封面说明

<正>微尺度多相流动行为和规律是微流体技术在化学、化工、材料、分析等诸多领域的科学基础.近年来针对微尺度多相流动过程的研究逐渐从传统的气液、液液两相流向气液液、液液液、气液固等多相流发展,其中微尺度气液液三相流在化学合成、萃取分离、新材料制备等方面具有重要的应用价值,是近年来的研究热点.目     

受生物启发的多尺度微/纳米结构材料

简要介绍了自然界中几种具有特殊结构和功能的生物体,其宏观性质与其表面的微纳米结构有着密切的关系,概述了近几年来仿生合成多尺度零维/一维微纳米材料的研究进展,并进行了简要的分类,展望了多尺度微纳米材料未来的发展方向.     

微尺度水凝胶与组织工程

水凝胶已被广泛应用于组织工程、药物控释、生物传感器等生物医学领域。随着微制造技术的发展,在纳微米尺度范围内制备形状和尺寸与自然组织相匹配的工程化水凝胶为解决血管化困难、复杂组织结构模拟、多细胞接种等组织工程难题带来了曙光。本文将主要讨论微尺度水凝胶在组织工程领域的研究现状,重点介绍微尺度水凝胶的合成方法及其在血管化和复杂组织结构模拟方面的应用。     

超临界CO_2技术制备微孔聚合物中的基本问题

微发泡聚合物材料以环境友好的超临界CO2为发泡剂,具有优异的材料性能.本文对本课题组的研究工作做了归纳总结,对聚合物微发泡中CO2的传质、微发泡过程中泡孔结构参数的变化以及多相/多组分聚合物体系的微发泡行为等内容做了针对性的综述.结合对聚合物微发泡过程理论模拟研究工作的评述,展望了超临界CO2微发泡技术未来的发展方向.     

微多相光催化的进展

七十年代后期,以太阳能化学转化和储存为主要背景的微多相光催化——催化学科的一个新领域,逐渐发展起来。本文将从微多相光催化反应、光腐蚀及其抑制、光催化效率、新的半导体催化剂材料等方面对这一领域进行简要介绍。 微多相光催化过程与光电化学过程有着相似的原理。     

阳离子表面活性剂中相微乳的形成和特性

自1943年SdriAn。等人山发现微乳液体系并予以命名以来，对微乳液研究不断深入·微乳液是由油、水、表面活性剂和助表面活性剂组成的各向同性、透明的、热力学稳定的分散体系，微乳液可分为单相微乳液和多相微乳液问．中相微乳液是多相微乳液中，与过剩盐水相和过剩油相达到三相平衡的Winsor皿型微乳液，它在三次采油、日用化工、微环境、酶催化等方面具有特殊重要的应用I‘，‘］．近年来对阴离子表面活性剂中相微乳液的形成和特性进行了较多研究［5。8］．但对阳离子表面活性剂中相微乳液的研究，目前尚未见报导，本文以澳代十四烷基毗…     

超声对多相光催化光解H2S作用的初步探讨

70年代后期,以太阳能化学转化和贮存为主要背景的微多相光催化-催化学科的一个新领域,逐渐发展起来,微多相光催化过程与光电化学过程有着相似的原理,1979年,Bard最早把微电极模型引入到微多相光催化中来^[1],半导体微粒光催化剂,就其电荷转移机制而言,可视为短路的光电化学池,Honda和Frank以一直径为4.8mm的CdS的单晶圆片制成的光化学二极管,浸在电解质中,成功地进行了光解水制氢的研究^[2],这均从实验上演示了微多相光催化体系的光电化学特征.     

外加场分离技术与微流控技术联用在微纳尺度物质分离中的研究进展

微纳尺度物质的分离和分选在精准医学、材料科学和单细胞分析等研究中至关重要。精准、高效和快速的分离微纳尺度物质能够为癌症的早期诊断、生物样品检测和细胞筛选提供重要帮助,其中基于外加场分离技术的分离微纳尺度物质因可以对微纳尺度物质高效在线分离和分选,被广泛应用于微纳米颗粒、外泌体以及生物细胞的分离工作中,而目前多数外加场分离技术存在装备繁琐和样品消耗大等问题。微流控技术是一种通过制作微通道和微流控芯片操纵微小流体对微纳尺度样品组分进行分离的技术,因具有快速检测、高通量、在线分离、集成性高、成本低等优势现被应用于微纳尺度物质分离分析中,是一种微纳尺度物质分离的有效方法,通过在微流控芯片上设计不同的通道及外部配件提高主动场对微纳尺度物质分离效率。外加场分离技术与微流控技术联用可以实现微纳尺度物质的无损、高效、在线分离。该综述主要概述了近年来在微流控芯片上依托流动场、电场、磁场及声场等外加场分离技术来提高对微纳尺度物质分离效率的研究现状,并将各个外力场对单细胞、微颗粒等微纳尺度物质的分离进行分类介绍,总结各自的优缺点及发展应用,最后展望了外加场分离技术与微流控技术联用在应用于癌细胞的早期筛查、精确分离微尺度物质领域的未来发展前景,并提出联用技术的优势和未来应用等。     

数字核酸扩增检测技术的研究与应用进展

近年来,微纳尺度流体控制技术由于具备实现多相、多步和平行反应的优势,已成为传统分析手段的首选的补充和替代方法.其与核酸扩增方法的完美结合,有效推动了数字核酸扩增检测(Digital nucleic acid detection,dNAD)技术的建立与发展.作为可实现单分子水平检测的分析方法,dNAD技术已成为分子诊断领域重要的组成部分.本文回顾了dNAD技术的发展历程,阐述了其检测原理,以及相比于传统方法的优势,对其最新研究与应用进展进行了综述,并对其未来的发展进行了展望.     

在介观尺度研究多相复杂流体——四辊流变仪及其应用

研究多相复杂流体的流变学需要介观尺度下基本力学过程的信息.四辊流变仪可以产生旋转、剪切、拉伸等多种流场,且在流场中心形成一个停滞点,适于实时观察和测量介观尺度范围内与基质不相容的液滴的形变、破裂和聚并,或纤维、固体粒子、液晶等与液体组成的多相复杂流体的流变性质,还可以和多种仪器联用进一步扩展应用范围.本文综述了四辊流变仪的发展、主要部件、理论基础、用途以及应用四辊流变仪所做的主要研究,最后与其它流变仪器加以比较并总结了它的优缺点.     

Chemistry in microstructured reactors

The application of microstructured reactors in the chemical process industry has gained significant importance in recent years. Companies that offer not only microstructured reactors, but also entire chemical process plants and services relating to them, are already in existence. In addition, many institutes and universities are active within this field, and process-engineering-oriented reviews and a specialized book are available. Microstructured systems can be applied with particular success in the investigation of highly exothermic and fast reactions. Often the presence of temperature-induced side reactions can be significantly reduced through isothermal operations. Although microstructured reaction techniques have been shown to optimize many synthetic procedures, they have not yet received the attention they deserve in organic chemistry. For this reason, this Review aims to address this by providing an overview of the chemistry in microstructured reactors, grouped into liquid-phase, gas-phase, and gas-liquid reactions.     

探索介尺度科学:从新角度审视老问题

本文介绍了国家自然科学基金委员会重大研究计划"多相反应中的介尺度机制及调控"的立项背景、聚焦的科学问题,以及该计划对化学工程的发展和介尺度科学的形成可能产生的影响.研究认为,介于分子/原子和宏观材料之间的物相或表界面结构及介于颗粒(气泡、液滴)和单元化工设备之间的非均匀结构是实现物质转化工艺过程定量设计、放大、优化和调控的瓶颈问题.这两个介尺度问题及其跨层次的关联是当代化学工程科学的核心,这些问题的解决将大大促进化学工程及相关学科由经验向量化过渡,并为逐步形成具有学科交叉特色的介尺度科学作出贡献.     

非平衡热力学在界面传递过程中的应用

21世纪以来，随着各学科之间的交叉渗透，化学工程的研究对象越来越复杂，界面传递对多相化工过程的影响越来越显示出它的重要性，传统的传递模型已经很难对界面复杂动态的传递行为进行定量描述．本文应用线性非平衡态热力学理论，对传统物质传递模型进行描述，分析界面传递过程速率，强化的三个因素：界面传质系数K、传递截面积A、界面化学位梯度△u．以含钾化合物作为模型体系，基于非平衡热力学原理建立了描述和预测固一液界面处介质传递速率的模型，并建立了描述其溶解速率的通用模型和测定钾离子动力学数据的实验方法，通过分析探讨了多相过程速率强化的途径．     

中药炮制过程化学机理研究

中药炮制是中国的一项传统制药技术,也是中药区别于天然药物的显著特点。中药材经过加工炮制以后发生了复杂的化学变化,随着这些化学变化而改变的物质基础是中药炮制前后性味、功能改变的重要原因。阐明中药炮制过程中发生的这些化学变化是中药炮制机理研究的主要内容。近年来,国内外很多研究机构对中药炮制过程的化学机理进行了深入研究,初步阐明了多味中药炮制过程中发生的化学反应及化学成分变化,主要的化学反应包括水解反应、氧化反应、置换反应、异构化反应和分解反应等。本文对近年来中药炮制过程中化学反应机理领域取得的研究成果进行了综述,并对中药炮制过程化学机理研究的方向及前景进行了探讨。     

多元气-液-固复杂体系相平衡

石油流体中含有气相、液相及可能遇到的固相包括水合物、石蜡和沥青质等,涉及多元气-液-固复杂体系的相平衡问题.为防止这些沉积物堵塞造成安全隐患,需要确定水合物、石蜡、沥青质沉积起始条件以及沉积量.本文针对化学热力学理论在含水合物、石蜡和沥青质的多元-多相平衡研究中的应用进行了综述.水合物相平衡模型较为成熟,主要有两类,其一为基于等温吸附理论的van der Waals-Platteeuw型热力学模型;其二为基于双过程水合物生成机理的Chen-Guo水合物热力学模型.石蜡沉积一般采用活度系数法、状态方程法及多固相模型描述.沥青质絮凝、沉积则可采用溶解度参数模型、状态方程法、胶体模型和标度理论模型进行计算.同时对多元气-液-固复杂体系的相平衡研究发展方向进行了展望.     

Raman and surface enhanced Raman microscopy of microstructured polyethylenimine/DNA multilayers

We analyze microstructured multilayer films of poly(ethyleneimine) (PEI) and DNA by employing Raman and surface enhanced Raman spectroscopy (SERS). The microstructuring of the samples allows a simultaneous measurement of signal and reference in a single analytic process. Silver nanoparticles are implemented in the microstructured multilayers for SERS measurements. The recorded SERS spectra of PEI/DNA are dominated by the Raman bands of the DNA bases which show a larger mean enhancement than bands belonging to DNA backbone vibrations. Our results show that the combination of SERS and microstructured multilayer films provides an adapted way to characterize the polyelectrolytes as well as to measure the enhancement factor and the distance dependence for the SERS active silver nanoparticles. Furthermore, microstructured polyelectrolyte films containing SERS active nanoparticles are used for sensing molecules.     

金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线及应用

金属辅助化学刻蚀是近些年发展起来的一种各向异性湿法刻蚀,利用该方法可以制备出高长径比的半导体一维纳米结构。 本文综述了金属辅助化学刻蚀法可控制备硅纳米线的最新进展,简要概述了刻蚀的基本过程与机制,重点阐述了基于不同模板的金属辅助化学刻蚀可控制备高度有序、高长径比的硅纳米线阵列的具体流程与工艺,并介绍了其在锂离子电池、太阳能电池、气体传感检测和仿生超疏水等方面的潜在应用,探讨了目前存在的问题及其今后的研究发展方向。     

聚苯胺复合材料的制备方法及应用进展

复合材料是由两种或多种性质不同的物质组成的多元材料,具有比各组分材料更优异的或原来不具备的性能。聚苯胺(PANI)作为最具应用前景的导电高分子材料,国内外对基于PANI的复合材料的研究也愈加关注。本文对PANI复合材料制备方法的研究成果进行了综述,主要包括原位化学法、共混法、电化学法、层层自组装法等。探讨了PANI复合材料在电极、导电、防腐、传感、分离、催化等方面的应用性能,并展望了PANI复合材料今后研究与应用的发展方向。     

Photo-attaching functional polymers to cellulose fibers for the design of chemically modified paper

We introduce a novel approach for preparing polymer-modified and chemically microstructured paper substrates by a photo-chemical attachment of functional polymers to cellulose microfibers inside model filter papers. Poly(methyl methacrylate), PMMA copolymers, which carry a defined amount of photo-reactive benzophenone functional groups, are adsorbed to paper substrates from solution by a simple dip coating process, followed by covalent attachment of the physisorbed polymers through UV-light irradiation. Non-bound macromolecules can be removed from paper sheets by simple solvent extraction, and the resulting polymer-modified substrates were analysed with respect to chemical identity, attached polymer mass, and homogeneity of the polymer attachment. The amount of paper-attached polymers can be conveniently controlled in a wide range from a few mg/g cellulose fiber up to several tenth of mg/g cellulose fiber, by adjusting the polymer concentration in the coating solution. Polymers are being attached by photo-chemical means, and chemical micro patterns on paper can be designed by lithographical means. In first proof-of-concept studies, millimeter-scale channels were prepared that can be used to control fluid penetration by capillary actions. Because of the modularity in the design of photo-reactive polymers, a number of different chemically microstructured papers can be envisioned which may become potentially interesting in lab-on-paper devices.