三维立体结构微纳电极研究

基于体硅加工工艺和纳米材料技术,研制微电机系统(MEMS)尺度敏感微结构与纳米铂颗粒的复合结构,提高微电极电化学性能,制备具有三维立体微结构的安培型微电极传感器.利用硅的各向异性湿法腐蚀技术在毫米级的工作电极表面实现微米级的锥体形微池阵列,以H2O2为检测对象考察立体电极结构对传感器性能的改进效果,实验证明,立体结构的设计使传感器具有更低的检出限(8 μmol/L)及更高的灵敏度(在 0～200 μmol/L浓度范围内检测灵敏度提高约85%),且具有较好的线性和重复性.利用电化学方法在电极表面沉积铂黑,通过微观形貌分析和电化学特性考察,比较了在平面微电极和立体微电极上修饰纳米材料的效果.立体结构为电沉积铂纳米颗粒提供了更为理想的微环境,改善了纳米材料修饰的效果;立体结构微电极与纳米颗粒的尺寸效应相结合,进一步提高了电极的催化效率和电化学特性.     

纳微氧化锌形貌演变过程的实验和模拟研究

利用热蒸发锌粉法在水平管式炉中成功生长出了纳微结构氧化锌。研究了不同的O₂/N₂流量下,锌源上、下游氧化锌形貌的演变过程。采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和拉曼光谱等对产物形貌和结构进行了表征。制备的纳微氧化锌具有六方纤锌矿结构,纯度高,结晶好。当保持O₂流量为0.25 sccm,O₂和N₂的总流量分别为100 sccm、200 sccm和400 sccm时,上游产物形貌为钉状且钉帽尺寸逐渐减小,而产物形貌分别为多足、铅笔和针状。当保持总流量为400 sccm,随着O₂流量的增加,上游的钉状氧化锌的钉帽变大,下游针状氧化锌的顶部直径变粗,长度变长。计算流体动力学模拟结果表明:纳微氧化锌的形貌演变过程与Zn蒸汽和O₂的反应速率决定相关。     

W/O型微乳液膜的制备及提取稀土的研究

文研究了以壬基酚聚氧乙烯醚(OP7)为表面活性剂,正庚烷为油性溶剂的WO型微乳液的形成及提取稀土的行为,确定了制备及提取的适宜条件,在此条件下,稀土离子的提取率可以达到99.3%。     

基于随机共振和微纳传感器阵列的六氟化硫检测方法研究

建立了一种基于随机共振和微纳传感器阵列的六氟化硫气体检测方法.使用两个360 μm极间距离的微纳传感器构成的阵列结合随机共振算法,在室温常压,相对湿度70%的条件下检测3.0～24 g/m3 SF6气体及纯SF6气体,以信噪比极大值实现各浓度SF6气体的区分.传感器工作于微电离平衡状态,检测过程中无有害气体产生,安全性较高.为检验该方法的实用性,依据国家标准在温度20 ℃、相对湿度70%和常压条件下模拟现场检测3.0～12 g/m3SF6气体,结果表明: 本方法具有较好的重复性和实用性.     

卤化物钙钛矿微纳阵列的可控制备及应用

卤化物钙钛矿不仅具有光吸收系数高、激子束缚能低、载流子迁移率高等优异的光电性能,而且具有缺陷容忍度高、低温溶液法生长、带隙可调等传统半导体不具备的优点,迅速成为光电领域的研究热点之一。 在单个光电器件的基础上,开发阵列型器件将推动卤化物钙钛矿在(柔性)光电器件中的应用。 但卤化物钙钛矿因对常规有机溶剂较敏感而与现有光刻工艺不兼容,开发适合卤化物钙钛矿的微纳制作工艺尤为重要。 本文系统归纳了近年卤化物钙钛矿微纳阵列制备采用的各种策略和方法,分析了不同方法的优缺点和适用性,介绍了卤化物钙钛矿微纳阵列在光电领域的应用,并对该领域目前存在的问题及发展前景进行了展望,以期为新型卤化物钙钛矿光电器件的研究提供参考。     

微纳结构柔性压力传感器的制备及应用

柔性压力传感器是一种能够感知或监测外界压力变化的柔性电子器件,具备灵敏度高、形变灵活、制备工艺简单等特点,在可穿戴式电子产品、健康医疗、软体机器人、人机交互等新兴领域具有广泛而重要的应用。灵敏度、检测极限、响应时间与循环工作稳定性是柔性压力传感的核心性能指标,微纳结构的引入对提高柔性压力传感器综合性能具有重要作用。本文根据微纳结构的主要类型介绍了基于微纳结构的柔性压力传感器的最新研究进展,包括各种不同形貌微纳结构对柔性压力传感器性能的影响及其在柔性压力传感器中的应用,并对柔性压力传感器未来的发展提出展望。     

分级花状氧化铁微球的水热合成及吸附性能研究

以六次甲基四胺、硫酸亚铁、柠檬酸钠为原料,采用水热合成方法制备了三氧化二铁(Fe_2O_3)粉体。以铅离子为水体中的模拟污染物,研究了Fe_2O_3对水体中重金属离子的吸附性能,结果表明,当柠檬酸钠的浓度为0.004 mol/L、水热温度为100℃和水热时间为8 h时,所制备的Fe_2O_3的吸附性能最好,其对铅离子的吸附容量为426.09 mg/g。X射线衍射(XRD)图片和扫描电子显微镜(SEM)照片显示所制备的粉体为低结晶度的分级花状Fe_2O_3微球。     

基于微/纳马达的智能癌症诊断、递送及治疗

癌症严重威胁着人类的生命健康,早期的诊断和治疗对于提高癌症治愈率、挽救人们的生命有着至关重要的作用。随着纳米科技的发展,具有自主运动性能的微/纳马达为癌症的诊断与治疗带来了新的发展契机。微/纳马达能够有效地将多种能量(光、声、磁、电、热等)转化为自身运动的动能,有望在微米或纳米空间内执行各种复杂而精确的任务,这在智能化癌症诊疗领域具有得天独厚的优势。目前,已成功制备出不同形状的微/纳马达,比如线状马达、微管马达、Janus双面神结构马达等,促进了一系列新型诊断方法、胞内递送系统及光治疗策略等的发展。本文主要总结了微/纳马达在智能化癌症诊疗领域的研究进展,首先从化学场驱动与物理场驱动这两个角度总结了微/纳马达在检测和靶向递送方面的最新研究进展,并进一步总结了微/纳马达在癌症光治疗领域的应用进展,最后探讨了目前存在的问题及未来的发展方向。     

Sb2S3纳米粒子修饰ZnO纳米片微纳分级结构的光电化学性能

采用恒电位方法,选择氯化钾和乙二胺(EDA)为添加剂,在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上制备了高度有序的ZnO纳米片阵列,通过二次电沉积得到了ZnO纳米片上生长纳米棒的微纳分级结构.利用化学浴沉积法在ZnO基底上沉积Sb₂S₃纳米粒子制备出了Sb₂S₃/ZnO纳米片壳核结构和Sb₂S₃/ZnO微纳分级壳核结构.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、瞬态光电流等对其形貌、结构组成和光电化学性能进行了表征和分析.结果表明, Sb₂S₃/ZnO纳米片上生长纳米棒分级壳核结构的光电流明显高于Sb₂S₃/ZnO纳米片壳核结构.在Sb₂S₃/ZnO纳米片壳核结构和Sb₂S₃/ZnO微纳分级壳核结构的基础上旋涂一层P3HT薄膜形成P3HT/Sb₂S₃/ZnO复合结构,以上述复合结构薄膜为光活性层组装成杂化太阳电池,其中, P3HT/Sb₂S₃/ZnO分级壳核结构杂化太阳电池的能量转换效率最高,达到了0.81%.     

海藻酸钙凝胶微球粒径的理论计算与实验

通过静电液滴发生器制备海藻酸钙凝胶微球,通过理论推导得到了微球粒径的计算公式.理论计算的结果表明,凝胶微球粒径的大小取决于静电压、电极距离、针头内径大小、注射器流速、海藻酸钠粘度和表面张力以及凝胶化体积收缩系数.理论计算结果与实验结果吻合得相当好.     

电化学微/纳加工分辨率的影响因素及对策

The etching resolution of electrochemical fabrication technique is influenced significantly by the diffusion layer of the etchant. It has been shown that a fast etching rate can achieve higher etching resolution due to so-called heterogeneous scavenging effect, while a lower etching rate will result in rather lower etching resolution. For the latter case, the confined etchant layer technique(CELT) has been employed to improve the etching resolution. i. e., a certain redox couple which can consume the etchant homogeneously and rapidly was added to the solution. The homogeneous scavenging effect confined the etchant within a narrow layer around the electrode surface and much improved etching resolution was achieved. Using the CELT and a needle-shaped microelectrode, an etching spot of several micro-meters was obtained at silicon wafer surface.     

微流体技术制备聚合物微粒的研究进展 Ⅰ.合成聚合物颗粒的方法及颗粒种类

综述了微流体技术合成聚合物颗粒的研究进展,包括基于液滴的合成、用流动刻蚀的技术合成及在设备中交替组装成复杂颗粒等合成组装技术,介绍了由此合成的一些不同形状和结构的颗粒及其性能,其中包括具备低密度和特殊表面性能的多孔性颗粒、可以通过加入功能物质制备出的性能优异的复合颗粒、拥有层状结构及多重性能的多功能颗粒、基础的球形颗粒以及通过微流体设备制备的非球形颗粒。     

利用胶体探针技术研究多巴与纳米、微米及微纳复合结构表面之间的相互作用

通过在硅片表面有机蒸镀不同厚度的二十九烷制备了不同晶体密度的仿生旱金莲叶面蜡质纳米结构表面,采用端基修饰多巴的原子力显微镜胶体探针,对各纳米结构表面进行了粘附性能测试,发现蒸镀200 nm厚度二十九烷结晶的纳米结构表面具有较低粘附力。采用反应离子刻蚀方法制备了不同高度的硅材质仿生鲨鱼皮微米结构表面,并选择了200 nm厚度二十九烷在仿生鲨鱼皮表面进行有机蒸镀制备了微纳复合结构表面,通过胶体探针的研究发现多巴与高度为1、3、5μm微纳复合结构表面的粘附力均小于与200 nm厚度二十九烷结晶的纳米结构表面之间的粘附力,说明微纳复合结构表面具有很强的抗多巴粘附能力,并且这种复合结构表面相对于硅材质的仿生鲨鱼皮微米结构表面还兼有旱金莲叶面的强疏水性和极佳的抗水粘附能力。     

基于水滴模板法的微纳复合超疏水结构制备的研究

利用粒子辅助水滴模板法的实施获得规则蜂窝状图案化多孔结构模板,并进一步利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)复制转移技术获得表面具有微米尺寸蜂窝状突起阵列的反向图案化结构.以这种图案化突起结构作为微米尺寸所提供的微米级粗糙度为基础,设计了2种的简单的二次纳米结构的引入过程,最终实现了微米级阵列和纳米级粗糙度的复合.第一种方法借助银镜反应来实现纳米银结构的化学沉积,最终在PDMS阵列表面获得了致密的纳米银颗粒沉积层,并成功获得了表面接触角达166度的超疏水性质.第二种方法利用了聚电解质/二氧化硅粒子层层静电自组装的方法引入纳米结构,结果在仅仅进行了2个组装循环的条件下即可获得超疏水性质的表面复合结构.通过简单的实验设计试图提供一种基于水滴模板法的微纳复合超疏水结构的普适性制备方法.     

微纳结构超疏水表面的浸润性分析及设计

微纳复合结构超疏水表面在防污、流动减阻、防冰等领域具有广阔的应用前景，超疏水表面主要通过设计表面化学性质和微观几何结构来获得.合理设计保持表面润湿态的稳定性是其性能发挥的关键.以"液滴-超疏水表面"系统为研究对象，基于最小能原理分析了四种稳定润湿形态，指出影响润湿状态的本征接触角和微观结构参数（相对柱距、相对柱高）.推导了本征接触角的计算公式并对常见材料的本征接触角进行了讨论.结合四种润湿态方程，绘制了随着相对柱距和相对柱高的润湿云图，并将润湿云图归纳为"一点三线六区四状态".分析了相对柱距和相对柱高对浸润状态的影响，结果表明较大的本征接触角、较小的相对柱距和较大的相对柱高能够减小浸润状态发生转变的临界参数，从而拓展超疏水表面的区域范围，有利于超疏水表面的稳定性.利用文献数据验证了上述润湿云图能够准确反映出润湿形态.在上述工作基础之上总结提炼了超疏水表面设计的一般思路.研究结果可为超疏水表面的设计提供理论依据和技术基础.     

反相微乳法合成稀土六铝酸盐催化剂及其甲烷催化燃烧研究

天然气发电由于其建设周期短,扩容简单,投资小,且产生的二氧化碳在所有矿物燃料中最少,温室效应小,在电力生产中会越来越受到重视[1].二十世纪70年代,Pfefferle[2]等人提出了天然气催化燃烧方法,可降低反应温度(通常降为1 200～1 400 ℃),使甲烷在较低的浓度下完全燃烧,不但能使NOx和CO降低,减少污染,而且还能提高能效,节约宝贵的燃料资源.……     

YSi_2纳米颗粒的制备及光学、电学性能研究

采用脉冲激光烧蚀高纯YSi2靶,在n型Si(100)单晶衬底上制备YSi2纳米颗粒。原子力显微镜(AFM)观察样品表面颗粒尺寸约40~50 nm。X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明,YSi2纳米颗粒成分为Y-O-Si。室温下对样品的光致发光(PL)性能进行测试,在500 nm处有一个较大的宽峰,409 nm附近出现强度较弱的发光峰。前者与样品中Y-O-Si电荷迁移带有关,后者为衬底表面纳米尺寸SiOx复合中心离子发光。室温下,对原位制备的薄膜电学(I-V/C-V)性能进行测试,结果表明薄膜的介电常数约为13.6。     

PLA制备Tb-Si纳米颗粒及室温光致发光性能研究

采用脉冲激光烧蚀技术(PLA)在n型Si(100)单晶衬底上制备Tb-Si纳米颗粒。原子力显微镜(AFM)观察样品的表面形貌,发现样品表面是均匀分布的纳米颗粒,颗粒尺寸在10~20 nm之间,分布密度大约为6×1010/cm2。光电子能谱(XPS)及高分辨透射电镜(HRTEM)分析表明,纳米尺度的单晶硅化物颗粒的主要成分为Tb-Si及少量Tb-Si-O结构。室温下以荧光为激发光对样品的光致发光(photoluminescence)性能进行测试,结果表明样品在可见光区具有较强的发光现象,主要有4个发光峰,分别位于485,545,585和620 nm附近,这些发光峰主要由Tb3+中电子在不同能级之间的跃迁造成。     

微纳尺度无机-有机杂化凝胶固定化木瓜蛋白酶研究

以吸附-絮凝耦合方法制备了微纳尺度的纳米TiO₂-聚丙烯酰胺(polyacrylamide, PAM)杂化凝胶固定化酶. 利用扫描电镜(SEM)、能谱面扫描(EDS)、粒度分析表征了杂化凝胶絮凝酶形貌、尺寸及分散性. 通过对酸碱度有效调控, 以及表面Zeta电位分析, 探寻了酶-纳米复合凝胶静电作用机制. 结果表明, 静电相互作用力对酶的负载和颗粒粒度分布影响较大, 在pH＝7.0, TiO₂和木瓜蛋白酶(papain, PA)质量比为7.5∶1时, 固定化酶负载量达121.84 mg/g, 负载率91.38%|杂化凝胶固定化酶尺寸约为0.444 μm左右, 固定化酶在杂化凝胶载体上高度分散. 该杂化凝胶絮凝酶经过5批次反应后相对酶活力能保持在50%以上. 可见由吸附-絮凝法制备的微纳尺度的杂化凝胶固定化酶, 分散性好, 稳定性好, 酶负载量高, 这是一种利用纳米材料和微纳结构进行固定化酶的新途径.     

微乳液中单分散银纳米颗粒的制备及抗磨性能

采用水/液体石蜡/Span 80-Tween 80/正丁醇微乳液体系, 制备了具有良好单分散性的Ag纳米颗粒. 通过X射线粉末衍射仪、透射电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪和热分析仪表征了Ag纳米颗粒的结构、形貌、粒径大小及分布、表面键合性质和热性能. 结果表明, 所制备的Ag纳米颗粒具有立方晶型结构, m(Span 80)∶m(Tween 80)=7∶3时, 粒径分布呈单分散性, 平均粒径约为6 nm. 在四球长时抗磨损试验机上考察了分散于液体石蜡中Ag纳米颗粒的抗磨性能. 实验结果表明, Ag纳米颗粒具有良好的抗磨性, 且能显著提高基础油的承载能力.