不同退火温度的ZrO_2 纳米颗粒光学声子和表面吸附分子的拉曼散射研究(英文)

本文对晶粒尺寸在5nm 1 μm范围的纯ZrO2 纳米颗粒进行了拉曼散射研究。除了ZrO2 本征拉曼振动峰外,还有几个新的拉曼振动模式被观察到。我们的结果显示当纳米颗粒尺寸减少时,纳米ZrO2 颗粒的体相特征拉曼峰变弱,而由缺陷,表面和颗粒尺寸引起的相关效应呈强势。晶粒尺寸在1 5纳米左右是引起体相拉曼光谱变化的临界尺寸。晶粒尺寸在1 5纳米以下,其体相拉曼峰发生宽化和峰位移动,以及分别出现在位于1 0 40cm- 1的表面振动峰和1 4个较弱的二阶振动模式。这些结果反映了纳米颗粒的微结构变化与颗粒尺寸和表面效应以及它们之间相互作用的信息     

聚乙烯/银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乙烯/银纳米颗粒复合物的结构、极化率和红外光谱、热力学性质、力学特性进行计算, 分析其随模拟温度和银颗粒尺寸的变化规律. 模拟结果表明: 聚乙烯/银纳米颗粒复合物为各向同性的无定形结构, 温度升高可提高银纳米颗粒的分散均匀性; 银纳米颗粒表面多个原子层呈现无定形状态, 并在银颗粒和聚乙烯基体的界面形成电极化层, 界面区域随颗粒尺寸和温度的增加分别减小和增加; 与聚乙烯体系相比, 聚乙烯/银纳米颗粒复合物的极化率高很多, 且随温度的升高和银颗粒尺寸的减小而增大; 银颗粒尺寸直接影响界面电偶极矩的强度和振动频率, 红外光谱峰强度和峰位随颗粒尺寸发生变化; 聚乙烯/银纳米颗粒复合物具有比聚乙烯体系更高的等容热容和与聚乙烯体系相反的负值热压力系数, 热容随颗粒尺寸的变化较小, 但随温度的升高而明显减小, 具有显著的温度效应; 热压力系数随温度的变化较小, 但随颗粒尺寸的增加而减小, 具有明显的尺度效应, 温度稳定性更好; 聚乙烯/银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, 具有比聚乙烯体系更高的杨氏模量和泊松比, 并且都随温度的升高和银颗粒尺寸的增大而减小, 加入银纳米颗粒可有效改善聚乙烯的力学性质. 关键词： 分子动力学模拟 聚合物纳米复合物 纳米颗粒     

纳米颗粒的表面效应和电极颗粒间挤压作用对锂离子电池电压迟滞的影响

硅作为锂离子电池电极材料之一,其应力效应尤为突出,进而将影响电池性能.本文建立了电化学反应-扩散-应力全耦合模型,并研究了恒压充放电条件下扩散诱导应力、表面效应和颗粒间挤压作用对电压迟滞的影响.结果发现,应力及其导致的电压迟滞程度与颗粒尺寸相关.在大颗粒(颗粒半径r 100 nm)中,扩散诱导应力是导致电势迟滞效应的主要因素,这将导致电池能量耗散.对于纳米级小颗粒(r 100 nm)而言,表面效应占据主导,表面效应虽然能缓解电压迟滞,同时却会使驱动电化学反应部分的过电势回线下移,造成锂化容量衰减.本文综合考虑了扩散诱导应力和表面效应,得出:半径为10 nm的颗粒将会使电极具备较好的综合性能.此外,对于硅电极而言,颗粒间挤压作用会使应力回线向压应力状态演化,进而导致锂化容量的衰减.计算结果表明,在电极设计中,对孔隙率设定下限值有助于提升电极性能.     

二氧化硅纳米颗粒与碳黑纳米颗粒红外漫反射光谱的测量与分析

用FTIR-FTS3000光谱仪和漫反射附件分别采集了二氧化硅纳米颗粒、炭黑纳米颗粒和二氧化硅纳米颗粒与碳黑纳米颗粒的不同配比的混合样品的红外漫反射光谱。通过对测量结果的分析,发现二氧化硅纳米颗粒的红外漫反射光谱较之体材料有蓝移和宽化现象,此现象可以用纳米粒子的小尺寸效应和量子尺寸效应来进行初步解释。而碳黑纳米颗粒因为其强吸光性的原因,实验中没有得到理想的光谱。混合样品中,碳黑纳米颗粒有一个最大吸收临界浓度,此时二氧化硅纳米颗粒与碳黑纳米颗粒的质量比是100∶20。在这个比例以内,碳黑纳米颗粒的特征峰位的F(R)函数与浓度符合朗伯-比尔定律。当碳黑纳米颗粒在体系中的含量超过这个比值,随着碳黑在体系中比例的增加,吸光度将不再增大。     

金属纳米颗粒LSPR光纤生物传感DDA方法研究

研究了金属纳米颗粒的局部表面等离子体共振(LSPR)行为,并讨论了其在光纤生物传感领域的应用.采用离散偶极近似(DDA)的方法,从理论上分析了金属纳米颗粒的尺寸、形状对其传感灵敏度的影响.计算结果显示,金属纳米颗粒的等离子共振吸收峰同时受到颗粒尺寸和形状的影响,但形状对其传感灵敏度的影响最为明显,计算结果与实验数据能较好地吻合.     

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.     

钛酸钡纳米颗粒铁电性临界尺寸的理论分析

从铁电体的Eular-Lagrange方程出发, 取贝塞尔方程级数解的形式, 得到了钛酸钡陶瓷颗粒的总极化强度表达式, 分析了各系数对总极化强度的影响. 根据总极化强度表达式, 采用MATLAB软件对尺寸在100 nm以下的钛酸钡纳米颗粒的铁电性进行了仿真分析. 结合实际数据探讨了尺寸效应对陶瓷颗粒铁电性的影响, 获得了与实验数据相符的数值解和极小值, 从而预测了钛酸钡纳米颗粒铁电性存在的临界尺寸为6 nm.     

不同晶粒尺寸SnO2纳米粒子的拉曼光谱研究

对晶粒尺寸在4-80 nm范围的纯SnO2纳米颗粒进行了拉曼散射研究.除了SnO2 本征拉曼振动峰外,还有几个新的拉曼振动峰和波长在700 nm左右的一个发光很强而且峰宽很大的荧光峰被观察到.结果所示,当纳米颗粒尺寸减小时,纳米SnO2 颗粒的体相特征拉曼峰变弱,而由缺陷,表面和颗粒尺寸引起的相关效应呈强势.晶粒尺寸在20 nm左右是引起体相拉曼光谱变化的临界尺寸. 晶粒尺寸在20 nm以下,其体相拉曼峰的发生宽化和峰位移动, 以及分别出现在位于571 cm-1 的表面振动峰,位于351 cm-1 处的界面峰和与表面吸附水分子及氢氧基团的N系列拉曼峰是纳米SnO颗粒的主要特征.这些结果反映了纳米颗粒的微结构变化与颗粒尺寸和表面效应以及它们之间相互作用的信息.     

尺寸相关的CdS纳米颗粒的拉曼散射特性

采用反胶束法,合成了具有不同尺寸的CdS纳米颗粒。利用透射电镜(TEM)和高分辨透射电镜(HR-TEM)以及紫外-可见光吸收谱(UV/vis)对这些纳米颗粒的结构特性进行了表征和分析。利用拉曼光谱仪测量了这些具有不同尺寸的CdS纳米颗粒的拉曼特性。研究结果表明：当纳米颗粒尺寸小于一定值时,拉曼峰出现了蓝移,大于一定值时出现了红移,这些不同的结果是与纳米颗粒的尺寸效应以及纳米颗粒结构中具有各向异性的电子－声子耦合作用有关。     

用于SERS基底的Au-Pd核壳纳米颗粒和银纳米立方颗粒的制备及表征(英文)

本文研究了尺寸可控的Au -Pd核壳纳米粒子和银纳米立方颗粒的表面增强拉曼散射(SERS)活性。发现Au-Pd核壳纳米粒子的增强能力要比粗糙的钯电极强;银纳米立方颗粒的增强能力和粗糙的银电极相当。更为重要的是,银纳米立方颗粒既具有原子级平整的小单晶面又处于纳米尺度,因而它们可以作为粗糙表面和结构确定的单晶表面之间的桥梁,对其SERS效应的研究可以加深人们对SERS机理的认识。     

纳米银粒子的量子尺寸效应

实验上采用吸收光谱发现两种不同粒度的纳米银粒子其吸收峰的位置随粒子尺寸的增加而红移,理论上采用简单的球形势阱模型得到了本征能量与粒子尺寸的解析关系,该理论较圆满地解释了实验现象。     

AuPd CATALYTIC NANOPARTICLE SIZE EFFECT ON THE FORMATION OF AMORPHOUS SILICON NANOWIRES

Amorphous silicon (a-Si) nanowires have been prepared on SiO₂/Si substrates by AuPd nanoparticles / silane reaction method. Field-emission scanning electron microscopy and transmission electron microscopy were used to characterize the samples. The typical a-Si nanowires we obtained are of a uniform diameter about 20 nm and length up to several micrometers. The growth mechanism of the nanowires seems to be the vapor-liquid-solid mechanism. The catalytic particle size effect on the formation of the nanowires and the cause of forming amorphous state Si nanowires are discussed.     

A model for the thermal conductivity of nanofluids – the effect of interfacial layer

A model for predicting the effective thermal conductivity of nanofluids is proposed. It has been documented that the interfacial layer at the solid (particle)/liquid interface and particle size is one of the major mechanisms for enhancing the thermal conductivity of nanofluids. Comparing with other classical models, the proposed model takes into account some additional effects including volume fraction, thickness, thermal conductivity of the interfacial layer and particle size. The proposed model is found to be better than the existing models since the predicted effective thermal conductivity of different types of nanofluids are closer to the experimental results.     

最小摩阻场

前文简略地提到塑压陡线规律。本文视最小摩阻条件所定义之塑压接触面为一曲面“流”场,旨在于提出此“最小摩阻场”之场线规律与场函数(摩擦应力τ,压应力p)规律。主要结果为:推广前文之陡线规律于广泛情况,指出“摩擦场”与“滑质场”之基本区别在于前者为发散场,向外减阻;后者为收敛场,向内减阻。二者之复合场有“分水岭”,内场收敛,外场发散。金属表面之粘性粘着区须为一收敛场。陡线规律之库仑标量方程引出两重要推论:(1)摩擦力正比于压力之陡率(并给出比例函数之实例);(2)一切塑性压力分布皆为摩擦线弧长之函数,常含一指数项。这概括进现存不少特解。由严格不滑动条件定出具体之粘着区域。试图研究(τ,p)在应力圆中定义之“摩擦点”变化规律。以重叠应力圆法定出平面应变时此点之变域,说明在平压中摩擦系数不大时,压力约近于第一主应力。本文仅涉及原则问题。场函数解法之一见作者另文。     

包层氚增殖球床不同装载方案的有效热导率研究

针对聚变堆固态包层的产氚载体中锂陶瓷颗粒组成的氚增殖球床,建立了基于离散元-计算流体力学(DEM-CFD)方法的球床传热分析模型,进行了离散元(DEM)几何模型有效性验证、网格敏感性分析和计算流体力学(CFD)传热模型有效性验证.用该模型模拟计算了粒径分布球床、不同粒径的一元球床、二元球床的有效热导率,研究了相同填充率...     

电子束管中的涂屏技术

在用PVA-发光粉泥浆技术涂制电视显象管的发光屏中PVA(AD)树脂的光反应是将发光粉粘结在底板上的关键环节。包有树脂的这些颗粒组成有最佳颗粒层数的发光屏(例如,1.4层)。在发光颗粒表面散射的紫外光只有当PVA-发光粉泥浆的pH值被调到7附近时才可能到达发光颗粒层的底面。在底板上被散射紫外光的强度决定于颗粒的光学不均匀性,而这个不规则性对球形颗粒是最大。紫外光的强度及其光程断面和高质量的发光粉是制备优良发光屏的保证。     

细颗粒间相互作用力的研究

对微米、近亚微米尺度的细颗粒间相互作用过程的显微观察发现,细颗粒间具有"吸引-旋绕-排斥"的相互作用行为.受力分析表明,包含范德华力、静电库仑力和电像力的传统颗粒间作用力模型不能解释这种相互作用行为.根据细颗粒的荷电特性,提出细颗粒间还具有诱导偶极子作用力.通过引入偶极子作用力改进了细颗粒间作用力模型,利用新的模型对细颗粒间相互作用进行了模拟,得到了和实验相同的相互作用行为,并且对影响细颗粒相互作用的参数进行了分析.提出投入大颗粒和增加外静电场等都是促进颗粒凝并的有效措施.     

循环流化床收集器内颗粒团聚流动特性的研究

基于气固两相流理论和气溶胶动力学原理,建立流化床收集器(CFBA)内气体细颗粒聚团气固两相双流体模型。对不同入口气体速度、初始颗粒尺寸分布和不同颗粒团聚形成机理下收集器内颗粒聚团流动的流体动力特性进行数值模拟。研究结果表明湍流运动和剪切作用对颗粒聚团的形成起主要作用,布朗运动对颗粒团聚形成的影响可忽略不计。吸收颗粒可有效提高捕获细颗粒和颗粒聚团形成的能力。     

Model for heat conduction in nanofluids

A comprehensive model has been proposed to account for the large enhancement of thermal conductivity in nanofluids and its strong temperature dependence, which the classical Maxwellian theory has been unable to explain. The dependence of thermal conductivity on particle size, concentration, and temperature has been taken care of simultaneously in our treatment. While the geometrical effect of an increase in surface area with a decrease in particle size, rationalized using a stationary particle model, accounts for the conductivity enhancement, a moving particle model developed from the Stokes-Einstein formula explains the temperature effect. Predictions from the combined model agree with the experimentally observed values of conductivity enhancement of nanofluids.     

A new thermal conductivity model for nanofluids

In a quiescent suspension, nanoparticles move randomly and thereby carry relatively large volumes of surrounding liquid with them. This micro-scale interaction may occur between hot and cold regions, resulting in a lower local temperature gradient for a given heat flux compared with the pure liquid case. Thus, as a result of Brownian motion, the effective thermal conductivity, k_eff, which is composed of the particles conventional static part and the Brownian motion part, increases to result in a lower temperature gradient for a given heat flux. To capture these transport phenomena, a new thermal conductivity model for nanofluids has been developed, which takes the effects of particle size, particle volume fraction and temperature dependence as well as properties of base liquid and particle phase into consideration by considering surrounding liquid traveling with randomly moving nanoparticles.The strong dependence of the effective thermal conductivity on temperature and material properties of both particle and carrier fluid was attributed to the long impact range of the interparticle potential, which influences the particle motion. In the new model, the impact of Brownian motion is more effective at higher temperatures, as also observed experimentally. Specifically, the new model was tested with simple thermal conduction cases, and demonstrated that for a given heat flux, the temperature gradient changes significantly due to a variable thermal conductivity which mainly depends on particle volume fraction, particle size, particle material and temperature. To improve the accuracy and versatility of the k_effmodel, more experimental data sets are needed.