基于MCM-41硬模板的镍铁磁性纳米管的合成及其磁性研究

以Si-MCM-41为硬模板,利用介孔材料的吸附作用,将Fe3+和Ni 2+按一定比例定量吸附组装到介孔材料的孔壁上;然后通过程序升温在900℃条件下高温焙烧,并经氢氟酸处理,得到直径大约为3.0nm的中空铁氧体纳米管.分别利用傅立叶变换红外光谱仪、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪分析了合成材料的结构、组成、形貌;采用振动样品磁强计测定了其磁性能.结果表明,合成的镍铁氧体纳米管具有良好的管状形貌,其结构与分子筛MCM-41的结构相似,并具有良好的磁学性能.这说明MCM-41分子筛孔道结构具有可复制性,本研究可望为制备具有适当长径比的一维纳米磁性材料打下良好基础.     

面向脑机接口的犹他神经电极技术

A human brain is composed of a large number of interconnected neurons forming a neural network. To study the functional mechanism of the neural network, it is necessary to record the activity of individual neurons over a large area simultaneously. Brain-computer interface (BCI) refers to the connection established between the human/animal brain and computers/other electronic devices, which enables direct interaction between the brain and external devices. It plays an important role in understanding, protecting, and simulating the brain, especially in helping patients with neurological disorders to restore their impaired motor and sensory functions. Neural electrodes are electrophysiological devices that form the core of BCI, which convert neuronal electrical signals (carried by ions) into general electrical signals (carried by electrons). They can record or interfere with the state of neural activity. The Utah Electrode Array (UEA) designed by the University of Utah is a mainstream neural electrode fabricated by bulk micromachining. Its unique three-dimensional needle-like structure enables each electrode to obtain high spatiotemporal resolution and good insulation between each other. After implantation, the tip of each electrode affects only a small group of neurons around it even allowing to record the action potential of a single neuron. The availability of a large number of electrodes, high quality of signals, and long service life has made UEA the first choice for collecting neuronal signals. Moreover, UEA is the only implantable neural electrode that can record signals in the human cerebral cortex. This article mainly serves as an introduction to the construction, manufacturing process, and functioning of UEA, with a focus on the research progress in fabricating high-density electrode arrays, wireless neural interfaces, and optrode arrays using silicon, glass, and metal as that material of construction. We also discuss the surface modification techniques that can be used to reduce the electrode impedance, minimize the rejection by brain tissue, and improve the corrosion resistance of the electrode. In addition, we summarize the clinical applications where patients can control external devices and get sensory feedback by implanting UEA. Furthermore, we discuss the challenges faced by existing electrodes such as the difficulty in increasing electrode density, poor response of integrated wireless neural interface, and the problems of biocompatibility. To achieve stability and durability of the electrode, advancements in both material science and manufacturing technology are required. We hope that this review can broaden the scope of ideas for the development of UEA. The realization of a fully implantable neural microsystem can contribute to an improved understanding of the functional mechanisms of the neural network and treatment of neurological diseases.     

TiO_2纳米阵列光阳极光电催化水分解研究进展

光电催化水分解制氢是目前解决能源危机与环境污染最理想的技术之一.设计和构筑高效的光阳极是实现光电催化技术实际应用的关键.在众多半导体光阳极材料中,TiO_2纳米阵列由于其快的电荷传输速率,高的光热稳定性,无毒和成本低等优点,已经被广泛用于光电催化水分解反应的研究.但是TiO_2本征的光吸收范围窄、光生电荷复合率高、表面水氧化动力学缓慢严重地制约了其太阳能-氢能转换效率.我们结合近年来国内外及本课题组的研究工作详细论述了TiO_2纳米阵列的改性策略,主要包括利用元素掺杂来拓展TiO_2的光吸收范围并提高导电性,构筑异质结促进光电极电荷的分离与转移,半导体敏化增加光电极的可见光吸收并促进电荷转移,表面处理用于增加表面水氧化反应速率.最后指出了该材料发展现状,并对其发展前景做出展望.我们为进一步提高TiO_2纳米阵列的光电催化水分解活性提供了理论指导和实践借鉴.     

柔性PDA薄膜阵列用于双模光学检测VOC标志物气体

本研究以亲油性的双面胶作为基底,利用滴涂二乙炔单体结合紫外光聚合来制备均匀的聚二乙炔(PDA)薄膜,通过荧光和颜色两种信号变化模式(即"双模光学检测")研究了PDA薄膜对VOC气体的响应性,发现制备的PDA薄膜在2 min内就可以实现明显的荧光和颜色变化,有效解决了目前PDA薄膜在VOC气体检测方面存在响应速度慢、薄膜均一性差等问题.此外,为解决单一PDA薄膜的交叉响应性问题,本研究制备了四种不同的基于双面胶基底的PDA薄膜,并将制备的4种PDA薄膜集成到一片PDMS薄膜基底上来构建柔性的传感阵列,利用阵列的颜色变化结合模式识别技术,实现了对8种VOC气体的快速、灵敏区分.进一步将制备的PDA薄膜阵列用于健康人、模拟糖尿病及肾病患者呼出气体中VOC标志物的辨别和分析研究,发现可以将三类人的呼出气体清晰地区分,说明了该阵列在呼气疾病诊断中的应用前景.与目前报道的PDA薄膜阵列相比,本研究中基于双面胶基底的PDA薄膜阵列具有气体响应速度快、灵敏性高、柔韧性好、制备工艺简单、成本低、易于大规模制备等优点,有望用于实VOC气体检测研究中.     

次线性期望空间下END阵列加权和的完全收敛性

在Choquet积分存在的条件下,研究次线性期望空间下END阵列加权和的完全收敛性,将概率空间中END阵列加权和的完全收敛性推广到次线性期望空间.     

低压下酞菁裂解法制备定向碳纳米管阵列

在低压条件下以酞菁铁为原料, 采用独立双温控加热系统在石英玻璃基底上气相沉积制备了大面积准直性好和管径均匀的碳纳米管. 利用扫描电子显微镜(SEM/FESEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了定向碳纳米管的生长形态和结构. 详细讨论了系统真空度、反应温度、气体流速及氢气和氩气的体积比例等参数对碳纳米管生长的影响, 并测试了该碳纳米管的场发射性能及超电容性能.     

二极管阵列检测-流动注射分光光度法同时测定食品中铁铜钴

目的在于建立同时测定食品中铁、铜、钴三种微量元素的新方法。以2-(5-溴-2-吡啶偶氮)-5-二乙氨基酚(5-Br-PADAP)为显色剂,Triton X-100为增敏剂,采用流动注射-CCD二极管阵列检测-分光光度分析法同时对其进行测定。优化了实验参数,并用偏最小二乘法计算程序解析重叠光谱。结果显示,铁、铜和钴的线性范围分别为0.2～10 μg·mL-1,0.1～5.0 μg·mL-1,0.01～1.0 μg·mL-1,检出限分别为：0.2,0.1,0.01 μg·mL-1,进样频率为45样·h-1。所建方法用于茶叶、芝麻、小米等食品测定时,样品加标回收率分别为铁89.4%～102.3%、铜92.2%～108.0%、钴93.2%～110.8%,相对标准偏差为1.1%～12.1%。对国家一级标准参考物质茶叶和桃叶进行测定(ｎ＝8),结果在其给出的保证值范围之内。     

阵列波导光栅梳状带通滤波器的传输效率

在光波导模场分布高斯近似条件下,根据星形光波导耦合器的耦合特性,推导出了基于累加运算和卷积运算近似表达的阵列波导光栅梳状带通滤波器光谱响应效率的函数表达式。给出了阵列波导光栅梳状带通滤波器光谱响应效率曲线的半最大值全宽度和阵列波导光栅梳状带通滤波器的通道中心波长的光谱响应度与器件参数的关系。在输入信号光谱分布高斯近似条件下,给出了阵列波导光栅梳状带通滤波器信号通道传输效率的计算表达式和输入信号光谱宽度对阵列波导光栅梳状带通滤波器信号通道输出特性的影响。给出了物理意义明确的函数表达式,它们可为快速分析阵列波导光栅梳状带通滤波器的特性提供理论基础。     

基于线阵InGaAs光电二极管阵列的光纤光栅传感解调

采用线阵InGaAs光电二极管阵列和体相位光栅并结合空分复用和波分复用技术,对光纤光栅传感进行解调.设计了基于线阵InGaAs光电二极管阵列和体相位光栅的光纤光栅传感解调系统,通过系统测试和性能分析,该解调系统解调带宽42 nm,信噪比30 dB,波长偏移测量精确度±15 pm,功率测量精确度为±0.3 dB.基于线阵InGaAs光电二极管阵列和体相位光栅的光纤光栅解调系统不但尺寸小,功耗低,而且具有较高的解调速度.     

阵列相关系数比对法在中药鉴别中的应用研究

中药材红外光谱具有“指纹”性,通过对红外特征吸收谱图的比对可达到区分和鉴别药材的目的。该研究用Visual Basic 6.0设计了中药材红外光谱阵列相关系数比对软件,建立了300多种中药药材的红外光谱数据库,将未知药材的红外光谱与数据库中药材的红外光谱进行比对,它能依11个波段两光谱相关系数的大小自动找到与库中最相似的光谱的药材,从而达到鉴别未知药材的目的。研究结果表明：在光谱数据库所包含的药材范围内,指定阵列相关系数的阈值,抓住特征波段光谱的比对,可避开CO₂和H₂O等外界因素对谱图的干扰,使比对结果准确可靠。该法有望成为中药材快速鉴别的一种常规手段。