自驱动颗粒体系中的熵力

在许多纳米复合材料体系中熵力(entropy force)是普遍存在的,但由于熵力的存在会导致纳米颗粒的凝聚从而降低其许多性能,因此在大多数情况下熵力的存在对体系并无益处,所以研究如何减小熵力对体系的影响是非常重要的.不带角速度的自驱动粒子在熵力作用下会集聚在纳米颗粒(或者纳米棒)周围,这会对纳米颗粒(或者纳米棒)产生很大的相互作用力.对于纳米颗粒,在不带角速度的自驱动粒子体系中存在着非常大的排斥力.而对于纳米棒,由于纳米棒内外的不对称性,使得两个纳米棒之间会产生吸引-排斥转变,同时这个吸引-排斥转变与纳米棒之间的距离有关.当自驱动粒子加上一个自转角速度ω之后,熵力的作用就大大减弱,纳米颗粒不再集聚.研究结果有助于对非平衡态下纳米颗粒(或纳米棒)之间熵相互作用力的认识.     

亚微米燃烧源颗粒物间的相互作用研究

采用微观可视化的高速摄像技术直接观察了燃烧源亚微米颗粒物间的相互作用形态,发现了亚微米颗粒间存在“吸引-旋绕-排斥”形态的相互作用。通过颗粒受力分析,认为传统所考虑的曳力、重力、库仑力、范德华力不能解释这种相互作用．根据亚微米颗粒荷电的不均匀性特征提出颗粒静电力应包括净电荷库仑力和感应偶极子间作用力两部分．感应偶极子间作用力是近程力,具有径向和周向两个方向,在颗粒比较接近的时候迅速增大,并能导致颗粒之间相互旋绕和排斥。该力与上述几种力综合起来可以很好地解释实验发现的这种颗粒相互作用形态。     

聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究

通过分子动力学模拟对聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的形态结构、 热力学性质、力学特性进行计算, 分析其随模拟温度和纳米颗粒尺寸的变化规律. 模拟结果表明, 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物为各向同性的无定形态结构, 铜纳米颗粒与聚酰亚胺基体之间通过较强的范德华作用结合在一起使结构更加稳定, 铜纳米颗粒表面多个原子层呈现无定形状态, 在铜颗粒和聚酰亚胺基体之间形成界面层, 界面区域随颗粒尺寸和温度的增加分别减小和增加. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的等容热容随着颗粒尺寸增大而明显增高, 随温度变化比聚酰亚胺体系更为缓慢, 在较低温度下较小颗粒尺寸复合物的热容比聚酰亚胺体系更低. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的热压力系数随颗粒尺寸增加而显著增大, 比聚酰亚胺体系的热压力系数更小, 且随温度升高而减小的程度要小得多. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的热力学性质表现出明显的尺度效应, 温度稳定性明显高于聚酰亚胺体系. 聚酰亚胺/铜纳米颗粒复合物的力学特性表现出各向同性材料的弹性常数张量, 具有比聚酰亚胺体系更低的杨氏模量和泊松比, 随温度升高分别减小和增大, 与聚酰亚胺体系随温度的变化趋势相反, 且杨氏模量的温度稳定性显著提高, 同时泊松比随纳米颗粒尺寸增大而减小, 具有明显的尺度效应. 加入铜纳米颗粒形成复合物可获得与聚酰亚胺体系显著不同的力学新特性. 关键词： 分子动力学模拟 聚合物纳米复合物 聚酰亚胺 纳米颗粒     

电子显微镜散斑照相技术

提出了一种新颖的人工亚微米/纳米散斑制作技术.采用超声波分散亚微米/纳米颗粒,然后利用范德华力、静电力和毛细力将其吸附在试件表面.在特定分辨率的扫描电镜下,物体表面的亚微米/纳米颗粒可以看作是亚微米/纳米散斑.此外,发展了一种测量面内亚微米/纳米级变形的电子显微镜散斑照相技术.详细介绍了人工制作亚微米/纳米散斑和电子显微镜散斑照相技术,实验验证了技术的可行性     

聚酰亚胺/钽铌酸钾纳米颗粒复合材料结构与机械性能分子动力学模拟

利用多尺度建模方法构建了聚酰亚胺/钽铌酸钾纳米颗粒复合物模型, 通过分子动力学模拟研究了不同尺寸钽铌酸钾纳米颗粒(5.5, 8.0, 9.4, 10.5, 11.5 Å)对复合材料的结构、弹性模量和相互作用能的影响规律, 并通过计算纳米颗粒表面原子键能和单位表面积原子数目探究了复合物机械性能提高的内部机理. 聚酰亚胺和聚酰亚胺/钽铌酸钾复合材料的杨氏模量分别为2.91和3.17 GPa, 泊松比分别为0.37和0.35, 钽铌酸钾纳米颗粒的引入可以显著改善聚酰亚胺的机械性能. 纳米颗粒表面原子的键能为8.62-54.37 kJ·mol^-1, 表明颗粒与基体主要通过范德华力作用结合且有氢键存在. 计算结果表明, 相同掺杂比例下, 纳米颗粒尺寸越小, 纳米颗粒表面原子数目越大, 颗粒与基体作用更强, 杨氏模量的提高幅度越大, 尺寸效应越显著. 因此, 掺杂小尺寸纳米颗粒是提高聚酰亚胺机械性能的有效途径.     

纳米颗粒在低温保护剂中分散性研究

纳米颗粒加入低温保护剂中改善低温保护剂结晶性是一个新兴的研究方向,但是由于低温保护剂中化学键的作用和小颗粒效应的影响,纳米颗粒的分散性能往往受到抑制。文中以吸光值为指标,研究了不同纳米颗粒在低温保护剂中的分散和沉降性能。结果发现:尽管不同的纳米粒子的分散效果不同,使用超声波分散纳米颗粒时,5分钟左右为最佳分散时间。纳米粒子受pH值、颗粒种类、低温保护剂中含水量的影响,分散效果不同。     

湿颗粒分离中的液桥力作用及临界分离初速度

利用液桥理论研究了湿颗粒分离过程中在液桥力作用下颗粒速度的变化规律,运用组合的4/5阶龙格-库塔-芬尔格算法求解了液桥拉伸过程颗粒的运动方程,计算了分离100种等径湿颗粒以及从平面上分离湿颗粒所需的临界分离初速度.研究表明:湿颗粒的分离引起粒间液桥的拉伸,使颗粒分离速度随着颗粒表面间距的增加而迅速衰减,在液桥断裂前若颗粒速度衰减为零,则湿颗粒不能实现分离.湿颗粒的分离需要一临界分离初速度,在工业上可通过碰撞、振动、气力等方式施加.水分的增加使得湿颗粒难分的主要原因是液桥的断裂变难,并非增大的液桥力.     

固体颗粒的结构演化与机械力化学效应

干法、室温振动研磨制备铝超微颗粒, 分别将研磨2 h, 4 h和8 h的铝粉, 在常温下超声水解得到白色Al(OH)₃胶体, 水解产品经干燥、研磨、焙烧后制备出多孔、片状γ -Al₂O₃纳米颗粒, 粒度分布在30---50 nm之间. 借助于X射线衍射(XRD)分析方法和透射电子显微镜(TEM), 研究固体颗粒在细化过程中的能量转换, 分析颗粒的微结构演化与机械力化学反应的关系, 确定理想的研磨时间. 研究结果表明: 固体颗粒在机械力的作用下产生大量的应变和位错缺陷, 使材料处于亚稳、高能活性状态, 易于诱发机械力化学反应, 在一定条件下晶体的表面能、应变能和层错能相互转化; 研磨2 h的铝颗粒内部, 晶格畸变和位错概率最大, 材料显示出极高的化学反应活性, 在超声波激发下, 储存在材料内部的能量被充分释放, 在较短的时间内, 水解生成Al(OH)₃纳米颗粒.     

基于悬滴法的纳米燃油表面张力测量与分析

以柴油为基液、溴化十六烷三甲基铵(Cetyltrimethyl Ammonium Bromide,CTAB)为助溶剂,通过两步法配制CNT(Carbon Nanotubc)、CeO₂及Co₃O₄纳米燃油。采用悬滴法测量柴油与纳米燃油的表面张力,探究纳米物质种类、粒径、质量分数及温度对纳米燃油表面张力的影响。研究发现,在纳米燃油液滴气液界面层内,纳米粒子与柴油分子之间的吸引力使液固分子体系总体的内聚力增强,因而表面张力增大;纳米燃油的表面张力随着粒子质量分数增加而增强,但随着温度升高而线性下降。大粒径的纳米粒子表面电荷密度降低,对表面电子束缚减小,电子游离所产生的与柴油分子之间的极化静电相吸作用更强,使液粒之间的范德华力增强,表面张力增大。在相同质量分数的条件下,非金属CNT的密度较小,纳米燃油中的粒子数目较多,此外其得电子能力更强,极易使周围柴油分子极化形成静电吸引,液粒间范德华力增强,因此CNT纳米燃油的表面张力最大;同为金属氧化物,Co₃O₄的分子量大于CeO_2<...     

纳米颗粒团聚物流化特性的数值研究

基于气固两相流体动力学理论,建立气体纳米颗粒团聚物两相流动双流体模型.模型中采用了Jung ＆ Gidaspow (2002)测量的固相应力模量和王垚等(2001)提出的聚团曳力系数计算模型.对纳米颗粒团聚物的流化过程进行了数值模拟,得到纳米颗粒团聚物的流化特性.模拟得出的床层膨胀比与文献中实验的结果较为接近.     

耦合量子点中的纠缠测量

运用Gurvitz提出的求解薛定谔方程的方法并结合数值计算,分析了两个自旋相反的电子在耦合双量子点中的振荡和纠缠情况,以及如何利用量子点接触读出纠缠信息.结果显示两电子通过库伦相互作用形成量子纠缠态.强库伦作用下,它们黏在一起运动,类似于单电子在量子比特中的振荡.这种情况下,把量子点接触探测器靠近耦合双量子点,可以通过探测器的电流变化率读取电子的纠缠信息.     

纳米氢氧化镍粒子微乳液/反相胶团法制备与表征

微乳液为制备纳米级材料提供了良好的微环境。文章首次分别采用微乳液法与反相胶团法合成了纳米β－Ni（OH）2和纳米a－Ni（OH）2；采用粉末晶体衍射、透射电镜和选区电子衍射对纳米氢氧化镍颗粒进行了表征。粉末晶体衍射与透射电镜分析表明这两种纳米颗粒的基本直径为10nm。选区电子衍射表明，两种纳米颗粒主要由多晶结构组成，同时其 表面还存在有非晶氢氧化镍。非晶相的产生是由于快速成核的氢氧化镍颗粒在表面活性剂的作用下，长大的速度被迅速“冻结”而形成的。     

中和颗粒可压缩性颗粒层模型

本文针对可压缩颗粒层建立了二维数值模型.首先利用颗粒层中颗粒间的相互位置关系,建立了每一个颗粒的力平衡方程,获得了每一个颗粒的受力大小,然后提出了颗粒层坍塌判据,在此基础上,建立了描述颗粒层的沉积-压缩-沉积的动态过程的可压缩颗粒层模型,模型计算结果表明,颗粒层压缩现象主要发生在下部区域,过滤速度越高、范德华力越小,颗粒层越易坍塌,并且颗粒层的压降出现了脉动,模型结果符合已知的实验结果.     

表面增强光学力与光操纵研究进展

金属纳米结构在光激发下产生的表面等离激元,可导致亚波长光场局域、近场增强等效应,在表面增强光谱、超灵敏传感、微流控芯片、光学力等方面有重要的应用.对于光学力而言,首先,由于表面等离激元共振及其导致的电场增强对于入射波长、几何结构等具有较强的依赖性,而光学力又与电场分布密切相关,所以可利用光镊(会聚光束)来操纵或筛选金属纳米颗粒;其次,入射光激发金属纳米颗粒聚集体后,在间隙形成的较大的近场增强和梯度,也可看作一种"等离激元镊",用于操纵其他颗粒;最后,当入射光的偏振改变甚至为新型光束的情况下,光学操纵将具有更高的自由度.本文首先简要介绍了表面等离激元增强光学力的计算;之后围绕光镊作用于等离激元金属纳米颗粒,等离激元镊作用于其他颗粒,与偏振、新型光场或手性结构相关的等离激元光学力这三个方面,综述了近年来表面等离激元金属纳米颗粒光学力和光操纵的一些新进展;最后提出了表面增强光学力与光操纵的若干研究趋势.     

1948年5月29日：预测卡西米尔效应的论文发表

 一般人不会马上认为壁虎的脚如何黏附在表面上，以及微小的纳米器件常因摩擦而故障，两者之间有关联性。前者牵涉到分子吸引的特性，而后者则是由空无一物的空间中量子力的“黏性”所引起。然而，两者皆根源于范德华（JohannesDiderik van der Waals）和卡西米尔（Hendrik Casimir）两位荷兰人的研究。     

表面修饰基团对金纳米颗粒非线性光学效应的影响研究

采用两相法分别制备一级硫醇修饰和二级十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) 修饰的金纳米颗粒,通过透射电子显微镜和紫外-可见吸收光谱表征了其结构和线性光学性质. 采用开孔Z扫描技术,研究表面修饰对金纳米颗粒在532 nm波长激光作用下的非线性光学效应及光限幅性能的影响行为.结果表明,二级CTAB的修饰增强了颗粒在激光照射下的局域场作用, 并提高了热电子对非线性光学效应的贡献程度,从而有效地提高了金纳米颗粒的光限幅性能.     

水体中纳米颗粒检测的研究进展

纳米颗粒在工业和化妆品等行业中的大规模应用,致使大量纳米颗粒进入水环境中,不可避免的产生了一系列的环境问题,同时对生物和人体造成不良影响,因此水环境中纳米颗粒的富集及其检测技术受到广泛关注。目前,多种技术可对水环境中痕量纳米颗粒浓度等特征进行检测,但其在灵敏度和精度方面均存在一定局限性。归纳了目前水环境中纳米颗粒的预处理技术,如超滤分离技术、色谱分离技术、固相萃取技术及浊点萃取技术;综述常用的纳米颗粒与离子检测技术,如光谱分析技术、电感耦合等离子质谱技术及电化学技术。通过对各种方法进行对比分析,使纳米颗粒预处理及检测技术能够被系统广泛的认识。并在此基础上对纳米颗粒的预处理及检测技术的发展前景进行了展望。     

过渡区内纳米颗粒的曳力特性模拟研究

在过渡区内,关于纳米颗粒曳力计算及输运特性的研究较为困难,通常会采用一些近似方法,将自由分子区或者连续介质区的理论计算式进行修正,以适用于过渡区,但是其准确性值得商榷.本文基于分子动力学模拟方法,研究了过渡区内纳米颗粒的曳力特性,并与相关理论进行对比.结果表明,气-固分子间相互作用对纳米颗粒的曳力具有显著影响.当气固结合强度较弱时,理论计算结果与分子动力学模拟值吻合较好;当气固结合强度较强时,分子动力学模拟结果明显大于理论值,这是由于气体分子在纳米颗粒表面的吸附所导致.基于气体分子在颗粒表面的吸附特性,提出引入有效颗粒半径修正,其过渡区内曳力的理论计算结果与分子动力学模拟结果吻合较好.     

微流动细胞颗粒中介电泳力的分析

介电泳分离方法的研究在微电子机械系统及生物领域具有广泛的应用前景.本文对介电泳作用下细胞颗粒在微通道电解溶液内流动进行了理论分析,对作用在分离流动方向细胞颗粒上的介电泳力和粘性力进行了分析.模拟了交流电场在频率1000 kHz微通道内三维电势分布和不同时间的介电泳力分布变化.     

薄滚筒内二元湿颗粒体系混合行为的离散单元模拟研究

采用所建立的四方程线性弹性-阻尼离散单元模型,同时考虑了液桥力的作用,对填充量为40%、含液量为3%的水平薄滚筒内S型(不同直径颗粒)二元湿颗粒体系混合过程进行了数值模拟,并与同等操作条件下不含液的干颗粒体系的混合行为进行了比较,分析了液体对颗粒体系混合行为的影响. 同时还将计算结果与文献中的实验结果进行了比较. 结果表明,由于湿颗粒间液桥力的牵引作用使不同性质的颗粒不易分离,使部分颗粒聚结成团,减弱了离析作用的影响,使得滚筒内湿颗粒的混合程度高于相同条件下的干颗粒体系,且接触力的分布较干颗粒体系更加均匀. 通过对混合过程的模拟,直观地反映了混合过程中颗粒的微观运动特性和内部的力学结构,为研究湿颗粒体系混合过程机理提供了依据和参考. 关键词： 湿颗粒体系 混合 分离 离散单元法