柴油机等径颗粒平面碰撞过程凝并特征

针对后燃期柴油机颗粒物的碰撞过程,结合气溶胶颗粒的受力分析和基于弹性形变力、范德华力的非完全弹性碰撞运动方程,探讨了等径颗粒平面非完全弹性碰撞过程的两个特征-压缩、恢复和影响压缩恢复的主要特征参数.进一步研究了入射角、碰撞频率、压缩距离、恢复系数和凝并效率等特征参数相互之间的关系及其在碰撞过程中的作用.研究结果表明,任意粒径下,随着压缩过程的进行,范德华力均增强;对于相同粒径颗粒,在压缩过程中,弹性形变力始终大于范德华力,且两者差距逐渐增大.颗粒粒径分散性越大,颗粒间碰撞频率越大.15,45 nm颗粒分别与50 nm颗粒碰撞频率的比值约为1.9倍.等粒径颗粒碰撞过程中,初始相对速度保持不变时,入射角增大,压缩距离增大,对心碰撞时,压缩距离最宽;相同入射角下,压缩距离随着初始相对速度的增加而逐渐增大.随着恢复系数的增大,临界速度逐渐减小,凝并效率呈逐渐减小趋势.当恢复系数等于0.026时,凝并效率约为50.05%,能够实现较高效的碰撞和较快地促进颗粒凝并,当恢复系数大于0.063时,凝并效率接近于零,极大部分颗粒碰撞之后发生分离,阻碍了颗粒凝并.     

仿壁虎微纳米刚毛阵列的研究进展

壁虎的超级黏附力源于分布于脚趾的数十万细长刚毛和接触面间的范德华力. 仿壁虎刚毛的研制是实现机器人三维无障碍运动的关键技术之一. 近年来, 许多国内外学者致力于研制仿壁虎脚掌刚毛结构的倾斜、末端分支、膨大的微纳米黏附阵列, 以得到高黏附性能、可自由调控吸附脱附的仿壁虎脚掌, 对已有文献进行总结、比较, 并展望其进一步的发展方向.     

仿壁虎机器人脚掌的黏附性能研究及模拟微重力下黏脱附轨迹设计

失重环境下固体间的稳定接触是空间站舱内外航天员作业、在轨维修、空间碎片捕获等任务面临的共性问题,基于范德华力机制的刚毛黏附材料为解决上述问题提供了可能.本文介绍使用仿生高分子黏附结构研制仿壁虎机器人脚掌所面临的问题.用仿壁虎腿机构构成的黏附性能试验台,研究了黏附脚掌的刚度、尺寸和黏附轨迹与黏附力、实际接触面积间的关系,确定了脚掌黏附过程的稳定边界.用重力补偿法模拟整体失重环境,设计了脚掌黏脱附轨迹并实现了仿壁虎机器人在整体失重情况下的稳定黏附运动,为在轨微重力环境下仿壁虎机器人的黏附运动提供了基础数据.     

柴油机排气稀释过程中挥发性纳米颗粒形成和变化特性

建立了描述柴油机排气稀释过程中挥发性纳米颗粒形成和变化的H2SO4-H2O二元均相成核和气溶胶动力学耦合模型.利用该模型模拟计算H2SO4-H2O二元均相成核作用下分子团簇的生成率和团簇粒径等参数,以及分子团簇向挥发性纳米颗粒转化过程的气溶胶动力学作用;并考察了燃料硫含量和实验室内稀释采样条件变化对柴油机排气中挥发性纳米颗粒数浓度粒径分布的影响.研究表明:H2SO4-H2O二元均相成核作用产生大量分子团簇,燃料硫、温度、湿度对分子团簇的生成率和团簇粒径产生显著影响.凝并作用使成核作用产生的分子团簇由单分散系向多分散系转化,形成挥发性纳米颗粒;凝结作用进一步促进颗粒向大粒子方向迁移,排气中碳烟粒子会抑制挥发性纳米颗粒的形成;燃料硫含量和稀释参数(初级通道内混合气稀释比、温/湿度和停留时间)等均显著影响挥发性纳米颗粒的数浓度粒径分布.     

Au/TiO2复合纳米粒子的研究——Ⅰ.制备与表征

用波长 (λ) >330nm的光照射含胶态TiO2 的HAuCl4 溶液制得纳米Au/TiO2 复合颗粒 ,粒径大小约为2 5nm .在 540nm观察到金的表面等离子体共振峰 .该峰位和水相中纯的金溶胶相比 ,红移了约 2 0nm .通过HRTEM ,EDS分析了复合颗粒的组成 ,确证金簇以微晶的形式沉积在TiO2 表面 .此外还讨论了Au/TiO2复合颗粒的形成过程及金属与支持体之间的电子作用     

pBR322质粒DNA的原子力显微镜成象及剪切研究

研究DNA分子间和分子内相互作用力,可以帮助人们了解DNA分子的结构及其功能.由于对这些相互作用力进行直接测量时,不仅需要控制体系的稳定性,同时外加作用力又不能对体系产生影响.因此,目前只是利用X射线,光散射和核磁共振等手段对作用力进行直接的物理或热力学测量.虽然渗透压技术已经应用到DNA双螺旋非特定分子间力的测量,但对于具有特定取向的复杂分子相互作用,就需要在单个分子间进行直接测量.原子力显微镜(AFM)可以检测到10~(-14)N数量级的针尖-样品相互作用力,横向分辨率可达0.01nm,而接触面积只有10nm~2,并且可以在近生理溶液条件下操作,因此它是非常适合研究DNA分子间相互作用力的.事实上,利用AFM研究Biotin-streptavidin体系中的单个分子间相互作用以及DNA双链间的相互作用力已有报道.     

二甲醚发动机超细颗粒排放属性实验研究

采用两级稀释取样装置和颗粒粒径分析仪——SMPS, 研究了不同转速和负荷下二甲醚发动机排放超细颗粒的数浓度和粒径分布特征, 并与原柴油机的颗粒排放进行了比较, 发现燃料组分显著影响排气颗粒的数浓度、质量浓度和粒径分布. 二甲醚发动机颗粒质量排放与柴油机相比有显著改善, 柴油机颗粒质量排放高出二甲醚发动机5.7~17.7倍; 高转速下(n = 2200 r/min), 二甲醚发动机颗粒数量排放与柴油机相比有一定程度的改善, 柴油机颗粒数量排放高出二甲醚发动机0.75~2.2倍; 而中间转速下(n = 1400 r/min), 中、高负荷时柴油机颗粒数量排放与二甲醚发动机相比反而下降50%~80%左右. 与二甲醚发动机相比较, 柴油机排放积聚模态数浓度增加 4.2~62.6倍, 积聚模态几何平均粒径增大10~30 nm左右, 这与二甲醚分子结构中不含C—C键以及燃料含氧有关; 二甲醚发动机排放大量核模态粒子, 这与二甲醚发动机排气中的挥发和半挥发性组分的成核和凝结作用有关.     

分子动力学模拟Ag-Pd 双金属团簇中不同位置Ag 原子偏析诱导的异常熔化

在双金属团簇中任意两种元素表面能的差别都会在团簇形成时产生偏析, 从而影响团簇的熔化、原子排布和结构. 因此双金属团簇中原子偏析行为的研究可以为新型纳米结构的可控制备提供理论基础. 本文用分子动力学结合嵌入原子方法研究了分布在团簇的核心层和亚表面层的Ag 原子偏析对(AgPd)₁₄₇ 团簇熔化的影响. 结果表明Ag 在Pd 团簇的不同位置时能量不同,在表面层时最稳定, 其次是核心层, 最后是亚表面层. 这造成了核心层的Ag 原子偏析到团簇的亚表面层时, 团簇原子能量随温度的增加而增大. 而亚表面层Ag 原子的偏析会使团簇原子能量随温度的增加而减小. 这种异常熔化的程度与偏析原子个数有关. 这为双金属团簇熔化行为的调节提供了有效途径.     

颗粒间作用力影响颗粒体系流变性能的研究进展

悬浮颗粒体系在许多工业中都能见到踪影, 比如矿物加工、水和废水处理、陶瓷加工、造纸、食品加工工业等. 对于胶体颗粒悬浮体系, 颗粒间的相互作用力是控制体系的剪切流变性能、密实化性能和沉积性能的关键因素^[1,2]. 当颗粒间的作用力为排斥力时(排斥性颗粒体系), 颗粒不易“抱团”, 颗粒体系在溶液中处于稳定的分散状态. 而由于布朗热运动的作用, 颗粒的沉降速度很小. 不过, 对于这样的体系, 一旦颗粒最终都沉降下来形成颗粒网络就很密实; 而且即使在较低的外压下被压缩, 沉积层也很容易达到较高的固体体积比率(含水量少). 排斥性颗粒体系的黏度很低, 剪切流变抗力很小. 反之, 如果颗粒间的作用力是吸引力(吸引性颗粒体系), 颗粒就极易形成团块. 团块一般包含很多单个颗粒, 质量较大, 因此团块的沉降速度比单个颗粒快得多. 由此形成的颗粒网络的性质完全与排斥性颗粒体系相反: 它的密度低、含水量高, 需要更高的外压力才能密实化; 而且颗粒网络的黏度高, 剪切流变抗力较高^[3].     

纳米金颗粒在石英晶体微天平检测DNA中的表面修饰作用

采用石英晶体微天平(QCM)技术, 用不同粒径的纳米金颗粒来进行QCM的表面修饰, 提高对单链靶标DNA的检测灵敏度. 在相同的实验条件下, 通过研究5~60 nm范围内不同粒径纳米金颗粒对QCM表面的修饰作用发现: 金颗粒粒径的大小对DNA探针在石英晶体微天平表面的固定量和DNA的杂交率均有影响. 20 nm粒径的金颗粒对QCM表面修饰作用为最佳, 能最好地提高DNA检测灵敏度.     

膜材比例对柠檬酸铁脂质体稳定性的影响

采用薄膜旋转蒸发法制备了3种膜材比(卵磷脂与胆固醇质量比为8:1,10:1,12:1)的柠檬酸铁脂质体(FAC-Lip).采用电导法测定了FAC-Lip的相变温度(T_m)、凝聚速率常数(K_(co))、凝聚活化能(E_(co)),考察膜材比对其稳定性的影响;通过测定油-水分配系数(P_(o/w))和脂质体-水分配系数(P_(lip/w))随p H的变化趋势,考察药物FAC与脂质体膜的相互作用力类型.结果表明,随膜材比例增大,T_m略有减小,K_(co)先减小后增大,E_(co)先增大后减小,膜材比为10:1时FAC-Lip的稳定性最好;随体系p H的升高,lg P_(o/w)减小而lg P_(lip/w)增大,说明药物与脂质体膜的作用力中以氢键、静电力为主,疏水作用为辅.     

纳米聚苯乙烯胶乳颗粒的特殊成膜性质

应用多种实验手段对平均粒径29 nm的聚苯乙烯纳米胶乳颗粒成膜过程进行了研究. 样品经不同温度热处理1 h后, 原子力显微镜扫描发现聚苯乙烯颗粒的变形温度约为90℃, 平坦化温度约为 100℃. 90℃以下处理时, DSC扫描在Tg附近有一放热峰, 100℃以上热处理后消失. 固体核磁共振结果也发现在90- 100℃热处理后, 芳香碳和脂肪碳的自旋-晶格弛豫时间发生明显转变. 其密度也在该区间发生突变. 说明纳米尺寸的聚苯乙烯颗粒的凝聚态特征与大粒径(＞1 (m)胶乳或本体聚苯乙烯不同, 从而导致聚合物颗粒在较低温度下即可发生变形和相邻颗粒间的融合.     

成熟登革病毒颗粒在中性培养条件下的冷冻电子显微镜三维重构

登革病毒(Dengue virus, DEN)为单股、正链RNA病毒, 属黄病毒科黄病毒属, 是依靠蚊子传播的虫媒病毒. 其基因组长约10.8 kb, 只有1个可读框, 编码3个结构蛋白(衣壳蛋白(C)、前膜蛋白(prM)和包膜蛋白(E))和7个非结构蛋白. 在内质网内膜组装DEN非成熟颗粒, 径长约60 nm, 囊膜由60个prM-E异二聚体形成的三聚体构成[1]. 在经过高尔基体的输运过程中, prM蛋白被剪切酶(furin)酶切为M蛋白, 包膜蛋白及其排列发生构象变化, 由90个E蛋白二聚体呈木排状平行于病毒表面紧密排列, 形成颗粒径长约50 nm的成熟颗粒[2]. ...........     

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.     

光谱法研究吡嗪酰胺与人血清白蛋白的作用机制

用荧光光谱法研究了抗结核药物吡嗪酰胺(PZA)与人血清白蛋白(HSA)在不同温度下的相互作用. 初步确定PZA对HSA的荧光猝灭机理主要为静态猝灭, 并测定了二者之间形成基态化合物的结合常数K和作用位点数n. 根据不同温度条件下的热力学函数, 确定了PZA与HSA之间的主要作用力是氢键和范德华力. 根据Forster非辐射能量转移原理, 确定了PZA与HSA的结合距离, 并用同步荧光和紫外光谱法研究了PZA对HSA构象的影响     

基于表面微图案化技术研究细胞取向

近年来, 利用条纹状图案化表面研究细胞取向成为一种独到的手段. 采用了光刻转移技术在聚乙二醇(PEG)水凝胶的表面进行金(Au)的图案化修饰, 这种方法可以得到稳定的具有显著细胞黏附反差的微图案化表面. 利用该图案化表面技术引导细胞黏附后的取向, 进而基于细胞的显微照片定义了5个参量, 并进行了统计. 发现随着条纹间距的增加, 细胞的取向度, 长短轴比以及金条纹上的细胞占有率均逐渐增大,而单细胞的铺展面积总体呈减小趋势, 但它们随条纹间距增大而发生突然变化的区域并不完全一致; 同时黏附细胞在金条纹上的有效黏附比呈现非单调变化. 5个统计参数组合在一起, 良好地描述了细胞在条纹表面黏附后的取向. 条纹状Au-PEG水凝胶复合图案表面的利用以及相应参量的统计和比较为今后研究细胞在生物材料表面的取向行为提供了一种有效的模型化方法.     

Zn掺杂TiO2纳米管电极制备及其对五氯酚的光电催化降解

采用阳极氧化法在Ti基底上制备TiO2纳米管电极,再通过浸渍法制备出Zn掺杂TiO2纳米管电极.采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、电子探针显微分析(EPMA)、紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)技术对其进行表征,电极表面分布有均匀的纳米管状阵列,管径50～90nm,管长约200nm,管壁厚约为15nm,锐钛矿型TiO2,Zn元素以ZnO小团簇形态沉积在TiO2纳米管电极表面,与TiO2纳米管电极相比起始吸收带边红移近20nm.分别使用Zn掺杂TiO2纳米管电极和TiO2纳米管电极对相同五氯酚(PCP)溶液(初始浓度为20mg/L,电解质Na2SO4浓度为0.01mol/L,初始pH为7.03)进行光电催化降解120min.结果表明:在紫外光(400μW/cm2)或可见光(4500μW/cm2)的照射下,Zn掺杂TiO2纳米管电极对PCP的降解率分别为73.5%和18.4%,而TiO2纳米管电极对PCP的降解率分别为48.5%和3.2%.Zn掺杂TiO2纳米管电极光电催化降解PCP的准一级反应动力学常数分别为TiO2纳米管电极的2.0倍和5.8倍,且其光电催化性能与Zn掺杂浓度有关,最优掺杂浓度为0.909%.Zn掺杂TiO2纳米管电极的稳定性良好.     

耗散粒子动力学方法在生物学领域的应用与研究进展:从蛋白质结构到细胞力学

耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)是近年发展起来的一种介观尺度的数值模拟方法,是研究软物质和复杂流体动力学行为的一种重要手段.这种新型介观模拟方法采用粗粒化粒子模型描述具有关联性的原子团或物质团,并通过简单的软排斥作用力描述粗粒化粒子间的相互作用,从而实现更大时间和空间尺度的复杂系统模拟计算,如油/水/表面活性剂体系、聚合物和胶体溶液的化学形态、微观形貌、相分离以及复杂流体流变特性的模拟等.本文首先介绍了DPD方法的理论框架,继而详细综述了DPD方法在生物系统中的应用.具体地,在分子尺度,我们重点介绍了该方法在蛋白质结构及其相互作用、两亲性脂质分子膜的结构与动力学、脂质膜与蛋白分子相互作用、纳米颗粒与脂质膜相互作用等方面的研究现状和研究热点.在细胞尺度,我们归纳了DPD方法在模拟血液微循环系统中血细胞的流动和血液流变学行为等方面的应用进展,包括红细胞的变形及流动,白细胞边聚及黏附行为,血小板边聚、黏附及聚集行为,健康与疾病状态下血液流变学特征,循环肿瘤细胞迁移、黏附及分选富集等.此外,我们总结了用于模拟血细胞变形及血液流动的其他数值模...     

基于AFM的血管生成素与其核酸识体(Aptamer)的相互作用力

基于原子力显微镜(AFM)力测定技术研究了血管生成素与其核酸识体(Aptamer)之间的相互作用力, 并与一系列对照实验中测量的相互作用力进行了比较. 结果表明, 血管生成素与其Aptamer之间存在着特异性相互作用. 另外, 采用Poisson统计的方法计算出血管生成素与其Aptamer间的单分子相互作用力为(133.7±11.7) pN. 这些研究结果的获得有望为更好地揭示血管生成素与Aptamer的识别机理, 进一步解释Aptamer对血管生成素活性的抑制作用提供依据.     

层级仿生微阵列的制备及黏附性能

采用电火花穿孔技术,制备了直径0.5mm、倾斜度为75°的大孔铜基阴型模板,利用氢硅烷型硅橡胶浇注该模板,得到大直径倾斜阵列,作为一级结构刚毛阵列.接着,采用等离子刻蚀技术制备了3种不同结构(Φ=15,10,5μm)的单晶硅基阴型模板,真空下氢硅烷型硅橡胶浇注,得到3种精细微阵列,作为二级结构刚毛阵列.最后,利用烯硅烷型硅橡胶进行硅氢化反应将二级微阵列键合在一级阵列的支杆末端,得到3种层级刚毛阵列.利用高灵敏力传感器测试了3种层级刚毛阵列的法向、切向黏附性能.结果表明:3种层级刚毛阵列的切向滑动黏附力均随滑移距离先增后减,呈现了各向异性的黏附特性;不同二级结构刚毛阵列的切向、法向黏附强度与其二级阵列的直径、密度密切相关.