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聚丙烯腈基碳纤维原丝在纺丝过程中纳米孔变化规律与机理研究

应用小角X射线散射等方法, 系统、定量地测试表征了聚丙烯腈基碳纤维原丝中纳米孔的尺寸、形状、体积分数、单位体积中纳米孔绝对数量以及纤维总孔洞率等形态结构参量, 并对这些参量在水洗、水洗牵伸、热致密化、高压蒸汽牵伸及热稳定化等工艺过程中的变化规律及原因进行了研究. 结果表明, 纺丝过程中牵伸及高温热处理均可使纤维总孔洞率逐步下降. 纳米孔尺寸体积分数V_i测试表明, 对于小于10 nm³的小纳米孔和大于10³ nm³的较大纳米孔, 两者的V_i在纺丝初期水洗牵伸工艺中分别为0.217和0.369, 而在纺丝后期热稳定化处理后发生大幅度改变, 分别为0.948 与0.015. 其原因并不是在高压蒸汽牵伸及热稳定处理中较小纳米孔含量的增加, 而是较大纳米孔含量的大幅度减少. 纳米孔形状研究表明, 纺丝工艺中的多次牵伸处理均使纳米孔的长短轴比加大, 而大于玻璃化温度的热处理均使纳米孔长短轴比收缩, 并且对于较小纳米孔来说这种收缩更为显著.     

嵌入Ag纳米颗粒层的DNA忆阻器

构建了具有“Al/DNA-CTMAB/Ag NPs/DNA-CTMAB/ITO”结构的有机忆阻器件, 并对其电流-电压 (I-V)曲线进行测量. 结果表明, 嵌入Ag纳米颗粒层, 不仅可以增强器件的导电性, 而且忆阻特性也显著提高. 当颗粒粒径在15–20 nm范围时, 开-关电流比I_ON/I_OFF能够达到10³. 器件的I-V特性受扫描电压幅值V_A的影响, 随着V_A的增大, 高阻态的电流变化较小, 而低阻态的电流明显增大, 开(或关)电压V_SET (V_RESET)和I_ON/I_OFF增加. 实验还发现, 器件高低阻状态的相互转换取决于外加电场的方向, 说明该忆阻器具有极性.     

频率-电流扫描3ω法表征纳米薄膜界面热阻

纳米薄膜与基体之间的界面热输运是MEMS系统热管理和热设计的热点和难点。建立了频率扫描3ω法的热阻抗网络模型。利用频率-电流扫描3ω法和不同厚度薄膜试样得到单层纳米薄膜与基体之间的界面热阻。ZrO_2、SiO_2增透膜与基体之间的界面热阻分别为0.108 m~2·K·MW~(-1)和0.066 m~2·K·MW~(-1)。发现界面热阻与扫描频率无关,未发现界面热阻随膜厚变化的尺度效应。实验和理论分析表明,声子近界面效应在增透膜和基体界面的热输运过程中起主导作用。     

氧掺入对纳米硅薄膜微结构及能带特性的影响

采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备了富硅氧化硅薄膜,利用XRD衍射仪,傅里叶变换红外透射光谱仪以及紫外-可见光分光光度计分析了氧掺入对薄膜微观结构以及能带特性的影响。结果表明,随着氧掺入比(CO₂/SiH₄)的增加,薄膜晶粒尺寸减小,晶化度降低,纳米硅(nc-Si)表面的张应力先增加后减小。红外吸收谱分析表明,氧掺入比增加导致薄膜内氧含量增高,富氧Si—O键合密度增加,富硅Si—O键合密度降低。同时,薄膜结构因子减小,有序度增大,薄膜微观结构得到改善。当氧掺入比大于0.08时,薄膜结构因子增大,有序度降低。此外,氧掺入增加导致薄膜带隙不断增加,带尾宽度呈现先减小后增大的趋势。因此,通过氧掺入可以调节纳米硅薄膜微观结构及能带特性,氧掺入比为0.08时,薄膜具有高晶化度和较宽的带隙,微观结构得到有效改善,可用作薄膜太阳能电池的本征层。     

基于石墨烯的光纤湿度传感研究

将还原氧化石墨烯(r GO)沉积在侧边抛磨光纤(SPF)上制作了一种新型的光纤湿度传感器。在高湿度区域[相对温度(RH)为70%~95%],传感器的光功率变化达到6.9 d B,尤其在RH为75%~95%区域,传感器对湿度变化能实现相关系数为98.2%的线性响应,灵敏度可达0.31 d B/(%RH),响应速度快于0.13(%RH)/s,并且具有很好的可重复性。对传感机理的理论分析可以解释实验结果,并且表明这种基于石墨烯的光纤传感器亦可广泛应用于其他种类化学气体的探测。这种全新机理的光学传感器是对石墨烯电化学传感器的一种很好的补充,并将促进石墨烯在化学传感技术中的应用。     

纳米金刚石掺混纳米氧化锌的场发射特性

利用水热法制备了菊花状的氧化锌纳米棒,并进行表征,将纳米氧化锌掺入纳米金刚石中配制成电泳液,超声分散后电泳沉积到钛衬底上,再经热处理后进行场发射特性的测试.结果表明:未掺混的金刚石阴极样品的开启电场为7.3V/μm,在20V/μm的电场下,场发射电流密度为81μA/cm2;掺混后阴极样品的场发射开启电场降低到4.7~6.0V/μm,在20V/μm电场下,场发射电流密度提高到140~158μA/cm2.原因是纳米ZnO掺入后,增强了涂层的电子输运能力、增加了有效发射体数目,提高了场增强因子β,而金刚石保证了热处理后涂层与衬底的良好键合,形成了欧姆接触,降低了场发射电流的热效应.场发射电流的稳定性随掺混ZnO量的增加而下降,要兼顾场发射电流密度及其稳定性,适量掺入ZnO可有效提高纳米金刚石的场发射性能.     

生物矿化法制备HgS/聚氨酯复合薄膜及其对Ba2+的传感性能

通过生物矿化法制备出HgS/聚氨酯纳米复合材料并用FTIR、SEM等对材料进行了表征. 研究发现聚氨酯分子可以控制HgS的成核和晶体生长. 聚氨酯的量子限域效应已通过紫外-可见光谱证实,在约291 nm处有明显的特征吸收峰. 荧光性能研究结果表明HgS/聚氨酯纳米粒子复合薄膜对Ba²⁺的存在十分敏感,少量的Ba²⁺会使荧光强度明显上升,水中常见离子几乎对此没有影响.     

O_2在Si掺杂石墨烯上吸附与活化

采用包含色散力校正的密度泛函理论方法(DFT-D)研究了O2在Si掺杂石墨烯(Si-Gra)上吸附与活化.研究结果表明:1)与纯净石墨烯相比,Si掺杂极大的增强了石墨烯对O2的吸附能力.O2的最稳定吸附构型是以Side-on模式吸附在掺杂的Si的顶位,形成O-Si-O三元环.次稳定吸附构型是与Si及近邻的一个C形成O-Si-C-O四元环结构.两个吸附构型对应的吸附能分别为-2.40和-1.93eV;2)O2有两种分解路径:直接分解路径(势垒为0.53eV)和整体扩散后的分解路径(势垒为0.81eV);3)分解之后的两个O原子分别吸附在Si的顶位和相邻碳环的两个碳原子的桥位;4)电子结构分析表明吸附的O2从Si-Gra获得较多电荷,从而被活化.总之,Si-Gra具有较强的催化氧气还原能力,是一种潜在的良好的非金属氧还原催化剂.     

尿液中的纳米晶体组分及其对草酸钙结石形成的影响

采用高分辨率透射电子显微镜、选区电子衍射、能谱分析和X射线衍射对草酸钙(CaOx)结石患者尿液中纳米晶体的组分进行了准确分析。这些技术检测到一水草酸钙(COM)、尿酸(UA)和磷酸钙(CaP)的存在,能谱分析检测到大量C,O,Ca和少量N和P等元素,表明尿纳米晶体的主要组分是COM,并含有少量的尿酸和磷酸盐。电子显微镜观察到CaOx结石患者尿纳米晶体的粒径主要分布在几十纳米,其结果与Scherer公式计算相符。采用不同孔径的微孔滤膜(0.45,1.2和3 μm)将尿液过滤后,得到的尿微晶衍射峰的数量随着滤膜孔径的增加而增加,表明尿微晶的种类增加。CaOx尿石的形成过程涉及尿液晶体的成核、生长、团聚和与细胞的粘附等过程。尿液中大量纳米COM晶体的存在是草酸钙结石形成的重要原因。纳米UA,CaP晶体能够作为晶巢促进草酸钙结石的形成。