表面能与晶体生长/溶解动力学研究的新动向

界面现象使物质在结晶过程中出现了临界现象.但最近的研究指出在物质溶解过程中,在表面能量的控制下也存在着临界现象以及尺寸效应.实验发现,当晶体自身小到一 定的程度时(通常在纳米尺度上并和临界蚀坑的大小相近),在溶解过程中其速度会自发降 低,反应被抑制乃至停止.尽管在热力学上表面能的因素可以赋予小颗粒晶体较大的溶解度 ,但表面能却也能通过对临界条件的控制而使这些微粒在动力学上不被溶解.这个发现不仅 解决了纳米颗粒在水溶液中稳定性的问题,而且还从动力学的角度解释了生物矿物选择纳米 尺度作为其基本构成单元的原因.由于表面能和晶体生长/溶解的动力学有着密切的关系, 我们可以通过对表面能的调节来修改它们的动力学速度和晶体的形貌.反过来,也可以用动力学的方法来测定表面能及表面吸附/脱附常数等.相对于常规的界面研究手段,通过生 长和溶解动力学途径所得的数据有着很好的可靠性及重复性.我们认为,晶体生长和溶解的 动力学和表面能的研究相结合,不仅为界面研究提供了新的思路和方法,而且也会推动晶体生长和材料科学的发展.     

Dynamic Study of Gemini Surfactant and Single-chain Surfactant at Air／Water Interface

Molecular dynamics (MD) simulation are used to study the properties of gemini surfactant of ethyl-α,ω-bis(dodecyldimethylammonium bromide) (C12C2C12) and dodecyl-trimethylammonium bromide (DTAB) at the air/water interface, respectively. In the two systems,t he surfactant concentrations are both 28 wt.%, and other conditions are also the same. After reaching the thermodynamic equilibrium, the concentration profiles, the radial distributions functions (RDF) and the mean squared displacement (MSD) are investigated. The results reveal that the surface activity of C12C2C12 surfactant is higher than DTAB surfactant.     

现代仪器分析在生物矿化研究中的应用

现代仪器分析技术在天然生物复合材料研究中具有十分重要的地位.人们对生物矿化的了解,从简单的有机/无机相间的叠层结构到复杂的多级构造、从晶粒的有序排列到特定的晶面取向、从定性描述可溶性有机基质(SM)和不可溶性有机框架(IM)到基质氨基酸分子的组分和蛋白质序列片段的解析、从有机/无机界面天然有机模板对无机结构的指导作用到人工组装的有机模板对诱导产物进行调控,尤其进入到分子水平,无不借助于分析测试技术的进步.     

界面分级离子/配位子交换-静电交换的复合模型——离子强度对海水中微量金属-固体粒子相互作用的影响

在实验上首次发现,粘土矿物为固体粒子的体系的E％-pH曲线之离子强度效应是“先右后左摆动现象”;而水合氧化物为固体粒子的体系则是“向左单向移动现象”。对应的等温线之离子强度效应则是“先下后上摆动”和“单向上移”现象,两类四现象一致。为解释上述诸现象,提出液-固界面分级离子/配位子交换-静电交换的复合模型作统一解释和定量处理。由粘土矿物和水合氧化物两类物质的结构可知,前者可发生两类交换作用,彼此消长时曲线位置产生双向摆动;后者只有界面分级离子/配位子交换,故曲线位置单向移动。模型计算结果与实验吻合。     

纳米TiO2的光生电荷迁移特性研究

利用场诱导光电压谱(简称FISPS)和瞬态光伏(简称TPV)技术研究了TiO₂的光生电荷的产生和传输机制.发现光生电荷在体块TiO₂上的迁移机制不同于在纳米TiO₂上的迁移机制，也不同于在结界面空间电荷区的迁移机制. 400 ℃处理的TiO₂颗粒表面具有大量的表面态，光生电荷被表面态捕获-释放机制控制着光伏行为的过程是慢过程. 800 ℃处理的TiO₂已经形成了完整的能带结构，光伏响应除了表现带-带跃迁外,还有一个在带边的自由激子带，光生电荷被表面自建场驱动进行传递的过程是快过程. 600 ℃处理的TiO₂混晶由锐钛矿型和金红石型两种构型组成，在两相之间存在着较低势垒的结界面．它的光伏响应受控于两种机制 ：光生电荷在两相间结界面空间电荷区的传输和在表面自建场驱动下的传输.当激发光强较小时，界面空间电荷区的光生电子由于积累的浓度较小而不能隧穿过结界面，这种场助隧穿只有在外场作用下才能发生.     

提升教学魅力,打造一门好课——《材料表面与界面》教学改革探索

《材料表面与界面》为高分子材料与工程专业复合材料方向的限选课。本课程对于学生奠定学科基础、培养学生对复合材料方向的兴趣具有重要的先导作用。笔者以"提升教学魅力,打造一门好课"为改革目标,充分贯彻了"教学内容是教学魅力的根本,教学方法与教学手段是将教学内容高效转化为教学魅力的催化剂"这一指导思想,从教学内容与教学方式两方面进行改革。从教学反馈看,这些改革措施能够改善教学效果,提高学生学习效率,得到了学生的认可。     

强冲击加载条件下的钨合金的界面研究

借助定量金相、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等微观分析手段对钨质量分数为９３％的钨合金在１５～５０ＧＰａ冲击压力下微观结构响应性态进行了考察，发现了一些钨合金所特有的现象，即钨颗粒与粘结相交界处出现成分迁移，新相析出；并结合断口分析，探讨了钨合金在冲击作用下发生断裂的微观特征与韧脆转化间的关系及其物理本质。     

羟基取代烷基苯磺酸盐界面扩张粘弹性质

研究了2-羟基-3,5-二癸基苯磺酸钠(C10C10OHphSO3Na)表面和正癸烷-水界面上的扩张粘弹性质, 考察了平衡时间对界面性质的影响. 研究结果表明, 羟基取代烷基苯磺酸钠具有十分特异的界面性质, 其扩张模量比一般表面活性剂大一个数量级, 达到平衡的时间较长, 形成的界面膜弹性较大. 界面张力弛豫测定结果表明, 平衡时界面上存在特征时间长达103 s的慢过程. 上述实验结果可能是由于羟基间形成氢键造成的.     

锑化镓的光助微刻蚀及其表面氧化物的研究

用电化学和光电化学方法研究锑化镓表面的腐蚀以及锑化镓表面氧化膜的生成和溶解，锑化镓电极在一定电势下生成的氧化膜，用俄歇能谱证明，其主要成分为难溶的氧化锑，此氧化膜的存在抑制了锑化镓的进一步腐蚀，同时亦使锑化镓的半导体光电化学性能大为减弱，通过激光微刻蚀及电子显微镜的观察，在刻蚀剂中添加酒石酸，柠檬酸和氢氟酸等试剂，可使刻蚀形得改善，实验研究了锑化镓的平带电势的测定。     

碳氟链与碳氢链表面活性剂在固液界面上的吸附

全氟辛酸及其钠盐和十二烷基硫酸钠在R972上的吸附等温线均为S型或LS型，指示固液界面吸附过程中有表面疏水缔合物生成．碳氟表面活性剂的饱和吸附量显著高于碳氢表面活性剂的饱和吸附量．加电解质于液相使各体系吸附量上升．对于碳氟表面活性剂，甚至引起吸附等温线类型变化．例如，不加电解质时全氟辛酸在R972上的吸附等温线为S型，而加入HCl（c＝0．05mol·dm－3）使吸附等混线变成LS型．全氟辛酸比全氟辛酸钠在R972上的吸附更强．几种表面活性剂在R972上的吸附均随温度升高而减少。应用两阶段吸附模型及通用吸附等温线公式可以很好地解释所得实验结果．