微流控技术在微/纳米材料合成中的研究进展

微/纳米材料因其尺度的微小而具有异于宏观材料的特殊性质, 在多个领域都有着丰富的应用. 近年来, 微流控技术因其微量、高效、高通量、微型化、集成化和自动化等独特的优势在微/纳米材料的合成中引起了广泛的关注. 本综述从微反应器的结构形式及反应方式两个角度进行分类, 介绍了微流控技术在无机材料、有机材料和复合材料中的具体应用, 并对该领域未来的主要发展趋势进行了展望. 微流控技术为微/纳米材料的合成提供了新的思路和方法, 在工业生产和学术研究中都蕴含着丰富的可能性和巨大的潜力.     

Highly conducting graphitic carbon films and nano patterns from poly(p-phenylenevinylene) prepared on the surface of silicon wafers by the CVD method

We could prepare highly electrically conducting graphitic carbon films and nano patterns by carbonizing the poly(p-phenylenevinylene) (PPV) films and nano patterns prepared on the silicon surface by the chemical vapor deposition polymerization method of α,α'-dichloro-p-xylene. When the PPV films on silicon wafers were thermally treated at 850°C highly oriented graphitic carbon films were obtained which exhibit an electrical conductivity higher than 0.7 x 10³ Scm⁻¹. This conductivity value is more than 10 times the value for the carbon films obtained from bulk PPV films or glassy carbons heat treated at the same temperature. Moreover, nano patterns of graphitic carbons were easily obtained on silicon wafers through carbonization of nano patterned PPV obtained by the CVD polymerization method.     

纳米阵列中气体驱替液体的流动特征

纳米尺度下气体驱动液体流动特征在纳流控芯片及页岩气开发中具有广泛的应用前景. 利用管径规格为292.8 nm,206.2 nm,89.2 nm,67.0 nm,26.1 nm的氧化铝膜为纳米阵列,进行气驱水实验和单相气体流动实验,分析纳米尺度下气驱水流动特征. 实验表明,纳米阵列中气驱水时气体流量随驱动压力变化经历三个阶段:第一阶段流量缓慢增大,且比单相气体流量降低约一个数量级;第二阶段纳米阵列中的水被大量驱替出,流量迅速增大;第三阶段纳米阵列中的水全部被驱替出,流动特征与单相气体流动保持一致. 分析表明,气驱水第一阶段存在气液界面毛细管力的“钉扎”作用及固液界面相互作用力的影响,是产生非线性流动的主要原因;而一旦“钉扎”作用破坏,气体进入管道推动界面运动,气柱与液柱之间的毛细曲面曲率变化,毛细管力减小,气体流量急剧增大,其中毛细管力随驱替压力增大急剧变化,是造成第二阶段气体流量突变的主要原因.      

纳米零价铁活化分子氧原理及降解有机污染物性能增强策略

纳米零价铁直接还原降解有机污染物运行长效性差,且不能矿化有机污染物.利用纳米零价铁还原活化分子氧生成活性氧物种可以氧化甚至矿化有机污染物.在最近的研究中,作者提出了纳米零价铁活化分子氧的双途径机理,即铁核电子转移到氧化铁壳表面的双电子还原活化分子氧途径和氧化铁表面结合态亚铁离子的单电子还原活化分子氧途径,阐释了纳米零价铁核壳结构依赖的分子氧活化降解有机污染物性能机制及性能增强策略.证实在纳米零价铁活化分子氧体系添加少量亚铁离子能在零价铁表面形成更多的结合态亚铁,显著增强纳米铁表界面活性氧物种生成量;同时,在纳米零价铁活化分子氧体系中引入少量有机或无机配体亦可提高活性氧物种产生效率,从而增强有机污染物降解性能.最后讨论了典型环境因素如pH值、共存离子、天然有机物等影响纳米零价铁活化分子氧降解有机污染物性能的规律.     

微/纳米ZnO绒球的制备及其在自然光下催化降解有机染料性能

以谷氨酸氟硼酸(GluBF₄)离子液体水溶液为反应介质,以物质的量比为1:6的二水合醋酸锌[Zn(Ac)₂·2H₂O]和氢氧化钠为原料,室温下制备前驱体,再微波辅助加热制备了纳米氧化锌粉体,获得了纳米结构微米尺寸纳米ZnO绒球.利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、比表面(BET)、能量色散谱(EDS)等对产物进行了表征.所得产物为六方晶系纤锌矿结构,粉体粒径20.4 nm,绒球比表面积为28.3 m²·g^-1,产物纯度较高,收率95.3%.同时探讨了纳米ZnO绒球生成的可能机理.该纳米材料在日光下显示较高的光催化活性和稳定性.分别配制浓度为10 mg·L^-1的100 mL甲基橙(MO)和甲基紫(MV)水溶液, 30 mg纳米氧化锌为光催化降解催化剂,太阳光激发下5 h脱色率分别达到74.3%和96.9%;溶液总有机碳(TOC)含量随光降解的进行缓慢下降;光催化剂重复利用5次,催化剂形貌不变、颜色不变,质量基本未发生变化.     

基于微纳结构液体灌注的超滑表面的制备与应用

超滑表面利用其基底上的微纳结构通过毛细作用将润滑油等液体锁定在孔隙中,孔隙中浸润的润滑油在基底形成一层动态油膜,油膜与不溶液体的液-液界面代替了固体与液体的固-液界面,从而大幅减少了滑动阻力。与传统具有类似低滚动角特性的超疏水和超疏油表面相比,孔隙中填充润滑油比空气具有更好的压力稳定性,而且润滑油的毛细流动性使得超滑表面具有良好的自修复能力。由于其明显的优势,近些年超滑表面已成为国际学术界研究热点,应用也拓展到防结冰、强化传热、减阻、抗生物黏附、微流控等领域。目前超滑表面研究仍存在重要挑战,例如如何避免润滑油的挥发带来的性能退化、如何针对各种材质和结构设计合适的加工工艺制备微纳结构等,这些问题限制了超滑表面的广泛应用。本文综述了超滑表面的制备工艺以及应用,分析了现存的问题,并且对超滑表面未来的发展趋势进行了展望。     

碳掺杂硼氮纳米管电子场发射的第一性原理研究

对闭口硼氮纳米管（BNNT）顶层掺碳体系,运用第一性原理研究了电子场发射性能.结果表明,掺碳的BNNT体系电子结构变化显著;外电场愈强,体系态密度向低能端移动幅度愈大,且最高占据分子轨道（HOMO）/最低未占据分子轨道（LUMO）能隙愈小.体系态密度和局域态密度,HOMO和LUMO及其能隙分析一致表明,各种碳掺杂体系中C_eqBNNT的场发射性能最佳. 关键词： 硼氮纳米管 碳掺杂 第一性原理     

Pt/C催化剂中纳米Pt颗粒团聚效应的小角X射线散射

 应用小角X射线散射(SAXS)技术,对乙二醇合成法、浸渍还原法和微波加热法制备的Pt/C催化剂粉体内纳米Pt颗粒的团聚效应进行了研究,得到了不同方法制备的Pt颗粒及其团聚体的特征尺寸、体积分布、表面积变化、团聚程度等信息,并利用透射电镜（TEM）对3种样品进行了测试。实验结果表明:微波加热法制备的催化剂中,Pt颗粒较好地分散于C载体上,且Pt颗粒具有尺度小、分布范围窄、总表面积大和团聚体较少等特征;常规浸渍和乙二醇还原两种方法制备的催化剂中Pt颗粒大小分布相似,但乙二醇还原法制备的催化剂总表面积和团聚体尺度更大,数量也更多。     

羧基丁苯-纳米氧化硅复合粉末增韧聚苯乙烯的研究

用直接分散聚合法制备了羧基丁苯-纳米氧化硅杂化胶乳,经喷雾干燥得到的羧基丁苯-纳米氧化硅复合粉末通过本体-悬浮聚合和熔融共混法制备了高抗冲聚苯乙烯.结果表明,本体/悬浮聚合法中预聚转化率的控制与复合粉末的加入量有关,当加入的复合粉末的质量分数为0.05时,冲击强度可提高5倍,也高于熔融共混法所制备的改性聚苯乙烯.本体/悬浮聚合法制备的改性聚苯乙烯的热分解温度（Td）高于熔融共混法改性的,且Td随复合粉末加入量的增加而提高,但改性聚苯乙烯的刚性有一定程度的降低,而对材料的玻璃化转变温度影响不大.     

纳米碳管与刚性壁的正碰撞

用分子动力学方法模拟纳米碳管与刚性壁的正碰撞过程,并与弹性动力学方法的结果进行对比．在分子动力学模拟中,采用Tersoff-Brenner势描述碳管的原子间相互作用,用6～12形式的Lennard-Jones,势描述碳管与刚性壁间相互作用．结果表明,两种方法所得到的应力波传播速度吻合较好．与弹性动力学分析结果不同的是,在发生屈曲以前,纳米碳管与刚性壁的接触时间不仅与纳米碳管的长度近似成线性关系,还与管径及碰撞初速度有关．碰撞过程中,纳米碳管端部应力并非定值,但其平均值与弹性动力学计算结果相差不大．