毛细作用的变分法理论

以圆柱形毛细管内壁、毛细管内的液体和气体为研究对象.设毛细管液体的表面为旋转面,写出了系统的自由能(表面能及重力势能)的泛函.使自由能泛函取极值的欧拉方程就是关于附加压强的拉普拉斯公式.泛函取极值时在可动边界(毛细管内壁)上的边界条件就可导出关于接触角的杨氏方程.此二方程是自由能取极值的密不可分的两个必要条件.     

圆柱形蛋白石和反蛋白石结构光子晶体的制备及其光学性质

研究了在圆柱曲面基底上自组装空心和实心的圆柱形蛋白石和反蛋白石结构光子晶体的方法. 用垂直沉积法在不同曲率半径的毛细管内自组装了空心圆柱形聚苯乙烯(PS)蛋白石结构光子晶体薄膜和二氧化硅 (SiO₂) 反蛋白石结构薄膜; 用类重力沉积法制得实心圆柱形蛋白石和反蛋白石结构光子晶体, 并讨论了这一生长方式中的状态变化过程及影响因素. 用扫描电子显微镜对样品内部结构进行了表征, 用光谱仪测试了光子晶体薄膜的反射光谱, 结果表明: 基底曲率半径和微球粒径的大小是影响空心蛋白石和反蛋白石薄膜质量的主要因素; 微球大小是影响实心结构有序性的主要因素. 关键词： 反蛋白石 空心圆柱 溶胶凝胶协同自组装     

光纤圆柱曲面基底胶体微球的自组装

以标准单模光纤包层的外表面作为基底,通过改进的恒温蒸发对流引导合理控制溶剂蒸发温度和液体表面下降的速度,使用垂直沉积法在其曲面圆柱型基底涂覆三维二氧化硅胶体晶体。单模光纤垂直插入二氧化硅胶体溶液中,处于圆形容器的中心,在毛细力的驱动下胶体微球在光纤外表面形成三维的胶体晶体薄膜。实验所用二氧化硅微球平均粒径为390 nm,晶体生长时间仅为12 h。用扫描电子显微镜(SEM)分析了样品的表明形貌:确定了样品表面面心立方结构的[111]和[100]两种晶向排列,同时发现了[100]晶向之间有规律的[111]晶向排列的交叉图案。对胶体微球不同的晶向排列以及交叉图案进行了定性的分析和讨论。     

硅（100）晶面上硅和二氧化硅的横向与纵向腐蚀速率

定义了硅表面上硅和二氧化硅的横向腐蚀速率 ,系统地测量了硅 (10 0 )晶面上的硅和二氧化硅在 4 0 %(质量分数 )氟化铵水溶液中的横向与纵向腐蚀速率 ,并和硅 (111)晶面上的测量结果进行了对比 .对比结果表明 ,尽管两种晶面上的硅和二氧化硅的腐蚀速率有明显的差别 ,其相应的表观活化能在误差范围内相同 .实验中还发现 ,溶液的温度为 38.2℃时 ,硅腐蚀过程中形成的气泡对硅的腐蚀速率有显著的影响 :开始时加速硅的腐蚀 ;但随着气泡在硅 /溶液界面的聚集 ,阻碍硅的腐蚀 .     

岩盐结构SrC(111)表面和(111)界面的d~0半金属性

利用第一性原理方法,本文研究了岩盐结构的SrC块材、(111)表面和(111)界面的电子结构和磁性.块材的SrC被证实是一个良好的d~0半金属铁磁体.计算结果显示(111)方向的C表面和Sr表面都保持了块材的半金属性.对于(111)方向四个可能的界面,态密度的计算显示C-Pb界面呈现半金属特性.本文对岩盐结构SrC块材、(111)表面和(111)界面半金属性的研究结果,将为高性能自旋电子器件的实际应用提供一定的理论指导.     

Mesoporous Silica Materials Synthesized via Sol-Gel Methods Modified with Ionic Liquid and Surfactant Molecules

采用离子液体1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐改性的溶胶-凝胶法以及表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵进一步改性的溶胶-凝胶法制备介孔二氧化硅. 通过X射线衍射、氮气吸附脱附和扫描电子显微镜对所制备的样品进行表征. 结果表明,与仅用离子液体为模板制备的介孔二氧化硅相比,采用表面活性剂和离子液体的混合物为模板制备的介孔二氧化硅具有较小的孔径和较规则的孔结构. 说明利用该方法制备介孔二氧化硅,表面活性剂的加入会在一定程度上影响所制介孔二氧化硅的微结构.     

光纤表面自组装胶体晶体微结构的实验研究

利用自组装方法在普通单模光纤裸纤表面生长胶体晶体,采用自组装方法制备了一种新型的三维光子晶体微结构光纤。将单分散度小于2％的二氧化硅胶体微球超声分散于乙醇溶液,通过垂直沉积法在表面经湿法腐蚀处理的裸光纤表面组装胶体晶体。采用SEM对样品进行表征,胶体样品表面为六角密排列,晶体呈FCC结构,其（111）晶面平行于光纤表面。当微球直径远小于光纤直径时,在60℃温度下制备的胶体样品有较好的质量。     

表面喷砂对有机玻璃沿面闪络性能影响

绝缘子表面粗糙处理是提升其沿面闪络性能的重要途径,表面粗糙化处理方式不当,极易带来表面结构不均匀,难以获得稳定耐压性能的绝缘材料。为提升绝缘子表面粗糙处理的均匀性,本文利用表面喷砂技术对圆柱形有机玻璃(PMMA)绝缘子进行了粗糙化处理研究,以球形二氧化硅(SiO2)颗粒为工作介质,研究了不同喷砂粒径、氢氟酸后处理等因素对绝缘材料表面形貌和组分的影响,并利用短脉冲高压测试平台对喷砂处理前后有机玻璃绝缘子样品进行了真空沿面闪络性能测试。研究结果表明,喷砂处理在有机玻璃表面形成了较为均匀的凹坑,HF酸能够有效去除表面残留的SiO2颗粒,具有表面喷砂粗糙结构的绝缘子沿面闪络电压得到了稳定提升,相较于未处理的绝缘子闪络电压提升了约80%。     

氦等离子体处理对纳米二氧化硅溶胶涂覆T300碳纤维拉伸性能的影响

氦等离子体处理纳米二氧化硅溶胶涂覆T300碳纤维能构造出特定空间结构形态的纳米涂覆层.扫描电子显微镜照片显示,经氦等离子体处理后纳米二氧化硅溶胶涂覆T300碳纤维的纳米涂覆层在纤维表面分布均匀,起到填补纤维表面微观缺陷的功能.X射线光电子能谱及傅里叶变换红外光谱显示,纤维表面被引入了活性官能团,纳米二氧化硅涂覆层与碳纤维间有表面激活反应.形成纳米界面结构的T300碳纤维表面与纳米二氧化硅涂覆层间的相互作用符合艾琳方程,利用热激活体积可以对其相互作用进行定量分析.拉伸试验表明,屈服塑性变形导致纳米界面结构热激活,纳米微粒阻碍碳纤维表面大分子链形貌变化的热激活体积是纳米界面结构性能的重要表征. 关键词： 激活体积 溶胶涂覆 氦等离子体 纳米界面结构     

钴原子及其团簇在Rh(111)和Pd(111)表面的扫描隧道显微学研究

利用扫描隧道显微镜和扫描隧道谱(STM/STS)及单原子操纵,系统研究了单个钴原子(Co) 及其团簇在Rh (111)和Pd (111)两种表面的吸附和自旋电子输运性质. 发现单个Co原子在Rh (111)上有两种不同的稳定吸附位,分别对应于hcp和fcc空位, 他们的高度明显不同,在针尖的操纵下单个Co原子可以在两种吸附位之间相互转化. 在这两种吸附位的单个Co原子的STS谱的费米面附近都存在很显著的峰形结构, 经分析认为Rh (111)表面单个Co原子处于混价区,因此这一峰结构是d轨道共振 和近藤共振共同作用的结果.对于Rh (111)表面上的Co原子二聚体和三聚体, 其费米面附近没有观测到显著的峰,这可能是由于原子间磁交换相互作用 和原子间轨道杂化引起的体系态密度改变所共同导致.与Rh (111)表面不同, 在Pd (111)表面吸附的单个Co原子则表现出均一的高度.并且对于Pd (111)表面所有 单个Co原子及其二聚体和三聚体,在其STS谱的费米面附近均未探测到显著的电子结构, 表明Co原子吸附于Pd (111)表面具有与Rh (111)表面上不同的原子-衬底相互作用与自旋电子输运性质.     

大尺寸SiO2胶体颗粒的重力沉降自组装研究

采用两步法合成了直径分别为782，977，1027，1160和1324nm的SiO2胶体颗粒，透射电子显微镜显示颗粒尺寸的平均标准偏差小于5％.具有较好的单分散性.通过调节SiO2胶体颗粒悬浮液中介质粘度的方法，拓宽了重力沉降自组装的尺寸范围，得到了颗粒直径为700—1300nm的合成蛋白石 ，扫描电子显微镜图像显示它们为面心立方结构，透射谱表征显示它们具有一定的光子带隙. 关键词： SiO2胶体颗粒 重力沉降自组装 合成蛋白石 光子带隙     

采用溶胶凝胶协同自组装方法制备SiO2反蛋白石结构薄膜及其光学性质研究

研究了溶胶凝胶协同自组装制备大面积高质量SiO₂反蛋白石结构薄膜的方法. 向单分散的聚苯乙烯(PS)胶体溶液中添加SiO₂前驱物溶液,用垂直自组装法一步得到微球空隙中均匀填充有凝胶的 复合PS胶体晶体薄膜,在空气中烧结去除PS后得到SiO₂反蛋白石结构薄膜.通过对添加前驱物溶液比例、 自组装温度以及烧结温度等参数的研究,用不同粒径的PS微球制备了不同孔径的高质量SiO₂反蛋白石结构薄膜. 用扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪对制备得到的薄膜样品进行显微形貌和成分表征,并测试了其透射光谱. 结果表明:溶胶凝胶协同自组装法制备的SiO₂反蛋白石结构薄膜大面积高度有序,孔径可以控制且选择范围宽; 薄膜的透射光谱带隙明显,带隙中心波长与理论计算结果相符.     

金属有机化学气相沉积法在欧泊空隙中生长磷化铟的影响因素

制备磷化铟(InP)反欧泊三维光子晶体的关键是提高InP在欧泊空隙中的填充率。使用低压金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统在人工欧泊空隙中生长了InP晶体,分析了影响InP在欧泊空隙中填充的因素及确定了InP的最佳生长条件。实验和理论分析的结果较为符合。磷化铟在人工欧泊空隙中的填充率越高,二氧化硅球和空隙间的折射率差越大,人工欧泊光子晶体光学性能的变化就越显著;周期生长、低压、使用和InP失配小的衬底以及异质同构现象有助于InP在欧泊空隙中的填充。在优化的生长条件下制备了填充率较高的SiO₂-InP光子晶体。研究结果为制备InP反欧泊结构积累了有益的经验。     

二氧化硅人工蛋白石晶体（opal)的制备及其结构性质的研究

运用胶体化学法合成了尺寸可控的二氧化硅（SiO2）亚微米溶胶小球.透射电子显微镜（TEM）结果显示样品平均尺寸可从200nm变化至600nm，单分散性较高、平均标准偏差小于5％.通过自然沉积法，由溶胶SiO2小球自组织晶化制备了人工蛋白石晶体（opal晶体）结构.样品的剖面扫描电子显微镜（SEM）检测表明，样品为面心立方（fcc）结构.分析表明，较高的单分散性和缓慢的沉积过程是SiO2溶胶小球自组织晶化成三维有序结构的关键因素.反射谱中峰位在1320nm处的反射峰的出现，意味着样品在宏观尺度上的有序排列， 关键词： 亚微米二氧化硅溶胶小球 人工蛋白石晶体 方向带隙     

Template assisted fabrication technique towards Si-inverse opals with diamond structure

A method to fabricate silicon (Si) inverse opals with diamond structure is introduced. The method is based on the arrangement of silica particles in a template consisting of Si pillars periodically distributed. The profile of the pillars is specially designed to induce the self-organized growth of the particles in a diamond lattice along the (1 1 0) direction. Afterwards, the inverse structure is achieved by infiltrating the opal with Si and subsequently removing the silica by chemical means. Different from a former approach based on robotic manipulation, this method allows the fabrication of large samples available for integration in planar photonic devices.     

A version of Stöber synthesis enabling the facile prediction of silica nanospheres size for the fabrication of opal photonic crystals

A sol-gel synthesis procedure based on the method proposed by Stöber et al. (J Colloid Interface Sci 26:302–315, 1968) has been adopted for the one-step preparation of mono-dispersed silica nanospheres. An excellent control of the particle diameter over a wide range is obtained by varying the amount of silicon alkoxide only, while the concentration of all other components is kept fixed: this allows the fabrication of artificial opals with a finely tuned and precisely predictable lattice parameter.     

Spectroscopy of stop bands in artificial opals filled with an alcohol solution of potassium iodide

The spectral position of the stop bands in photonic crystals based on artificial opals filled with an alcohol solution of potassium iodide is investigated. The energy-band structure of samples with quartz globules 230 nm in diameter is modeled based on the dispersion equation. The spectral position of the stop bands in the [111] direction at different solution concentrations is determined. The conditions for forbidden-band ??collapse?? are established. The possibility of applying artificial opals in optical cavities of lasers of different types is analyzed.     

Enhancing fluorescence of tricolor fluorescent powders by silica inverse opals

Silica inverse opal photonic crystals (PCs) were fabricated by using a sacrificial polymer template method, and were characterized by scanning electron microscopy and reflection spectra. The fluorescence of tricolor fluorescent powders has been enhanced obviously by silica inverse opals as the emission wavelengths of the tricolor fluorescent powders are in the range of stop bands of the inverse opal PCs, which demonstrates that the PCs will be efficient and selective reflection mirrors. A promising application of the strategy would be in novel effective lighting devices. PACS 42.70.Qs; 78.55.-m; 78.55.Mb; 78.68.+m; 78.67.-n An erratum to this article can be found at