偶氮化合物的电晕极化薄膜及其非线性光学性能研究

在有机物中,给体受体取代的偶氮化合物,由于它们具有几乎最高的二阶非线性光学效应以及作为一类新的、有前景的电光材料而倍受重视。在这方面,材料分子的非中心对称的有序排列是首先重要的。把非线性光学活性分子如偶氮化合物溶于聚合物中,再用电场极化方法得到分子有序排列的聚合物薄膜,这是目前认为最有效的材料宏观形态工程。     

箭头形金纳米锥的湿法制备及性能研究

采用湿化学合成法制备了箭头形金纳米锥材料,并研究了合成过程中生长溶液的组成对金纳米材料生长的影响.利用透射电子显微镜、吸收光谱等手段对产物的晶体结构和光学性质进行研究,讨论了材料的生长机理.由于各向异性的箭头形金纳米锥具有良好的表面等离子体共振光学特性和更高的等离子体共振强度,在表面局域电场增强及光热转化等应用方面比其它形貌的金属材料具有更强的优势.与金纳米棒相比,箭头形金纳米锥具有较好的SERS增强性质和光热转换效率.文中还对材料的尖端形貌对纳米粒子边缘局域电场及光热性能的影响进行了讨论.     

一种基于导体尖端效应的无针式静电纺丝方法（英文）

基于导体的尖端效应原理提出一种静电纺丝法,将探针阵列有序嵌入并垂直于聚合物溶液槽底部,保持针头与液面高度相近,当给溶液施加高电压时,会在针头附近区域形成峰值电场,由于流体在电场中具有不稳定性,射流能够在溶液表面的峰值电场处自发形成,进而拉伸细化、劈裂成丝,固化在收集板上.但有序排列的探针阵列之间也存在电场相互干扰问题.为了得到最佳的纺丝电场环境,需对工作电场进行模拟及优化.利用COMSOL Multiphysics 5.0建立几何模型,分析嵌入探针的长短、数量、针间距及几何排布方式对溶液表面场强峰值的影响.当溶液槽中嵌入一排探针时,凸弧形的几何排布方式能提高中间区域的场强峰值;对于两排探针,交错的排布方式有利于改善溶液表面电场的均匀性,而并列排布和对角线排布对均衡场强的效果不显著.     

一种基于导体尖端效应的无针式静电纺丝方法

基于导体的尖端效应原理提出一种静电纺丝法, 将探针阵列有序嵌入并垂直于聚合物溶液槽底部, 保持针头与液面高度相近, 当给溶液施加高电压时, 会在针头附近区域形成峰值电场, 由于流体在电场中具有不稳定性, 射流能够在溶液表面的峰值电场处自发形成, 进而拉伸细化、 劈裂成丝, 固化在收集板上. 但有序排列的探针阵列之间也存在电场相互干扰问题. 为了得到最佳的纺丝电场环境, 需对工作电场进行模拟及优化. 利用COMSOL Multiphysics 5.0建立几何模型, 分析嵌入探针的长短、 数量、 针间距及几何排布方式对溶液表面场强峰值的影响. 当溶液槽中嵌入一排探针时, 凸弧形的几何排布方式能提高中间区域的场强峰值; 对于两排探针, 交错的排布方式有利于改善溶液表面电场的均匀性, 而并列排布和对角线排布对均衡场强的效果不显著.     

枝晶簇四方相钛酸钡的制备及其电场响应性能的研究

为了提高BaTiO3粒子在含水复合弹性体中的电场响应能力,本文采用简单的水热合成法,在不引入任何表面活性剂的情况下,仅通过对反应温度和溶液pH值的调控获得了新颖形貌的钛酸钡粒子。通过借助X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)及接触角(Contact Angle)测量等手段对粒子的微观结构和表面特性进行表征发现:该粒子为高纯四方相枝晶簇结构,具有良好的亲水性,而且在含水复合弹性体中对电场具有优良的响应能力。     

电泳显示微胶囊的制备和性能

以有机颜料联苯胺黄为显色粒子, 四氯乙烯和甲苯混合溶液为分散介质, 油溶性蓝N为吸光染料, 用超分散剂CH-2C分散颜料粒子, 脲醛树脂为壁材, 通过一步原位聚合法制备了电泳显示微胶囊. 通过显微镜检查微胶囊的表面形貌及粒径, 并对微胶囊内颜料粒子的电场响应特性和显示性能进行考察. 结果表明, 所得微胶囊表面光滑, 囊壁透明, 囊内颜料粒子对电场变化能够快速可逆地响应, 并具有双稳显示特性.     

高压静电场对TiO2光催化的影响

研究了静电场对P25型TiO2光催化降解甲基橙的影响.结果表明,静电场对光催化的影响与通常的电助光催化(EAP)不同,电场强度越高,光催化效率反而降低.在没有外加电场情况下,TiO2浓度为0.5g/L时降解速度最快,而在有外加电场时,相同浓度的TiO2分散液降解甲基橙效率随着电场增加而下降,20kV电场下光降解速率常数仅为没有外加电场时的56%.此外,在20kV强电场下,不同浓度的TiO2溶液显示出相同的光降解效率.本文通过对有无电场条件下TiO2分散液的粒度分布和粒子沉降速度进行比较,发现高压电场会导致粒子聚集和沉降.证据显示,高压电场引起的电泳、诱导极化、表面电荷破坏等效应是造成催化剂聚沉的原因.催化剂的聚沉使实际参与光催化的TiO2数量减少,效率降低,从而导致表观降解速率下降.利用高压电场使纳米粒子加速聚沉可能在光降解废水中TiO2催化剂的分离回收方面具有潜在用途.     

用HRS技术研究CdS/Cd纳米粒子的二阶光学非线性

用新发展的超瑞利散射（HRS）技术（一种非相干的方法）研究了表面富镉的CdS纳米粒子的二阶非线性光学性质。结果表明每个纳米粒子的二次非线性极化率β值在10^-26esu量级,这是目前报导的具有最大β值的溶液物种之列。探讨了CdS纳米粒子产生二阶非线性的机制。认为纳米粒子大的比表面及表面缺陷结构对CdS纳米粒子的二阶光学非线性有很大影响。另外,双光子吸收诱导的共振增强作用亦可能贡献CdS纳米粒子的HRS信号,这种双光子共振吸收被其双光子荧光谱所证实。     

基础实验:金纳米粒子的制备及其光学性质

围绕金纳米粒子前沿内容,设计了一个简易的本科生基础实验,利用柠檬酸钠还原氯金酸法制备分散性好的金纳米粒子溶液,讨论了其尺寸与颜色的关系,探究了不同电解质和非电解质对金纳米粒子团聚及其颜色的影响,初步了解金纳米粒子的光学特性和探针效应基本原理。     

金纳米粒子组装结构中的表面重组现象

以纳米粒子为基本结构单元构筑的各种二维或三维超晶格结构受到了广泛的重视［１］．人们的兴趣一方面来源于在纳米尺度上控制材料结构 ,另一方面则因为组织化的纳米材料或结构具有独特的性质 ,以期在非线性光学、纳米电子学等前沿领域得到应用［２］．当前研究最多的结构形式是固体表面上的纳米粒子阵列或单层薄膜 ,通常是胶体粒子靠某种特殊相互作用吸附或沉积在固体表面上（亦称为“纳米粒子在表面上的组装［３］”） ,因此对纳米粒子及固体表面进行功能化的修饰 ,从而控制纳米粒子在表面上的排列和聚集状态 ,是制备这类复合结构的核心问…     

银纳米粒子合成与表征的仪器分析综合性实验

介绍一个银纳米粒子合成与表征的仪器分析综合性实验。基于化学还原法合成银纳米粒子,利用电镜和光学仪器分析方法表征银纳米粒子的性质,考察了还原剂与硝酸银的量对银纳米粒子光学性质的影响及银纳米粒子溶液浓度与吸光度的关系。该实验综合了学生在基础化学实验阶段所学习的物质制备、仪器表征等基本实验技能,且操作步骤简单,表征方法直观,便于学生掌握。     

聚甲基丙烯酸单层保护金纳米粒子的制备及pH响应性聚集

通过可逆断裂链转移加成聚合,制备了单分散的聚甲基丙烯酸叔丁酯,并一步水解获得了具有硫醇端基的聚甲基丙烯酸(PMAA).在还原氯金酸为金纳米粒子的同时,利用硫醇端基与金纳米粒子(GNPs)的耦合作用,一步获得了聚甲基丙烯酸单层保护的金纳米粒子.通过紫外光谱和透射电镜表征证实,金纳米粒子为单分散的球型颗粒,在水溶液中具有长期稳定性.聚甲基丙烯酸单层保护的金纳米粒子的光学性质和聚集状态,具有明显的pH响应性.在酸性条件下,由于PMAA被质子化发生疏水性转变,聚合物链收缩聚集,促使金纳米粒子之间互相靠近并聚集,其表面等离子共振吸收峰发生红移.从酸性调节为碱性后,(PMAA-@-GNPs)能重新分散,吸收峰发生蓝移.在多次循环后,溶液的光学信号能可逆互变且变化不大.     

沸腾回流强迫水解法制备均分散α—Fe2O3超微粒水溶胶

Matijevic等曾报道在密闭静态环境下强迫水解酸化的铁盐溶液制备出几种形状单一的微米或亚微米级的均匀α-Fe_2O_3或β-FeOOH胶体粒子。类似的工作国内亦有报道。如粒子尺寸减小到纳米量级,则体系兼有表面效应、体积效应和特殊的光学性质。我们尝试用强迫水解法制备粒径几十纳米的球形或立方形的α-Fe_2O_3均分散胶体粒子,结果获得成功。     

纳米粒子的精准组装

纳米材料由于其独特的光、电、磁、力学等性质,成为了构建功能材料与器件的理想基元。实现纳米粒子的精确组装,是探究粒子之间的耦合聚集性质和制备宏观功能器件的基础。但是由于纳米粒子的小尺寸以及在溶液中运动的随机性与复杂性,精准控制纳米粒子组装体的形貌以及在空间中的相对位置仍存在巨大挑战。为了将纳米粒子组装成理想的有序结构,许多控制粒子组装的策略与方法得到发展。本文首先概述了纳米粒子自组装的控制方法与典型形貌,着重分析了影响粒子精准排布的因素与控制方法,并对纳米粒子及其组装体的光学性质与器件应用的最新研究进展进行了讨论,最后对目前纳米粒子精准组装所面临的挑战以及未来发展的方向进行了展望。     

胶体晶体自组装排列进展*

自组装排列胶体晶体是发展光子晶体等亚微米周期有序结构及新型光电子器件十分重要的环节.高电荷密度单分散胶体球在较弱的离子强度和稀浓度下会自发排列形成紧密堆积的周期性结构(ccp),常常是面心立方(fcc),科学家们以此为基础发展了多种结晶化胶体粒子的方法,包括重力场沉积、电泳沉积、胶体外延技术、垂直沉积、流通池、物理束缚排列及其他的许多方法.目前排列的胶体粒子基本为球形,材料也多为SiO2、PS、PMMA,此外一些复合粒子,主要为核壳粒子的排列这里也稍作介绍,这些方法及其变通的使用可以形成类蛋白石及反蛋白石结构,最终实现光子带隙及其它多种用途。     

基于光学显微术的单粒子传感

基于光学显微术的单粒子传感技术是一种将光学显微镜等具有空间分辨能力的研究工具应用于分析传感领域的检测技术.该技术将单个纳米粒子视作一个完整的纳米传感器,分子识别和信号转换均在单个纳米粒子界面上完成,信号读取则通过不同种类的光学显微镜来实现.与宏观的纳米传感器相比,单粒子传感技术通过对单个纳米粒子的光学特征信号进行测量、计数和追踪,可以获得局域微区内分析物的定性和定量信息,从而具有高灵敏度、高通量和可用于微观复杂体系的动态检测等显著优点.首先简要回顾了单粒子光学传感技术的发展历史和国内外研究现状,随后介绍了其主要技术特点,并重点综述了该领域近五年内的重要研究成果.最后指出通过纳米探针、光学成像技术和多维数据处理等多方面的持续发展,可进一步提高单粒子光学传感器的性能,有望使其在分析科学、生命科学和材料科学等诸多领域获得更加广泛和深入的应用.     

不同受限状态下链硫醇的非线性光学响应

以和频(SFG)振动光谱技术探测了正十二硫醇(DDT)在不同受限状态下的分子振动信号,包括金属基底上的自组装单层(SAM)分子,放置在二氧化硅基底上的表面DDT化的金纳米粒子以及金纳米粒子的甲苯溶液.在三种状态下都探测到了来自于DDT分子的振动光谱,振动光谱的区别提供了在不同受限态下DDT分子的结构信息.在金属基底上DDT分子排列规整,放置在二氧化硅基底上的金纳米粒子表面的DDT分子具有一定的柔性,在空气-甲苯溶液界面金纳米粒子表面的DDT分子高度无序.此外,光谱实验显示,金纳米粒子表面的分子振动信号产生了局域场增强的效应,相对于金基底上的自组装单层分子而言,增强系数为102-103,取决于光谱的偏振组合.     

抗坏血酸还原法制备金纳米花的机理

研究了以抗坏血酸和氯金酸为生长溶液制备金纳米花的反应机理. 结果表明, 通过改变生长溶液中抗坏血酸浓度可以调节小尺寸的初级金粒子在种子表面的聚集方式及金纳米花的熟化速度, 从而影响金纳米花的形貌和光学性质. 协同改变抗坏血酸浓度和pH值, 可实现对金纳米花形貌及光学性质的有效调控. 表面增强拉曼散射(SERS)性能评价结果表明, 抗坏血酸还原法制备的金纳米花表面较清洁, 对罗丹明6G有较好的拉曼增强效果.     

Au纳米粒子在有机溶剂中的电导行为

采用化学方法制备出粒径约10nm的Au纳米粒子,分别用十二、十四和十六烷基硫醇对Au粒子表面进行修饰,再溶入不同有机溶剂中,制备得到Au纳米粒子/氯仿和Au纳米粒子/甲苯溶液.测试了不同溶液的电导率随溶质浓度的变化规律,发现在整个浓度范围内存在一个临界浓度值.当溶质浓度低于临界浓度值时,溶液的电导率随溶质浓度的增加而迅速增加;而当溶质浓度超过临界浓度值时,溶液电导率的增加缓慢.在本文测试的浓度范围内,当Au纳米粒子分别被十二、十四和十六烷基硫醇修饰时,Au纳米粒子/氯仿溶液的临界浓度值分别约为11.22,7.96和5.47g/L.在相同浓度下,Au纳米粒子外面包裹的烷基硫醇的链长越短,其溶液的电导率越大.在整个浓度范围内,Au纳米粒子/氯仿溶液的电导率均高于Au纳米粒子/甲苯溶液的电导率.     

无机纳米粒子的二阶光学非线性研究进展

非相干的超瑞利散射(HRS)技术是20世纪90年代发展起来的用于测定分子发色团一阶超极化率β的有效工具。由于它与惯用的相干二次谐波发生(SHG)和电场诱导二次谐波发生(EFISHG)技术相比较,不受样品的尺寸、取向和/或电荷的限制,因此近四五年来被使用来测定无机纳米粒子的一阶超极化率,并取得了一些重要的结果。文章介绍了HRS技术的一般原理、实验装置及数据处理方法。根据目前报导的实验结果,并结合我们的工作,探讨了纳米粒子超瑞利散射的几种可能机制:表面贡献、类体相贡献、聚集体贡献、共振增强的贡献以及粒子表面静电场和溶剂场的贡献,其中特别强调了表面贡献。指出用HRS技术研究纳米粒子二阶光学非线性这一新的领域正逐步吸引越来越多的科学家的兴趣,将成为非线性光学和纳米科学交叉领域的一个热点。