将粒子聚合成各种形状的新技术

麻省理工学院(MassachusettsInstitute of Technology)的研究者们开发出一种新的连续流技术,它能够很容易地合成大量具有神奇形状的聚合物粒子。这种聚合物粒子可用于构造光子晶体和生物材料的组件。帕特里克·道尔(PatrickDoyle)和他的同事们将能够在紫外光下聚合的材料塑造成     

聚邻甲基丙烯酰胺基苯甲酸/纳米ZnO复合物的制备及其荧光性能研究

利用原子转移自由基聚合(ATRP)法对合成的新单体邻甲基丙烯酰胺基苯甲酸(o-MAABA)进行聚合,通过核磁验证得到符合预先设计的、结构明确的聚合物,聚合物分子量为7900;将纳米ZnO引入到该聚合物P(o-MAABA)中,得到聚合物/纳米ZnO粒子复合物.用红外光谱和差热分析方法对聚合物和复合物进行了表征,并采用透射电镜(TEM)观察了复合物粒子的形貌.红外光谱表明纳米ZnO确实被引入到聚合物链中,并且与聚合物中的某些官能团发生了一定的相互作用;差热分析表明P(o-MAABA)/纳米ZnO复合物的热稳定性较原来聚合物P(o-MAABA)有所提高;TEM观察表明复合物粒子基本为球状,表面较为光滑.P(o-MAABA)/纳米ZnO复合物表现出特殊的荧光性能,与聚合物相比荧光光谱发生红移,并且复合物溶解性较好,能成膜,可望在发光材料方面得到应用.     

基于粒子谱分布的无线紫外光通信散射传输特性研究

在非直视无线紫外光通信中,利用大气中的粒子对紫外光进行散射作用来传递信息,非直视紫外光通信在近距离隐蔽通信中有广阔的应用前景.雾霾粒子属于气溶胶范畴,由空气中的灰尘、硫化物、有机碳氢化合物等粒子组成.雾霾粒子的尺度、浓度、形状等因素均会对无线紫外光散射通信的传输特性产生较大的影响.首先,基于蒙特卡罗方法建立了非直视紫外...     

紫外光致聚合物和制造镭射玻璃的技术

本文论述了制造镭射玻璃的技术和材料。技术包括：清洗玻璃板；将紫外光致聚合物材料涂到玻璃板上；将镭射玻璃母版粘贴到涂有光致聚合物的玻璃板上；紫外光曝光固化；丝网印刷；真空镀膜；涂保护层。紫外光致聚合物材料是由光引发剂、单体、预聚体和其它添加剂组成。实验结果表明：此种镭射玻璃具有很高的抗酸、碱、热和紫外照射的能力     

杂化材料在能源和光电领域中的应用

材料中粒子的结构、分散性及其化学功能对其性质起着决定性的作用。采用C60和POSS等粒子自组装成新型高功能材料,致力于该领域的科学和基础研究,包括发展新的合成技术,以及有效和精确地控制材料中粒子的结构与分散程度。现已用C60和POSS纳米颗粒制得聚合物和卟啉杂合物。这些聚合物能够在溶液中组装成聚合物单晶或胶柬。同时,卟啉复合物可自组装成圆盘柱状结构。最后,C60-POSS聚合分子结晶形成导电和绝缘层交互的结构。因此,将颗粒有机地整合在材料中对推动技术进步具有重要的意义。     

金和银纳米粒子二维周期阵列的光学性质

本文利用离散点偶极子近似方法(DDA)研究了金和银纳米粒子二维周期阵列的光学性质。研究结果表明二维周期阵列的消光性质及其表面等离子共振(SPR)波长受到阵列内粒子组成材料、粒子形状尺寸、阵列周期和阵列排布方式等因素的影响。对于二维正方阵列,当周期较小时(一般小于300 nm),阵列的共振波长主要取决于粒子组成材料和形状尺寸;当周期与阵列单体的共振波长附近时,阵列的消光谱中会出现极窄且锐的SPR共振峰,峰位只与阵列的周期值相关。改变阵列在平行和垂直于入射光偏振方向的周期,可以方便地调节二维长方阵列的共振峰的峰位和峰宽。     

切比雪夫雾霾粒子的紫外光散射偏振特性研究

雾霾天气已严重影响人们的日常生活,通过检测雾霾粒子的紫外光散射偏振特性可以有效分析雾霾成因。矿物粒子、灰尘粒子等雾霾颗粒均有小规模表面粗糙度的形态学特征,因此可用切比雪夫粒子作为模型分析。“日盲”紫外光与切比雪夫雾霾粒子相互作用发生散射,散射光偏振特性可反演切比雪夫雾霾颗粒物理性质(如粒子尺寸参数、复杂折射率、粒子形变、波纹参数)。采用紫外光单次散射模型和T矩阵方法,仿真分析切比雪夫雾霾粒子物理参数与散射光偏振特性(Stokes矢量和偏振度)之间的关系,结果表明：粒径对散射光Stokes矢量Is和Qs随散射角的变化趋势影响很大,粒子的粒径和复杂折射率虚部的变化会造成散射光偏振度随散射角的变化趋势的改变;具体分析散射角度为10°时,得到粒径对Is和Qs的数值影响最大,当粒径r<1 μm时,Is随粒径呈现抛物线趋势;切比雪夫粒子形变的增大,Is呈现先增大后减小的趋势。     

光散射聚合物导光板的材料参数设计

光散射聚合物(HSOT)导光板与传统导光板相比具有亮度更高均匀性更好等优点,其性能受材料的影响十分明显。通过蒙特卡罗方法进行光学仿真模拟考察不同材料的导光板照明光线的均匀性差别,研究了光散射聚合物导光板的光学性能受其中掺杂粒子的材料折射率、粒径、浓度的影响规律。通过比较不同材料参数的聚合物导光板的光学性能差别,总结出光散射聚合物导光板的材料设计方法。     

SiO2包覆共轭聚合物CN-PPV纳米探针的制备与荧光性质

采用纳米沉淀法制备了半导体聚合物CN-PPV纳米粒子,并用改进的Stber方法对纳米粒子进行包覆,获得了发光稳定的SiO2/CN-PPV纳米粒子。用动态光散射(DLS)及透射电镜(TEM)方法对粒子尺寸进行了表征,结果表明包覆前的CN-PPV纳米粒子平均粒径约为30 nm,包覆获得SiO2/CN-PPV纳米粒子的平均粒径约为60 nm。通过紫外-可见吸收光谱及荧光光谱对包覆前后纳米粒子的发光性质进行了比较,发现共轭聚合物CN-PPV包覆后的发射光谱与包覆前相比发生了小的蓝移,表明共轭聚合物的分子构型可能发生了微小变化。SiO2包覆可以提高聚合物发光分子的光稳定性,并且提供用于生物分子耦联的表面,这类材料有望在生物医学成像中获得应用。     

不同单体形状生物粒子凝聚体消光特性的差异分析

针对生物粒子凝聚体单体形状和光学特性的复杂多变,构建了5种不同单体形状的生物粒子凝聚体空间结构,并用离散偶极子近似方法计算了生物粒子凝聚体的消光特性参数,分析了不同单体形状生物粒子凝聚体的消光特性差异。计算结果表明：非球形生物粒子凝聚体在将其单体形状等效为球形时,平均质量消光系数的相对偏差绝对值在6%以内;不同单体形状生物粒子凝聚体对光的散射能力不同是消光特性存在差异的主要表现,且通常情况下单体形状越偏离球形,相对偏差越大,因此,由不同单体形状引起的消光特性的差异不应被忽略。此项工作可应用于准确评估和优化生物粒子材料的消光性能。     

雾霾粒子的紫外光散射特性研究

紫外光与雾霾粒子发生散射后,其散射信道特性能够反映雾霾粒子的相关物理信息,利用无线紫外光单次和多次散射信道模型,采用Mie散射和T矩阵理论分析了霾粒子在不同形态和浓度下的紫外光散射信道特性,以及散射角对散射光强的影响,并完成了紫外光在雾霾环境下的实测。通过理论及仿真分析,得到了不同霾粒子形态下的紫外光通信路径损耗以及光强分布。结果表明：紫外光直视通信方式下,路径损耗随着霾粒子浓度的增大而增大,且通信质量差于晴朗天。非直视通信方式中,在短距离通信时,高霾浓度下的路径损耗小于中低霾浓度,然而随着通信距离的继续增大,高雾霾浓度下的通信质量急剧下降,低霾浓度下通信质量最终达到最优,且距离为200 m时通信质量能优于晴朗环境。当通信距离相同时,三种雾霾浓度下的紫外光散射光强分布均随着散射角的增大而减小,当散射角继续增大并超过90°时,低霾浓度下的散射光强最大。主要原因是虽然散射角继续增大,但是有效散射体体积逐渐减小,因此低霾浓度下的散射光强较大。且当粒子粒径相同时,球形粒子的衰减较非球形粒子大。雾霾环境下实测结果与仿真结果相类似,证明了仿真结果的正确性,并在一定程度上证明了实际大气中雾霾非球形粒子多于球形粒子。     

利用Ag@SiO_2纳米粒子等离子体共振增强发光二极管辐射功率的数值研究

金属纳米粒子利用其局域表面等离子体共振效应(LSPR),可以增强附近荧光分子的自发辐射速率,因而在光学传感、光电器件等领域中具有潜在的应用价值.金属纳米粒子的LSPR与其自身的材料、形状、尺寸以及周围环境介质密切相关,这影响着纳米粒子在具体器件中的应用.本文利用三维时域有限差分法,研究了相同体积的球形、椭球形、立方形与三棱柱形银纳米粒子对薄膜发光二极管辐射功率的影响;计算了不同形状银纳米粒子对偶极子光源辐射功率和薄膜器件光出射强度的增强,并结合LSPR效应讨论了辐射功率变化的物理机理.研究结果表明:银纳米粒子自身形状尖锐程度的增加有利于提高LSPR的共振强度;同时纳米粒子的形状影响了LSPR共振电场与薄膜器件中偶极子辐射电场之间的耦合作用,其中立方形纳米粒子因为能实现最强的耦合作用而对器件的辐射功率增强最大.在此基础上进一步讨论了不同薄膜材料对LSPR共振及光源辐射功率的影响,发现较高的材料折射率有利于增强金属纳米粒子的LSPR与器件的耦合作用,从而改善发光二极管性能.     

紫外光引发模板聚合阳离子聚丙烯酰胺及其污泥脱水应用

阳离子聚丙烯酰胺是污水和污泥处理中常用的一种絮凝剂,传统方法制备的阳离子聚丙烯酰胺因阳离子单体随机分布, 电荷过于分散, 导致其在絮凝时不能充分发挥阳离子单体的电中和作用,为此本研究尝试使用一种新型方法制备阳离子聚丙烯酰胺,即以二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)和丙烯酰胺(AM)为单体,分别以两种不同分子量的聚丙烯酸钠(PAAS)为模板,使用紫外光引发模板聚合法制得模板聚合物TPDA1和TPDA2,同时使用紫外光引发聚合法制得非模板聚合物(NTPDA)作为对比。使用红外光谱(FTIR)、氢核磁共振图谱(1H NMR)、扫描电镜(SEM)等方法对制得的聚合物进行表征,并通过污泥脱水试验研究其污泥脱水效率。波谱分析结果表明,添加模板提高了DMDAAC单体的活性,促使聚合物分子中形成DMDAAC连续分布的阳离子单体嵌段结构,从而提高了聚合物的絮凝性能,尤其是电中和作用;SEM扫描显示模板聚合物的具有较大的比表面积和分形维数;污泥脱水试验表明,模板聚合物具有较好的污泥脱水性能和较宽pH应用条件,当模板聚合物TPDA1投加量为50 mg·L-1,污泥pH为8时,其具有最佳污泥脱水效率,污泥含水率降至最低值72.5%。模板分子量对聚合物属性也存在影响,分子量较低的模板制得的聚合物具有相对较好的污泥脱水效率。     

单个纳米粒子对聚合物结晶行为的影响

采用粗粒化模型,应用分子动力学方法研究了单个纳米粒子对聚合物结晶行为的影响.通过改变纳米粒子与聚合物单体之间作用方式(吸引作用或排斥作用)、纳米粒子与聚合物单体之间作用强度和聚合物分子链的长度,计算整个系统和局部区域的有序参数,研究了三个不同因素下纳米粒子对聚合物结晶行为的不同影响.研究表明,在聚合物基体中添加单个纳米粒子,纳米粒子对整个系统的结晶影响不明显,但是纳米粒子对其周围聚合物单体的结晶存在局部强化作用.当纳米粒子与聚合物单体之间为吸引作用且作用强度较大时,纳米粒子对聚合物结晶表现出明显的局部强化作用,聚合物分子链长度也有着一定的影响,在较大吸引作用强度下,长链样本比短链样本有着更为显著的局部强化作用.     

三波长激光雷达拟合卷云的粒子形状

卷云在全球出现的概率可达30%,其散射特性在气候模式、光辐射传输和遥感领域都具有非常重要的意义。卷云的散射特性主要由冰晶粒子形状、尺度谱、折射率等因素所决定。利用355, 532和1 064 nm三个波长激光雷达数据反演卷云的后向散射系数颜色比,利用模拟计算获得不同形状冰晶粒子的卷云在上述三个波长上的后向散射系数颜色比,通过拟合得出被测卷云的冰晶粒子形状。拟合结果表明,合肥上空卷云中冰晶粒子大部分可能呈聚合物状。     

聚氨酯/聚丙烯酸酯复合乳液的紫外光谱研究

以水性聚氨酯(PU)分散液为种子,采用无皂乳液聚合技术合成出了聚氨酯／聚丙烯酸酯(PUA)复合乳液。紫外光谱研究发现,PU乳液的,n-π迁紫外吸收峰的λmax随溶液浓度增加明显红移。对于PU分散液,随着亲水性扩链剂用量增加,紫外光谱吸光度值变小;随着NCO/OH摩尔比增大,吸光度增大。对于PUA复合乳液,亲水性扩链剂用量取7．5％时,吸光度值最小;而第二阶段聚合引发剂种类对紫外光谱影响不大。紫外光谱的吸光度值反映了乳液粒子平均粒径的大小;随着NCO／OH摩尔比增大,吸光度增大。对于PUA复合浮液,亲水性扩链剂用量取7．5％时,吸光度值最小;而第二阶段聚合引发剂种类对紫外光谱影响不大。紫外光谱的吸光度值反映了乳液粒子平均粒径的大小。     

基于粒子群的无线紫外光网络快速信道分配方法

针对无线紫外光散射通信中非视距(NLOS)传输特点和信道干扰模型,采用基于粒子群的无线紫外光网络快速信道分配方法,充分考虑了空间角度对信道冲突矩阵的影响,实现了一种定向、快速的信道分配新方法。仿真分析了该算法的平均迭代次数、平均干扰度以及收敛时间与粒子群数目和信道数目的关系。实验结果表明此紫外光网络信道分配方法具有收敛速度快、冲突度小的优势,保障了无线紫外光网络信道分配的快速性和准确性。     

nmSiO2对聚合物光纤光栅封装材料的改性研究

分析了刚性纳米粒子改性聚合物的原理，重点分析了nmSiO₂/硅氧烷（硅橡胶）复合材料的改性机理,采用120号溶剂性汽油为分散剂，通过共混法制得nmSiO₂—乙烯基硅氧烷、含氢硅氧烷硫化而成的复合材料,用AJ-Ⅲ_a型原子力显微镜分析研究了该材料的组团结构并测试了其力学性能,结果表明，硅氧烷橡胶改性后，材料的弹性模量增加了15.4%；拉伸强度增加了19.4%；扯断伸长率增加了30%,用改性后的硅氧烷聚合物材料封装光纤Bragg光栅(FBG)压力传感器，可有效改善封装材料与光纤光栅的耦联性能；通过粒子含量控制可以增韧增强硅氧烷，从而可制作变量程压力传感器，同时可以延长传感器的使用寿命,     

不同形状的金纳米粒子的表面增强拉曼光谱

使用514 5nm激光激发,第一次得到了不同形状金纳米粒子的表面增强拉曼光谱(SERS)。一般情况下,较短波长(<600nm)激发所获得的增强要小于使用较长波长(>600nm)的激发。然而,对特殊形状的自组装金纳米粒子,由于避雷针效应,即使使用绿光激发也可获得很高增强的SERS。     

反相微乳液模板原位聚合制备纳米氯化银/聚甲基丙烯酸甲酯及其结构表征

用甲基丙烯酸甲酯 (MMA)作油相 ,反相胶束微乳液作为模板 ,制备了纳米氯化银 (AgCl)粒子 ,再进行原位聚合制备了纳米氯化银 /聚甲基丙烯酸甲酯 (AgCl/PMMA)复合材料 .透射电镜 (TEM )分析表明 ,纳米AgCl的尺寸为 2 0～ 80nm .扫描电镜 (SEM )测试表明纳米AgCl粒子均匀地存在于PMMA基材中 .红外分析证明 ,胶束中水和表面活性剂AOT的羰基在MMA聚合后微观环境发生变化 ,纳米粒子同聚合物之间有吸附行为 .动态力学 (DMTA)分析复合材料 ,发现纳米AgCl粒子与聚合物之间存在强烈相互作用 ,形成了中间相层 (interphaselayer) ,改变了聚合物的动态力学性能 .