分级纳米材料的结构、制备及其应用

纳米材料因其独特的表面效应、体积效应和量子效应等特点,在化工、生物工程、医学和能源等领域有着广阔的应用。 由简单的低维纳米结构作为主要的构建单元并按照特定的排列方式组装成规整有序的三维结构,即分级纳米结构,已经开展了许多的研究。 本文综述了分级纳米结构的制备方法和微观结构,及其在污水处理、超级电容器、太阳能电池以及光催化等领域的应用。     

用于人体运动姿态监测基于IL@PDMS复合膜的摩擦电纳米发电机

摩擦电纳米发电机(TENG)在自供电可穿戴领域得到了广泛关注,通过材料修饰及制备工艺优化可实现对人体运动姿态的监测。研制了一种可用于人体运动姿态监测的TENG。一方面基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)引入高介电性离子液体(IL),制备了IL@PDMS复合膜作为摩擦层,有效提高了摩擦电输出性能;另一方面,基于光刻微电子机械系统(MEMS)工艺及模板转移技术对IL@PDMS复合膜表面进行金字塔微结构修饰,实现摩擦效应的增强。与纯PDMS膜相比,IL的引入可使摩擦电输出电流及输出电压分别提高近4倍和6倍;另外,表面微结构的修饰也使得输出电流及输出电压分别提升近1.5倍和0.7倍。此外,当工作10 000个周期后,摩擦电输出性能仍保持不变。实验表明,当将IL@PDMS-TENG贴附在手指上时,实现了对人体运动姿态的有效监测。该研究为可穿戴人体运动传感器提供了新的技术路径及应用前景。     

精准设计的纳米机器药物及其抗肿瘤应用

纳米医药是当今生物和医学研究最具创新活力的领域之一,尤其是在恶性肿瘤等复杂难治疾病的治疗中展现出广阔的应用前景.随着纳米生物技术近年来的快速发展,能够在活体环境执行精密、复杂操作的纳米生物机器受到高度关注.本文总结了我们团队在抗肿瘤纳米机器药物方面的科研工作,从精准设计、体内操控和创新性治疗等方面,系统性介绍了基于核酸、多肽、膜结构等生物模块的纳米机器药物设计策略,讨论了不同类型纳米机器药物在肿瘤治疗中的优势,并结合当前肿瘤临床治疗的重点发展方向,讨论了纳米机器药物对治疗范式创新的潜在推动作用.     

纳米Mn-Zn铁氧体制备过程中的元素补偿研究

采用回流制备方法,通过对比实验和化学定量分析,研究了Fe2+的催化作用以及对Mn、Zn元素实施补偿的可行性,得出试样中金属元素的摩尔比。实验发现:pH≤9.6时,Fe2+对合成反应具有明显的催化作用。初始pH>7时,Zn元素能进行补偿;初始pH>8.5时,Mn元素才能进行补偿。XRD和TEM研究表明,Mn-Zn铁氧体纳米粒子为球形,平均粒径约为4.35nm。     

一种双向的微电流检测电路

在纳米孔测序技术中,单个DNA分子被逐一驱动穿过纳米孔,并产生一个阻断电流,这个阻断电流被识别并转化为DNA序列,从而实现测序。由于阻断电流非常小,只有0～100 p A,因此需要一种高精度的微电流检测电路来识别它。为了解决这个问题,设计了一款具有双向、低噪声和小面积特性的电流检测电路,利用仿真工具对检测电路各部分进行噪声模拟和量化,降低了检测电路的噪声,提高了测序精度,同时优化检测电路的面积和功耗,提高了集成度和能效比。对比同类产品,该检测电路在精度、稳定性和通量等方面具有明显的优势。基于180 nm工艺平台,流片后的测试结果表明,该电流检测电路的检测范围为0～100 p A,精度小于3.2 p A,面积仅为80μm²,功耗为1.5μW,能够在两个方向上进行电流的检测。     

基于大科学装置的纳米材料与生物分子相互作用的分析

纳米材料与生物分子的相互作用直接影响着纳米材料的体内行为、状态与生物学效应,建立和发展可靠的分析方法以表征两者的相互作用非常必要.本文围绕纳米材料与蛋白质、脂类等重要生物分子作用过程的科学问题如作用分子类型的鉴定与相对丰度的测量、作用方式与界面结构,重点介绍基于同步辐射与散裂中子源等大科学装置的前沿分析方法在相关领域的应用,概述了相关分析方法的优势与先进性,为纳米生物效应研究、纳米医学应用的研究等提供了重要分析手段.最后,展望了新一代光源助力于纳米材料与生物分子作用研究的前景.     

改进的PCVD工艺制造高掺硼材料的性能研究

介绍了一种用于制造光纤的高掺硼石英材料的性能.简单回顾基本的工艺条件和关键工艺参数之后,主要讨论材料性能,如玻璃结构、折射率、粘度、热膨胀系数和残余应力等.另外还介绍了两种高掺硼光棒的性能.     

低压供热涂层材料制备及热性能研究

低压供热技术具有安全系数高和节能降耗等优势,因而成为石化稠油长输管线、风力发电叶片冬季防覆冰和室内供暖等领域的研究热点之一。本文制备了一系列低压供热涂层材料,研究不同碳功能填料对涂层发热速率、发热功率及最高发热温度的影响规律,并揭示石墨烯和碳纤维对提升涂层材料热性能的协同作用。其中石墨烯纳米片的还原程度对材料热性能具有重要影响,降低其表面官能团密度对提升涂层供热特性具有促进作用,但是官能团密度过低会导致石墨烯纳米片的团聚现象,引起涂层发热不均匀。加入适量碳纤维可以提高石墨烯的均匀分散性,提升发热速率。优化石墨烯纳米片和碳纤维的比例后,采用24V电压驱动时,涂层材料的发热速率达到7.1℃·s^-1,功率密度为800W·m^-2,最高发热温度为124℃。     

金红石纳米团簇与铀酰离子界面作用理论研究

为探索无机氧化物矿物质与锕系物种的界面作用和成键本质,设计优化了实验已知稳定的金红石(110)表面纳米团簇(SNCs).计算表明中性和弱酸性溶液中的sol模型比pH较小情况下的sat模型吸附更有利,与实验观察到的提高溶液pH导致铀酰吸附速率降低的结果相一致.能量分解表明,界面吸附主要以轨道吸引作用为主,并伴有少量空间效...