光热显微术:基于光吸收的单分子成像技术

光热显微术是近年来获得广泛关注和长足发展的一种新型光学显微成像技术,能够实现单个纳米粒子甚至单分子的免标记光学成像。其成像原理是利用先进的光学方法探测单分子或单纳米粒子吸收特定波长激发光后所产生的局域温度和介质折射率的微小变化,从而定量研究观测对象的光热特性。由于无辐射弛豫是激发态分子回到基态的优势过程,分子的光热特性相比于荧光特性更具有普遍意义。凭借无需标记、高灵敏度和信号稳定等优点,近十年来,关于单分子和单纳米粒子的光热显微成像研究不断取得突破,并在纳米科学和生命科学等领域获得越来越多的发展和应用,展现出了蓬勃的生命力和良好的发展前景。本文重点综述了光热显微技术的成像原理、发展历程、技术特色以及系统优化方法,列举了光热成像在活细胞研究和生物学领域的应用,最后总结了光热成像的优缺点并分析其主要面临的挑战以及未来的发展趋势,希望吸引更多的研究人员加入到这一新技术的研究队伍中来。     

簇合物(p-H2)N-HCCCN的结构和能量

采用两体作用势模型和遗传算法对簇合物(p-H2)NHCCCN的极小能量结构和能量进行了理论研究.结果表明,20个para-H2分子形成HCCCN周围的第一个溶剂层,第一个溶剂层包含三个溶剂环,每个溶剂环都有6个para-H2分子,第19和20个para-H2分子分别聚集在HCCCN分子的N、H原子末端.进一步计算了(p-H2)N-HCCCN的化学势,发现化学势随para-H2分子个数的增加呈震荡变化.     

用于智能移动设备的条纹反射法检测系统

条纹反射法是一种结构简单的三维面形检测手段,本文对该方法在智能手机、平板等移动设备中的集成和应用进行了研究。首先,对条纹反射法标定误差以及智能设备的特点进行了分析。然后,在分析实际检测中的关键误差基础上,提出了通过相机非线性定标、改善相移算法、格点位置标定、应对相机自动增益调整等一系列方法和算法,在设备现有硬件条件下提高了测量精度和稳定性;最后,使用iPad Air对直径为105 mm的SiC反射面进行了实验。结果表明,标定精度在毫米量级时,对反射面的检测精度RMS值达到33μm,并且以低频误差为主,在局部高频区域检测结果有明显优势,证实了在不使用其他外部设备前提下,集成于智能平板的条纹反射法具备几十微米量级精度的检测能力。     

RAFT聚合制备PBMA/AA-SiO2杂化纳米材料

以三硫代二[4-(甲氧羰基)苄基]碳酸酯为链转移剂(CTA),甲基丙烯酸丁酯(BMA)为单体,通过可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)法修饰丙烯酸(AA)功能化的纳米二氧化硅(SiO2),制备了PBMA/AA-SiO2有机/无机杂化纳米材料。并通过FT-IR、GPC、TGA、TEM表征和分析了杂化材料的结构、分子量、SiO2纳米粒子在基体中的分散性以及杂化材料的热稳定性。结果表明,PBMA/AA-SiO2杂化微球粒径约为22 nm,分布均匀;TGA分析表明此杂化材料的热稳定性良好,PBMA接枝率为19%。     

空气“自呼吸”式直接甲醇燃料电池阴极微孔扩散层的优化

直接甲醇燃料电池;空气“自呼吸”;阴极微孔层;阴极水管理;膜电极集合体     

Pd/Ni异结构纳米催化剂的制备及其对甲酸氧化的电催化

通过两步还原法制备了Pd/Ni双金属催化剂.由于金属Pd原子在先行还原的Ni纳米粒子表面的外延生长以及其在Ni表面及Pd表面生长表现出的吉布斯自由能差异,最终导致了异结构Pd/Ni纳米粒子的形成.高分辨电子透射显微镜结果证实了异结构的存在,然而X射线衍射测量表明Pd/Ni纳米粒子具有类似于Pd的面心立方结构.制备的Pd/Ni纳米粒子与同等条件下合成的Pd纳米粒子相比对甲酸氧化呈现了更高的电催化活性,而且电催化稳定性也要明显优于纯Pd纳米粒子,证明Pd/Ni双金属催化剂是可选的直接甲酸燃料电池阳极催化剂.双金属催化剂对甲酸氧化电催化活性和稳定性增强可能是Ni原子的修饰改变了Pd粒子表面配位不饱和原子的电子结构所致.     

像旋补偿系统快速微调机构的结构研究

针对大型天文相机在旋转方向上出现的像旋现象,用无摩擦、无磨损、免润滑、易维护、分辨率高的柔性铰链轴系设计了一种快速微调机构,使其直接带动相机进行机械消旋.柔性轴系由八个倒圆角柔性单元均匀阵列分布组成,根据单个柔性单元的结构特性应用力学理论建立了该机构的理论模型,分析了刚度与结构参量的关系.进行了有限元仿真,并通过实验进行测试,结果表明:有限元仿真与理论分析最大误差为3.215%,实验测试结果与理论分析最大误差为4.875%,验证了理论公式准确可靠.通过理论公式建立数学模型,方便快捷地确定了该快速微调机构的最优结构参量,实现了满足技术要求并且工作力矩尽量小的设计目标.     

簇合物(p-H2)N-HCCCN的结构和能量

采用两体作用势模型和遗传算法对簇合物（p-H₂）_N-HCCCN的极小能量结构和能量进行了理论研究.结果表明,20 个para-H₂分子形成HCCCN周围的第一个溶剂层,第一个溶剂层包含三个溶剂环,每个溶剂环都有6 个para-H₂分子,第19和20个para-H₂分子分别聚集在HCCCN分子的N、H原子末端. 进一步计算了（p-H₂）_N-HCCCN的化学势,发现化学势随para-H₂分子个数的增加呈震荡变化.     

碳纸负载高指数晶面铂纳米粒子的制备及其在直接甲酸燃料电池中的催化性能研究

直接甲酸燃料电池(DFAFCs)是一种很有前景的可用于移动电子设备的电源. 钯对甲酸电催化氧化有很高的活性,但稳定性较差,容易失活;铂对甲酸电催化氧化的活性低于钯,但稳定性好. 前期研究表明,高指数晶面铂纳米粒子对甲酸的电催化氧化活性显著高于低指数晶面铂纳米粒子. 本文以碳纸为载体,应用方波电位法生长高指数晶面铂纳米粒子（HIF-Pt/C-paper）,通过改变方波上下限电位,合成出不同粒径的二十四面体和偏方三八面体铂纳米粒子. 进一步在碳纸上修饰一层碳黑微孔层并优化电沉积条件,制备出粒径约10 nm,载量0.069 mg•cm^-2的HIF-Pt/C-paper作为DFAFCs的阳极催化剂.在甲酸浓度为3M时,测得30℃下单电池最大功率密度10.6 mW•cm^-2,最大质量功率密度153.5 mW•mg^-1_Pt,是以1mg•cm^-2 载量的商业60 wt% Pt/C为阳极催化剂的电池的8.4倍. HIF-Pt/C-paper阳极DFAFCs在20 mA•cm^-2条件下运行50 h,电压保持率为95%,显示出很好的稳定性.     

铂纳米棒有序阵列催化电极在被动式直接甲醇燃料电池中的应用

直接甲醇燃料电池(DMFC)具有能量密度高、无需充电、液体燃料添加便捷及环境友好等优点,是新一代便携式移动电源研究热点. DMFC规模应用的主要技术挑战是如何进一步提高电池性能、显著降低成本和可靠延长寿命.催化电极作为 DMFC发电核心和成本的集中体现,其电催化活性和贵金属用量直接影响 DMFC的性能和成本,开发高性能、低成本的催化电极对推进 DMFC实用化进程具有重要意义.特别是在被动式 DMFC中,阴极催化电极不仅需要提高电催化活性和大幅降低贵金属用量,而且还面临内部严重的“水淹”和氧传质受限等问题.近年来,随着纳米技术发展,有序纳米结构已逐渐应用于 DMFC催化电极的构筑中,电池性能得到显著提高.然而,目前的研究主要集中在膜电极纳米有序微孔层、纳米有序改性膜和纳米有序阳极催化电极及其阳极贵金属载量降低等方面,关于阴极催化电极在有序纳米结构以及载量降低等方面的研究相对较少.
　　本文采用模板法直接在微孔层上电沉积定向生长排列有序、直径可控的铂纳米棒阵列,并作为阴极催化电极应用于被动式 DMFC. X射线衍射和透射电镜结果表明,该铂纳米棒结构稳定,表面含有丰富的纳米晶须结构,有利于催化电极比表面积增加和电催化活性提高.不同催化电极上氧还原的极化曲线表明电极性能依下列次序变化：直径为200 nm铂纳米棒阵列电极>100 nm铂纳米棒阵列电极>商业化铂黑催化电极.电池性能表征表明,长度为1–3μm、直径分别为200和100 nm、载量为1.0 mg/cm2的铂纳米棒阵列作为阴极催化电极的 DMFC最大功率密度分别为17.3和12.0 mW/cm2.通过催化电极电化学活性面积和阻抗测试,分析其性能提高的原因可归结于有序排列的铂纳米棒阵列结构提高了电化学活性面积、增强了氧还原电催化活性并促进了阴极氧的传质.