论的发展历史:已有的确定性黏附接触理论(如JKR,DMT等模型)预测,颗粒在低于临界分离拉力的作用下不会与基底分离,这一结论在颗粒特征尺寸减小到纳米尺度时不再适用.研究表明:当纳米颗粒与固体表面黏附的能量尺度接近环境热噪声的特征能量时,其界面黏附呈现出显著的尺寸效应和由此导致的随机性.基于经典的Kramers理论,建立了统计的黏附接触理论,将纳米颗粒与固体表面的黏附状态演化视为广义扩散过程,并用黏附寿命的概率分布描述黏附界面的相对强弱.两个纳米颗粒同时与弹性固体表面作用时,二者的黏附状态呈现明显的时空关联,可通过改变其中一颗粒的状态,间接调控另一颗粒的黏附寿命.     

气凝胶超微粉Fe/ZrO2的光声光谱研究

当固体材料的晶粒直径达到激子的Pole直径时,其电子性质开始发生变化 这种量子尺寸效应使得材料显现出许多奇特的物理和化学性质,引起了许多科学工作者的浓厚兴趣.然而,以往的研究集中在单元素系统(如Ge,Ag等)、二元素系统(如SnO_2,ZrO_2,CdS等)的纳米固体材料.对于三元素系统固体材料的量子尺寸效应的研究尚未见报道.本文研究了三元素系统纳米材料Fe/ZrO_2的量子尺寸效应.Fe/ZrO_2是一种重要的Fischer-Tropsch反应的催化剂.Fe/ZrO_2用超临界流体干燥(SCFD)方法制备.该方法可极大地克服使凝胶粒子聚集的溶剂表面张力,是目前获得大孔容积高比表面氧化物气凝胶(Aerogel)超细粒子的最有效方法之一.本文研究了不同铁含量的几种不同粒子尺寸的Fe/ZrO_2的光声谱,并作了初步的理论解释.     

纳米硅薄膜界面中的环形结构

纳米固体材料由于具有高浓度界面的结构特性以及相伴随着的新颖物性,1984年以后在材料各个领域得以迅速发展。近年来,随着纳米材料在许多领域的兴起,纳米硅薄膜也受到人们越来越多的关注。纳米硅薄膜是由大量的纳米尺寸晶粒及晶粒间界面构成。由于晶粒具有无规则分布的特征,使得界面具有不同的结构和键合特征。界面对纳米硅薄膜的结构和物性具有极其重要的影响。     

二维过渡金属硫族化合物纳米异质结气体传感器研究进展

二维过渡金属硫族化合物(2D TMDs)在气体传感方向的应用中具有显著的"先天"优势,表现出如灵敏度高、响应速度快、能耗低以及能在室温下工作等诸多优点.相对单一的2D TMDs而言,基于2D TMDs纳米异质结的气体传感器展现出更加优越的气体传感性能.本文将系统总结2D TMDs纳米异质结气体传感器的研究进展,尤其是2D TMDs与金属氧化物、金属硫化物、碳基纳米材料以及量子点之间形成的纳米异质结设计、构效关系以及传感机理等关键科学问题.传感材料和传感机制上的创新对提升传感性能并拓展传感功能具有重要的科学意义.通过对纳米异质结气敏机理的深入探究,有望实现纳米异质结结构的人为设计和可控制备,提高室温下对目标气体的高灵敏选择性识别和检测.在纳米异质结的结构设计上,以TMDs材料为导电主体,在其表面生长各种纳米结构,通过对纳米异质结表面酸碱性、功函数、气体分子极性以及纳米异质结与气体分子之间的氧化还原反应性质进行调控,来构筑基于TMDs的纳米异质结.此外,控制负载在二维TMDs上纳米颗粒尺寸小于两倍电子耗尽层厚度,充分发挥纳米颗粒量子限域效应,以纳米颗粒充当传感的"天线分子"或"探针分子",实现对目标气体分子的高灵敏选择性识别和检测.     

一种新的制备超微粉末的方法——沉淀转化法

超微粒子是指颗粒尺寸大于原子簇(cluster)而小于微粉(fine powder),一般在1～100nm之间。当小粒子尺寸进入纳米量级时,显示出了普通大颗粒材料不具有的特性,即小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。目前伴随着超微粉研究与应用,其制备新方法不断出现,概括起来分3大类:固相法、液相法和气相法。本方法是在综合各种液相法的基础上,发展的一种新的制备超微粉的技术——沉淀转化法。其理论依据是根据难溶化合物溶度积(k_(sn))的不同,通过改变沉淀转化剂的浓度、转化温度以及借助表面活性剂来控制颗粒生长和防止颗粒团聚,获得单分散超微粒子。该法具有实验设备简单,原料成本低、工艺流程短、操作方便、产率高等优点。利用该法我们已经成功的制备出了Ni(OH)_2,NiO,CuO,La(OH)_3,ZnO,Co(OH)_2和Co_3O_4等氢氧化物和氧化物超微粉。 超微粉制备过程如下:(1)氧化铜超微粉:准确称取一定量的Cu(NO_3)_2·3H_2O(A.R.)配制成溶液,与化学计量一定浓度的无水碳酸钠溶液反应,生成浅蓝色碱式碳酸铜沉淀,磁搅拌至无气泡产生,加入一定量的表面活性剂吐温-80,继续搅拌0.5h,再加入一定浓度化学计量的碳酸钠溶液,一定温度加热搅拌1h,过滤并用蒸馏水洗涤三次以上,得到黑色氧化铜超微粉末;(2)氢氧化     

纳米SnO_2的拉曼光谱研究

SnO_2纳米晶体粉末是采用水热法制备的。将金属Sn粉末与硝酸溶液反应,得到的透明溶液置于聚四氟乙烯高压釜中,150℃处理24h后,冷却至室温,即可获得白色纳米固体SnO_2粉末,充分洗涤后,150℃烘24h再经10~5kg/cm~2压力压成片。样品的初始粒     

黏土,天然的纳米材料

纳米材料以其突出的小尺寸效应、量子效应、表面和界面效应而成为本世纪材料创新的热点.在大家议论纳米的奇妙,苦心孤诣投入技改创新之际,我想介绍一种普通而廉价的纳米材料,这就是黏土.     

纳米颗粒表面活性剂对T型微通道中液滴分裂的影响

液滴分裂是微通道中获得单分散小尺寸液滴的重要方法,纳米颗粒表面活性剂能够包裹液滴,是制备功能胶囊的潜在技术手段,研究纳米颗粒表面活性剂作用下的液滴分裂行为对于获得尺寸更小、分散性更好的功能液滴具有重要意义.本文通过微流体可视化实验和理论分析方法,研究纳米颗粒表面活性剂对液滴分裂的影响规律.在纳米颗粒表面活性剂作用下,液滴分裂存在阻塞分裂、过渡态分裂、非阻塞分裂、不分裂4种状态;通过分析液滴颈部宽度随时间的变化关系,得出纳米颗粒表面活性剂对液滴分裂的影响机理,即通过降低界面张力影响挤压颈缩速率;通过分析基于液滴尺寸与毛细数的液滴分裂状态分布相图,建立了液滴阻塞分裂与非阻塞分裂的临界转化理论模型.     

半导体纳晶多孔TiO2薄膜的特性研究

半导体纳米超微粒作为不同于本体材料的一类新型材料,在化学、物理及材料等领域中研究十分活跃。由于颗粒尺寸减小出现能带量子化和表面迅速增大引起的表面效应等,进一步导致了光化学和光物理不寻常的行为,这充分显示了它在光电功能材料方面广泛应用前景。半导体纳米超微粒常在胶体溶液中制备,但在胶体溶液相中形成的纳米超微粒往往因其稳定性差和不易形成固体材料的局限,使其实际应用受到了一定的影响。近来有人提出研究半导体纳米超微粒(纳晶)薄膜,这种固体薄膜具有半导体纳米超微粒的一些光化学、光物理特性,而且结构性能稳定。因此,半导体纳晶薄膜成为当前新型光电功能材料发展研究中的一个新的方向。本文报道了半导体纳晶TiO_2薄膜的制备、形成及其性能。     

银/二氧化硅介孔复合体的制备

介孔固体系指孔径为2～50nm,孔隙率大于40％的多孔固体,其孔的数量可高达10~(19)g,比表面积可高达900m~2/s,故介孔固体在催化、吸附、分离等方面有重要的应用。根据孔的排列,介孔固体可分为有序和无序两种。若将纳米尺度的颗粒(金属或非金属)置于介孔之中则形成所谓的介孔复合体,颗粒呈弥散分布,互不连接;由于孔-颗粒界面处的相互作用,从而可显著改变颗粒的性质。近几年来有关介孔复合体的研究时有报道,但主要是非金属粒子-有序介孔固体复合体及化合物(半导体)-无序介孔固体复合体的研究。而纳米金属粒子与无序介孔固体复合体的研究尚不多见。尽管Ag与无机化合物的纳米复合材料(与本文的介孔复合体含义不同)已有一些报道,也有人在多孔玻璃中制备成颗粒间基本是互为连接的Ag/SiO_2混合物,但将纳米Ag颗粒放入介孔固体的孔中而形成均匀、弥散分布的介孔复合体尚未见报道(就我们所知)。本文报道纳米Ag与SiO_2介孔固体之间的复合体的制备。     

纳米固体钼、氮化二钼、钛、氮化钛的DSC分析

纳米固体材料是一种新型的类气体结构固体材料.结构上表现为既无长程有序又无短程有序.其构成通常是由超细颗粒(纳米级颗粒)在保持清洁表面的情况下压制成型,形成块状材料.由于颗粒很小,界面部分所占比例很大(可达20—50%左右).形成固体后,原来颗粒的自由表面成了材料内部的界面.这种结构,使得材料具有许多显著特征和优异性能.从热力学观点来看,这是一种亚稳态结构.     

α-Fe_2O_3基纳米材料催化和气敏性质的研究

α-Fe_2O_3作为良好的气敏基体材料得到了广泛应用,而钙钛石型复合氧化物ABO_3(B为Mn,Fe,Co元素)被认为是优良的催化剂.遗憾的是,至今尚未有人对α-Fe_2O_3系纳米材料的气敏性能与其催化能力之间联系作深入的研究.我们采用共沉淀的方法合成了一系列碱土金属掺杂的α-Fe_2O_3纳米材料,初步探讨了晶粒尺寸、材料电导、催化性能与气敏特性的关系.     

纳米Al_2O_3固体的内耗

内耗测量可以给出陶瓷材料内部结构扩散以及晶界的力学行为等性能.有关陶瓷材料的高温内耗早有不少报道.近来纳米陶瓷/氧化物的研究越来越引起人们的关注,纳米ZrO_2和SnO_2块体的低温内耗已做了一些研究.纳米Al_2O_3可广泛应用于制作催化剂及催化剂载体,精细陶瓷和荧光材料等,关于它的一些性能已作了不少探索,然而纳米Al_2O_3固体的内     

利用不同链长的磷脂酰胆碱制备纳米金颗粒

众所周知,金属或半导体的纳米颗粒因其大的比表面和量子尺寸效应而被广泛应用于各个领域.超细颗粒的制备,尤其是规则、稳定的量子尺寸颗粒的制备是许多科学家感兴趣的课题[1～3].目前,利用有序分子组合体制备无机纳米颗粒已愈来愈受到关注[4].近年来,我们曾经报道过利用自制的三室装置,可在花生酸单分子膜下生长尺寸小于2ｎｍ的银颗粒[5],但关于脂类憎水链长的影响却未作研究.本工作将报道利用不同链长的磷脂,二22烷基磷脂酰胆碱(ＤＢＰＣ)和二14烷基磷脂酰胆碱(ＤＭＰＣ)单分子膜来制备纳米尺寸颗粒.实验使用的ＤＭＰＣ和ＤＢＰＣ均从Ｓｉ…     

纳米金颗粒对葡萄糖氧化酶活力增强效应的初步探讨

纳米金颗粒对葡萄糖氧化酶(GOD)活力的增强作用已经从掺金GOD电极响应电流的变化中得到证实.当颗粒粒径从30nm减小到10nm时,这种增强效应发生了质的飞跃.对于这一现象的根源,有两种可能:一种是表面效应的作用,即颗粒粒径变小所带来的总比表面的增大,提供了越来越多的GOD吸附位点与作用位点,使总催化能力增强;另一种是量子尺寸效应,即当颗粒小到一定程度时,颗粒表面与GOD分子能够发生电子传递,进而影响GOD的催化能力.由于酶本身作用机制的复杂性,通常很难直接断定哪一种效应在起主要作用.最近,我们在研究金纳米颗粒与GOD相互作用的过程中,发现了GOD的吸附量与催化能力的非对应关系,从而得到了量子尺寸效应在纳米颗粒增强GOD酶活力过程中起重要作用的有力证据.     

ε-FexN/BN磁性纳米复合材料的制备及热力学和动力学分析

磁性纳米复合材料一般是由非磁性绝缘体和分散在它内部的磁性纳米颗粒(10～100nm)组成的。纳米颗粒的小尺寸效应和与基体的高浓度界面以及基体的绝缘性,使得磁性纳米复合材料表现出许多优异的物理和化学性能,在高密度信息存储、磁致冷等领域有着重要的应用价值。由于Fe-N合金在耐磨、抗氧化和抗腐蚀等方面优于纯铁,且具有较高的平均原子磁矩(如Fe_4N为2.21μ_B,Fe_3N为2.01μ_B),尤其是近2年发现α″-Fe_(16)N_2的巨磁性现象(平均原子磁矩达3.2～2.8μ_B),使得Fe-N合金及其复合材料的研究工作引起了广大材料学家和物理学家的高度重视和极大的兴趣。最近几年,人们通常以N_2,NH_3和NH_3/H_2气体为氮源,利用气相沉积、磁溅射并结合热处理的方法,制备各种结构的Fe-N合金薄膜和Fe-N合金纳米复合材料膜。然而,利用其他技术和材料制备Fe-N合金及其复合材料尚无报道。在本实验中,我们将采用一种新的实验方法,即以六方氮化硼(hBN)为氮源,利用高能球磨技术制备Fe-N/BN磁性纳米复合材料。在此方法中,Fe-N合金在Fe与hBN的球磨过程中原位生成,并均匀分布在绝缘BN基体上与BN基结合牢固且界面清洁。晶粒尺寸和相成分可通过球磨参量控制,经热烧结可制成块状材料,具有实用价值。     

不同尺寸二氧化硅纳米颗粒体内分布与代谢研究

基于二氧化硅荧光纳米颗粒(FSiNP)的荧光信号同步指示功能, 通过实时、原位活体荧光成像技术, 并结合离体器官成像、组织切片成像以及尿液荧光成像等方法, 系统地研究了不同尺寸二氧化硅荧光纳米颗粒在裸鼠活体内的分布与代谢. 活体成像结果表明纳米颗粒尺寸越小, 血液循环时间越长, 全身分布情况越明显, 随着时间的延长纳米颗粒逐渐聚集到肝脏、膀胱等部位; 通过离体器官成像和组织切片成像进一步证实了活体成像所观察到的结果. 同时, 肾脏组织切片以及尿液成像结果显示, 颗粒越小越容易通过泌尿系统排出体外. 研究结果为今后开展不同尺寸纳米颗粒材料在活体内的应用研究打下基础.     

金掺杂TiO2纳米管的合成

纳米结构材料由于其独特的物理化学性能而备受人们关注[1~4].在催化、非线性光学器件、气敏元件和太阳能电池等领域具有广泛应用价值的纳米TiO_2是当前研究热点之一~[2,3].掺杂贵金属可以显著改善和提高TiO_2的性能~[5~7],如Au-TiO_2体系所表现出的良好催化性能~[7~9].文献报道:5nm以下的金纳米粒子具有好的催化活性~[5],但要在载体上控制金颗粒的尺寸和分散度是很不易的~[10],而适宜载体和金粒子的高度分散对于其功能的实现至关重要~[7,11].通过简单的水热处理可以得到高比表面的TiO_2纳米管~[12,13],但是具有高催化潜能的金搀杂TiO_2…     

有序介孔氧化铟/还原氧化石墨烯纳米复合物的可控合成与气敏性质

<正>气敏传感器在工农业生产、环境监测、医疗诊断和国防军事等领域有广泛的应用,而气敏材料被视为发展先进气敏传感器的关键.有序介孔金属氧化物是一类非常有应用潜力的气敏材料,首先其规则的多孔结构和大的比表面积特性,能有效地促进气体分子的传输扩散,并为气体分子与材料表面发生化学相互作用提供更多的反应活性位;更为重要的是其孔壁厚度处于纳米尺度范围,导致介孔金属氧化物中相当大比例载流子的传输受表面化学相互作用影响,因此对气体