一、纳米技术的发展与展望(论文文献综述)
冯飙[1](2021)在《面向中温储热的多元醇相变材料热物性的分子动力学模拟与实验研究》文中研究表明相变储热技术可以缓解热能供需矛盾、提高热能转化效率、推动太阳能和工业余热的综合梯级利用,对践行节能减排、力争完成我国“碳达峰”和“碳中和”的战略目标具有重要的现实意义。高性能相变材料的筛选与研发是相变储热技术发展的关键。近年来有机多元醇相变材料由于其较高的相变焓值,在约370–520 K的中温区间备受瞩目。与其他常见有机类相变材料(如石蜡和烷烃)相比,多元醇相变材料的特点之一是在其分子结构中含有多个极性较大的羟基。文献中已有一些研究对多元醇相变材料的宏观热物性(相变焓值和导热系数等)进行了表征,但对其热物性在微观层面的构效关系的理解还相对匮乏。例如,现有的实验测试与表征难以阐释晶体结构转变、羟基分布以及纳米添加物所引起的多元醇材料相变焓值的变化规律。虽然有研究者指出了羟基所形成的氢键对一元醇导热系数的影响,但是氢键对多元醇相变材料导热性能的贡献尚缺乏针对性的量化分析。此外,当封装在储热罐中时,多元醇相变材料与薄型金属外壳之间的接触热阻也会影响实际工程应用中相变储热系统的储/释热速率,有必要针对多元醇相变材料与金属界面间的接触热阻进行实验测试与微观界面导热机理研究。有鉴于此,本文采用分子动力学模拟方法对具有较高相变焓值的赤藓糖醇为代表的多元醇相变材料的关键热物性及其与金属界面间的热传导特性进行了微观层面的研究。首先对OPLS-AA、CHARMM、GAFF和GROMOS等四种可能适用于多羟基结构的分子力场进行了测试,通过对比实测的赤藓糖醇固液两态的密度和比热容等关键热物性验证了GROMOS是最合适多元醇相变材料的力场模型。在此基础上,采用界面/NPT方法复现了赤藓糖醇的微尺度熔化过程,并发现在固液相变过程中赤藓糖醇分子会由线性直链结构转变成非线性结构。这种结构变化引起的氢键键能的变化占赤藓糖醇总熔化焓值的45.5%,证明了大量氢键的存在是多元醇材料相变焓值较高的根本原因。因为赤藓糖醇的实测过冷度可高达100 K左右,在分子动力学模拟中也难以实现其结晶凝固过程,故本文以典型的一元醇相变材料正十六醇为替代研究对象分析了纳米添加物的引入对醇类材料相变焓值的影响机理。通过模拟发现在凝固过程中石墨烯纳米片附近的正十六醇分子会发生团聚现象,从而保持非线性的分子结构。这些受限的正十六醇分子对凝固焓值的贡献减弱,因此纳米复合相变材料整体的凝固焓值会低于有效介质理论的预测值。同样的,这些受限的正十六醇分子在熔化过程中吸收的相变潜热也相应较少,最终导致纳米复合相变材料的熔化焓值也相应降低。为改善纳米复合相变材料的相变焓值,本文进一步构建了羟基修饰石墨烯纳米片的简化氧化石墨烯模型,利用氧化石墨烯表面的羟基与正十六醇的羟基结合形成氢键,成功抵消了一部分相变焓值损失。通过实验制备并测试了氧化石墨烯-正十六醇纳米复合相变材料的相变焓值,验证了模拟的结果,为高焓值多元醇纳米复合相变材料的开发提供了可行的思路。为了研究氢键和晶体结构对多元醇相变材料导热性能的微观影响机理,本文分别以赤藓糖醇和典型的固固相变多元醇季戊四醇为对象,系统地研究了它们相变前后导热性能的差异。通过分析相变过程中晶体结构变化引起的氢键变化和导热系数变化之间的内在关联,揭示了氢键对多元醇相变材料分子间导热的贡献。在固态下,氢键数目越多、氢键键能越大则醇类相变材料的导热系数越高。为了充分利用氢键对醇类相变材料导热系数的贡献,本文提出并建立了一个基于正一元醇相变材料的“理想晶体”模型。通过模拟发现,在“理想晶体”结构中沿正一元醇分子链长度方向的导热是弹道式的,温度梯度很小;主要的导热温差集中在“理想晶体”分子层的界面处,而界面处羟基形成的氢键可以提高界面传热系数。该“理想晶体”结构可以将正一元醇相变材料的导热系数提高近1倍,为提升多元醇相变材料的本征导热系数提供了理论借鉴。最后,为了测试多元醇相变材料与金属界面间的接触热阻,本文提出了一种基于稳态热流法的改进型薄型材料接触热阻测试原理,设计并成功开发了相应的测试仪器。利用该自研仪器对赤藓糖醇与不同金属界面间的接触热阻进行了系统性测试,阐明了表面粗糙度和接触压力对多元醇相变材料与金属界面间接触热阻的影响规律。实验结果也验证了表面粗糙度越小、接触压力越大则接触热阻越小这一规律。此外,还通过模拟揭示了多元醇相变材料与不同金属界面处声子振动态密度耦合度的差异,从而辨别出了不同金属界面热传导能力的优劣,为实际储热系统中封装材料的选取和系统热设计提供了参考。综上所述,本文针对典型多元醇相变材料的若干关键热力学和输运性质开展了分子动力学模拟与实验研究,所得的结果有助于指导基于多元醇的高相变焓值、高导热复合相变材料的研究与开发,为中温区相变储热技术的进步和推广提供基础支撑。
徐晨轩[2](2021)在《垂直取向石墨烯边缘能质传递强化机理及能源应用》文中指出高效的能源储存与转化技术是推动可再生能源大规模应用的重要技术支撑。近年来,碳基纳米能源储存与转化材料因原料丰富、制备经济、调控便捷等特点而广受关注。纳米材料内部及表界面处的能量与物质传递是决定能量储存与转化性能的关键物理机制。围绕纳米尺度能质传递所发展的诸多理论,认为其符合典型的结构—性能规律。边缘结构广泛存在于石墨烯量子点、碳纳米管、石墨烯、二硫化钼等纳米材料中,但由边缘结构带来的特殊性能通常被笼统地冠以“边缘效应”,对其物理机制尚有待深入研究。本论文对垂直取向石墨烯的边缘能质传递强化机理开展了系统研究,主要聚焦以下两个方面。在机理认识层面,结合近场纳米成像技术、原位检测技术等实验手段和密度泛函理论、分子动力学模拟等计算模拟手段,建立了边缘结构与电子极化行为间的关联,揭示了光诱导边缘局域场增强效应的物理机制。进一步地,研究了在电解液中垂直取向石墨烯边缘附近离子分布与输运特性,解析了边缘场增强对固液界面相平衡状态的作用机制,为强化固液静电吸附提出新路径;在技术应用层面,基于上述理论成果设计了一系列边缘可调控的垂直取向石墨烯基能源材料,构筑了高性能光催化水裂解制氢、电容去离子以及超级电容储能新体系。基于等离子体化学气相沉积法制备的垂直取向石墨烯具有良好的边缘可调控性。本文采用氩等离子体轰击处理方法,有效调控了垂直取向石墨烯的边缘密度。开展密度泛函理论模拟计算,研究了石墨烯封闭边缘处的电子密度分布,揭示了在石墨烯封闭边缘处,电子存在自发聚集行为。随后开展的暗场扫描开尔文探针显微实验测试结果与模拟计算结果相吻合,进一步证实了石墨烯表面具有非均匀电势分布,且对表面纳米形貌存在高度依赖性,即在高曲率的石墨烯边缘处呈现出电子聚集行为。研究了垂直取向石墨烯光电响应特性。在水系电解液中,响应电流密度最高可达约92 m A cm-2。与半导体材料产生光电流响应的机理不同,垂直取向石墨烯样品中光电流响应可能来源于光激发热电子的定向迁移与聚集。光诱导力显微结果证实,垂直取向石墨烯在可见-红外波段内具有显着的近场光诱导力响应,石墨烯纳米边缘处存在由电子极化引起的近场力梯度。研究还发现,边缘电场增强与入射光波长有关。在红外光激发下,样品的光诱导力图像在边缘处甚至出现显着的“热点”信号,表明石墨烯表面的光激发热电子会迁移并聚集在边缘处,形成边缘处局域电场增强。进一步的理论分析指出,纳米边缘处的局域电场增强可解耦为非共振增强效应与共振增强效应两部分。通过调控石墨烯纳米边缘的形貌(长宽比)与费米能级,改变特定激发波长下的共振增强因子,能够实现对边缘电场增强效应进行调控。垂直取向石墨烯边缘的光诱导电场增强效应有望使其成为高活性反应位点,负载半导体光催化剂后形成内建电场,促进受光照激发的电子与空穴相互分离。本文采用纳米限域合成方法制备了高度分散的介孔石墨相氮化碳/垂直取向石墨烯复合光催化剂(GVN/NVG)。相比于未与垂直取向石墨烯复合的普通块状石墨相氮化碳样品以及将石墨相氮化碳与水平石墨烯机械混合的传统方式复合样品,通过纳米限域合成方法负载在垂直取向石墨烯片层间的石墨相氮化碳充分分散,有效避免了团聚。密度泛函理论计算表明,相较于普通块状石墨相氮化碳样品,GVN/NVG复合结构中的介孔石墨相氮化碳组分具有局域化的表面电荷分布,禁带宽度也有所下降。GVN/NVG-3H样品在全光谱光照激发、无助催化剂、三乙醇胺牺牲体系中的光催化制氢活性可达41.7μmol h-1 cm-2(相当于每24小时225L m-2,标况下)。与对照组中普通块状石墨相氮化碳样品的活性(2.5μmol h-1 cm-2)相比高一个数量级。首小时内平均表观量子产率达到1.54%。随后,本文拓展了边缘光诱导电场增强效应的应用,发展了太阳能纳米离子学相关理论。通过石墨烯纳米边缘介导的光-电场能量传递过程,将入射太阳光能量输入固液界面相平衡系统,有效缩短双电层厚度,并实现了对离子传输机制的有效调控。在该理论指导下,开展了高性能电容去离子研究。将典型的赝电容活性物质二氧化锰(α-Mn O2)经电化学沉积负载到富边缘垂直取向石墨烯表面,构筑了Mn O2@e VG吸附电极。在光照下,Mn O2@e VG电极展示出3倍于无光照时的电极吸附量(33 mg g-1)与较快的电极吸附速率(0.06 mg g-1 s-1)。电化学石英晶体微天平原位检测证实,非平衡态热力学条件的下固液界面离子输运机制受到光诱导电场控制,即在光照下,正极中的离子传输机制从离子交换主导转变为异性离子吸附主导,有助于电容脱盐性能的提升。此外,本文基于边缘增强的电化学活性以及对生长基底广泛的适应性,提出了采用垂直取向石墨烯泡沫电极来适应高粘度室温离子液体电解液的技术途径。制备的石墨烯泡沫电极具有分级多孔结构,优化了电极内部传质过程。其中,继承自泡沫金属模板的微米级孔起到预存储电解液作用,缩短了充放电过程中电解液的扩散距离;由石墨烯壁面围成的亚微米级孔具有垂直的取向性和均匀的孔径,确保了畅通的离子传质过程;垂直取向石墨烯骨架提供了连续电子传导通道,暴露的石墨烯边缘则为离子提供了大量易于接触的静电吸附位点。在电解液方面,采用了共阴离子离子液体共混策略。通过引入不同阳离子降低离子排列有序度,抑制了室温离子液体混合物中的离子间相互作用势,从而降低了流动粘度并改善了润湿性。上述石墨烯泡沫电极在1-甲基-1-丙基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺(PIP13TFSI)与1-正丁基-1-甲基吡咯烷二酰亚胺(PYR14TFSI)质量配比为2:3的混合室温离子液体电解液中具有良好的电化学性能表现。这部分工作为高能量密度与高频率响应这一对位于天平两端的性能目标提供了有效的解决思路,即采用高电化学稳定窗口的室温离子液体作为电解液,以满足对储能能量密度的需求;遵循取向性阵列式和分级孔结构的微纳米形貌设计原则以适应室温离子液体的高粘度,并充分发挥边缘结构的电化学活性优势,实现高频率响应储能。
章洪涛[3](2021)在《RP-3航空煤油及掺混纳米铝颗粒燃油的低压着火燃烧及微爆特性研究》文中研究表明冲压发动机因其工作范围宽、结构简单、经济性好等优点,被广泛应用于超声速飞行器中,而提高冲压发动机工作极限是冲压发动机技术发展的重要方向之一。然而进入高度大于25 km临近空间空域的亚/超燃冲压发动机,随着飞行高度的进一步增加,大气密度迅速减小,在相同的飞行马赫数下,燃烧室工作压力随之降低,进而恶化燃烧室的点火性能和火焰稳定性,无法满足飞行器的动力需求。而RP-3航空煤油作为被国内飞行器广泛使用的液体燃料,揭示其在低压环境下的着火及燃烧特性对改善极限工况下燃烧室的点火性能及稳定性、拓展冲压发动机工作升限等具有重要意义。在实际发动机中,喷雾燃烧是液体燃料的主要应用方式,因此喷雾中液滴及液滴群的着火及燃烧特性对燃料的燃烧及火焰的稳定性有直接影响,因此多年来,液滴燃烧作为研究液体燃料燃烧机理的手段已经得到国内外研究者的认可。本文采用高速摄影及火焰自发辐射等光学诊断方法,对RP-3航空煤油单液滴及双液滴的低压着火燃烧及微爆特性进行了研究(0.2 bar-1.0 bar)。同时由于纳米铝颗粒掺混液体燃料能够提高燃料的能量密度,进而提升发动机的推力,本文采用实验结合分子动力学模拟的方法,对Al/RP-3两相燃料液滴的低压燃烧特性及燃烧产物微观结构进行了研究,并分析了纳米铝颗粒的加入对正癸烷液体成核特性的影响。首先搭建了一套以自主设计的高温控压滴落炉为核心的飞滴法实验系统,对RP-3航空煤油在自由滴落条件下的低压着火特性进行研究。实验结果表明随着环境压力的降低,液滴的着火延迟时间呈指数型增加,而环境温度的增加会拓展RP-3煤油液滴的可燃压力极限,并缩短液滴的着火延迟时间,进而拟合获得液滴的着火延迟时间与压力及温度的关系式。液滴着火后,火焰增长率随着环境压力的降低而降低,火焰形态由半包火焰向尾部火焰转变。通过对比1100 K环境下RP-3及二组份替代物液滴的着火过程,可发现两者的着火延迟时间随压力发展的趋势接近,但替代物由于缺乏大分子组分而更易着火,所以此二元替代物无法准确地预测RP-3航空煤油的着火过程。其次基于自主设计的低压挂滴法燃烧光学测量系统,对RP-3航空煤油单液滴及双液滴的低压悬挂燃烧过程进行了研究。研究发现,随着环境压力的降低,液滴着火过程中的缓慢氧化时间随之增加,同时自然对流强度减弱,火焰形状逐渐逼近球形火焰,液滴沸点区间降低,碳烟生成及团聚效应减弱。由于低压下惯性控制的气泡增长速率增大,从而导致液滴燃烧过程中更加剧烈的微爆现象。而对于双液滴的低压燃烧,研究结果表明着火液滴引燃未燃液滴的时间与液滴间的距离及环境压力成正比,同时压力的降低可拓展两液滴间的最大引燃距离,由于双液滴燃烧过程中的氧气竞争效应,几乎所有工况下的双液滴燃烧速率均小于单液滴的燃烧速率。同时多组分燃料液滴燃烧时的微爆现象,会促进液滴群的二次雾化并对双液滴的着火及熄火产生影响。采用挂滴法燃烧系统及扫描电镜对低压环境下Al/RP-3两相燃料液滴的燃烧特性及燃烧产物微观结构进行研究。研究结果表明,纳米铝颗粒的加入极大地促进了液滴燃烧过程中的微爆频率,同时两相燃料液滴的燃烧分为以下阶段:着火,液相燃烧,表面活性剂燃烧,铝聚合物着火,铝聚合物燃烧,熄火。常压下铝聚合物燃烧强度较低压下明显增强,而0.2 bar下的铝聚合物无法着火及燃烧。同时燃烧产物微观结构表明常压下经过固相燃烧时铝聚合物呈现破碎与熔融产生的多孔结构,而低压未着火的铝聚合物呈现致密的铝黏结聚合结构。最后针对纳米铝颗粒促进燃烧中液滴微爆这一现象,采用分子动力学模拟对正癸烷掺混纳米铝颗粒的成核过程进行研究。为了平衡计算的精确性及经济性,本文采用Tra PPE-UA力场对正癸烷进行模拟,研究发现,纳米铝颗粒的加入能提升正癸烷的成核几率,纳米铝颗粒的数量增多,直径变大均能促进正癸烷的成核。同时由于铝原子对正癸烷分子的范德华力较正癸烷分子间更大,铝颗粒周围的液相局部密度增大,从而在远离铝颗粒表面的位置产生局部密度减小的成核点。
丁润东[4](2021)在《基于多羧酸的MOFs材料在甲酸分解制氢、染料吸附和白光材料构筑上的应用》文中研究说明近年来,基于多羧酸配体的金属骨架化合物(MOFs)的构筑和应用受到越来越多研究者的青睐。这是因为它们不仅具有丰富多样且易于调控的结构,而且应用领域十分广泛,尤其在催化、吸附和发光方面。通过甲酸分解来制备氢气是解决能源危机的一种有效途径。其中负载型Pd基(包括双金属PdAu、Pd Ag、Pd Cr等)催化剂展现出对甲酸制氢反应出色的催化活性和选择性。然而,当前仍需要大量努力来进一步提高负载型Pd基催化剂的催化效率和稳定性(避免贵金属纳米颗粒因聚集而失活),以期实现对甲酸分解反应的实际应用。为解决上述问题,选择合适的载体和制备手段就极为关键。凭借着可调节的孔道和易于改性的优势,MOFs非常适合作为贵金属纳米粒子的载体来催化甲酸分解。基于此,本论文主要以微孔结构的UiO-66及其衍生物为载体,通过改变浸渍手段、引入第二金属组分和增加胺基密度等手段,设计合成了一系列负载型Pd基双金属纳米催化剂,并系统的讨论了负载型Pd基催化剂对甲酸制氢反应的影响因素。其次,本论文还以两种芳香多羧酸为配体构筑了两个新型的AMOFs,并对它们进行了结构解析和性质表征。本论文取得的主要结论如下:1、以经典MOF UiO-66-NH2为载体,采用双溶剂(H2O/n-hexane)浸渍方法制备了一系列不同Pd/Au比例的双金属复合纳米粒子的催化剂,并通过甲酸分解制氢反应考察其催化性能。结果表明:适当的合金效应、金属与载体的相互作用力均能有效的促进甲酸的脱氢反应。优化后的催化剂Pd0.8Au0.2/UiO-66-NH2-D能够在常温且无任何碱性添加剂的条件下实现对甲酸的高效分解,初始turnover frequency(TOF)值高达722 h-1,且至少能循环使用五次。2、分别采用单溶剂(H2O)浸渍法和双溶剂(H2O/n-hexane)浸渍法将相同当量和比例的PdAu合金颗粒负载到载体UiO-66-NH2上,并研究它们对甲酸分解的催化性能。结果表明,采用双溶剂浸渍手段能将大部分的PdAu颗粒封装到Zr-MOF的孔笼中,并能得到更加微小和分散的贵金属纳米颗粒,从而显着的提高了催化剂的活性和稳定性。3、在催化剂的制备和催化甲酸分解过程中,有机胺均扮演了关键角色。在双溶剂浸渍过程中,由于相似的极性,Au3+和Pd2+很容易靠近胺基并与之配位,从而降低贵金属纳米粒子的尺寸并优化了其分布;此外,胺基直接参与了甲酸分子的活化,促进了O-H键的断裂,进而提高催化剂的活性。4、以3,4-di(3,5-dicarboxyphenyl)phthalic acid(H6L1)为配体,Cd Cl2·1.5H2O为金属源,通过水热合成法成功合成一个新型anionic metal organic framework(AMOF)[(CH3)2NH2]6[Cd3(L1)2]·5DMF·3H2O(MOF-1)。单晶衍射结果表明MOF-1潜在的客体可接近体积高达4327A3。基于MOF-1良好的多孔结构和稳定性,我们研究了其对有机染料的吸附能力。结果表明:MOF-1通过离子交换能选择性吸附天青色(AA+)和亚甲基蓝(MB+)等阳离子染料。对AA+的最大吸附量为698.2 mg·g-1,对MB+的最大吸附量为573.2 mg·g-1。且对AA+的吸附脱附,可至少循环5轮。而且,它还被用来制造白光发射材料。基于MOF-1的蓝光发射,将稀土离子Eu3+和Tb3+离子成功引入进MOF-1的孔道中,获得发白光的材料Eu3+/Tb3+@MOF-1(CIE色度坐标为(0.33,0.32))。同时,我们发现Eu3+/Tb3+@MOF-1是一种潜在的荧光光致变色材料,显示出黄-白-蓝光。5、以2,4,6-tris(4-carboxyphenyl)-1,3,5-triazine(H3L2)为配体,Cd Cl2·1.5H2O为金属源,通过水热合成法成功得到一个新型AMOF[(CH3)2NH2][Cd(L2)·DMA]·0.5DMA·1.5H2O(MOF-2)。单晶衍射结果显示,MOF-2是一个四重互穿的3-D结构,且吡啶N原子并没有参与配位。经过真空活化后,尽管去除了配位的DMA分子,但新化合物MOF-2’依然保持着与MOF-2相同的结构,其分子式为[(CH3)2NH2][Cd(L2)]。基于此,我们考察了其作为载体负载PdAu合金对甲酸分解制氢的催化能力以及对染料的吸附能力。结果表明:借助PdAu颗粒的合金效果和MOF-2’表面上的未配位的吡啶N原子对甲酸分子活化的协同作用,通过双溶剂浸渍法得到的Pd0.8Au0.2/MOF-2’催化剂在333 K下展现出不错的催化活性,TOF值为1854 h-1。同时,MOF-2’能快速的吸附阳离子染料MB+,吸附速率为0.7×10-2g·mg-1·min-1。而对MB+的最大吸附量为900 mg·g-1,其中靠离子交换吸附的量为540 mg·g-1,靠MOF-2’表面上的未配位的吡啶N原子进行的表面吸附量大概为340 mg·g-1。
杨祥鹏[5](2021)在《磁流体的非线性光学性质研究》文中指出非线性光学是现代光学的一个新兴重要的分支,其研究领域为介质在强相干光作用下产生的非线性现象及其应用。由于各种超快激光器技术的迅速发展,非线性光学迎来了新的发展机遇。与此同时,脉冲激光技术对非线性光学材料的性能要求也越来越高。目前具有可调节非线性光学性质的新材料非常少,因此对新型可调节非线性光学材料和光学器件研究的开展显得尤为迫切。近年来,人们发现球形介质纳米颗粒的悬浮液可以表现出非常优异的非线性光学性质,因此国内外学者对纳米颗粒悬浮液的非线性光学特性进行了广泛的研究,但是目前对磁流体的非线性光学性质缺乏相关研究,尤其是在皮秒或者飞秒时间尺度下超快激光对磁性纳米粒子悬浮液进行可调谐非线性光学的研究尚为空白。本文重点研究了磁流体在不同时间尺度下超快激光激发的各种非线性光学特征。主要研究内容如下:(1)制备了九种不同浓度水基磁流体,并且对其做了线性光学方面的表征。首先使用三棱镜全反射的方法测量了低浓度磁流体的线性折射率。通过搭建测量磁流体透过率的试验装置,测量了磁流体在可调高功率半导体激光器作用下的线性透过率。研究了斜入射角下磁流体光栅的弯曲衍射现象。(2)系统研究了磁流体在高功率收敛和发散连续高斯激光光束的空间自相位调制效应。通过改变样品位置、浓度、入射激光功率和波长等变量来研究磁流体对激光的空间自相位调制过程。首次发现了不同于磁流体热透镜效应的空间自相位调制现象。提出了一种简单便捷的方法来判定磁流体在连续激光作用下的自散焦特征,即可以通过远场的衍射中心的明条纹来判断。从理论和实验两方面对高斯光束的收敛和发散引起的非线性相移与产生远场衍射环数的关系进行了深入研究。总结了衍射图样随着激光入射功率的变化而变化的规律。通过衍射环个数与入射光强的计算公式算出样品在不同位置的非线性折射率系数和三阶非线性极化率。最后研究了磁流体对于发散和收敛的高斯光束的光限幅现象。(3)利用Z扫描实验平台研究了磁流体分别在皮秒和飞秒时域下的非线性光学性质。计算了两种不同脉冲时域激光激发下样品的非线性吸收系数和非线性折射系数,同时通过电子跃迁理论解释了相关现象。研究了通过改变入射功率来调控磁流体的非线性光学性质,进一步在理论上解释了磁流体非线性特征的调制反转这一现象。研究了磁流体作为饱和吸收体在锁模方面的应用,获得了稳定的输出脉冲。(4)利用Z扫描测试平台,研究了高功率皮秒激光入射条件下磁流体中四氧化三铁纳米颗粒团簇形成的过程。通过从高到低调节激光的入射功率,研究了纳米颗粒团簇形成的条件和稳定持续的时间等重要信息,建立了一个基于光力诱导四氧化三铁纳米颗粒动态迁移和团簇的物理模型。进一步研究了四氧化三铁纳米颗粒胶体悬浮液在激光诱导团簇后非线性光学性质的演化。测定了磁流体的反饱和吸收系数和非线性折射率,并与磁流体干燥后的薄膜样品进行了相关参数的比较。图82幅,表16个,参考文献217篇。
寇瑶[6](2021)在《3nm氧化铁纳米颗粒对斑马鱼胚胎发育的毒性作用机制的研究》文中提出氧化铁纳米颗粒(ferric oxide nanoparticles,FeNPs)在生物医药领域具有广阔的应用前景,可作为药物载体、分子探针和造影剂等参与疾病治疗和临床诊断。亚五FeNPs是指粒径小于5 nm的FeNPs,特点是超小尺寸、分布窄、生物相容性好并具有超顺磁性,有广阔的应用潜力:可作为T1造影剂,提供高灵敏度肿瘤成像;在外部磁场的作用下,可靶向肿瘤组织,进行磁热治疗;也可用于细胞磁标记示踪与多模态分子影像探针构建等,且由于超小粒径的尺寸效应,可快速被肾脏和肝脏清除。为推进亚五氧化铁纳米颗粒的实际应用,我们以模式动物斑马鱼的胚胎作为研究对象,探讨了其对胚胎的发育毒性作用,对其进行生物安全评估。斑马鱼是进行脊椎动物研究的模式生物,其透明的胚胎和体外受精的受精方式对发育生物学的研究性实验提供了极大的便利,近年来荧光蛋白特异性标记的转基因斑马鱼品系的构建,进一步增强了斑马鱼作为模式生物的优势。我们以不同尺寸的6 nm和12 nm FeNPs作为参照,以斑马鱼胚胎作为研究对象,探讨了超小尺寸的3 nm FeNPs的发育毒性,主要结论如下:1、3 nm FeNPs对斑马鱼胚胎活力的影响:(1)斑马鱼胚胎死亡率随着FeNPs浓度增大,作用时间增长而增加;(2)斑马鱼胚胎的死亡率与FeNPs粒径成反比,即;(3)斑马鱼胚胎总畸形率随FeNPs浓度升高而增加,随粒径减小而增加,畸形具体表现为小头畸形、小眼畸形、心包水肿、卵黄囊肿、脊椎弯曲、尾部发育异常和发育迟缓甚至发育失败;(4)3 nm FeNPs对斑马鱼胚胎具有氧化损伤作用;(5)3 nm FeNPs可介导胚胎细胞的凋亡,其主要的作用部位为消化系统。2、3 nm FeNPs对斑马鱼胚胎器官发育的影响:(1)FeNPs对心脏发育的影响:以心脏转基因荧光斑马鱼Tg(cmlc2:EGFP)作为对象,3 nm FeNPs对心脏的毒性作用表现在使心脏发育迟缓,心脏体积较小,心室肥大;(2)FeNPs对血管发育的影响:以血管转基因荧光斑马鱼Tg(flk1:EGFP)作为对象,3 nm FeNPs对血管的毒性作用表现在血管发育不全,脑部血管收缩,尾部静脉血管分布异常,躯干节间血管闭塞,主动脉总体收缩等血液循环系统发育异常;(3)FeNPs对肝脏发育的影响:以肝脏转基因荧光斑马鱼Tg(lfabp:m Cherry)作为对象,FeNPs暴露后的胚胎肝脏体积明显减小;(4)FeNPs对肾脏发育的影响:以肾脏转基因荧光斑马鱼Tg(wt1b:EGFP)作为对象,FeNPs暴露2 dpf后发现FeNPs对肾脏的发育毒性具体表现为前肾肾小球缩小,肾小管颈部位明显缺失,肾小管近曲小管曲状折叠消失等肾脏发育畸形;(5)FeNPs对软骨发育的影响:3 nm FeNPs暴露后的幼鱼的头部骨骼变小,舌骨小角角度呈现弧形,梅克尔骨变短,角腮骨形态紊乱,咽尺等发育不明显,胸鳍发育缺陷。3、3 nm FeNPs对斑马鱼神经肌肉和运动系统发育的影响:(1)FeNPs对神经发育的影响:以Tg(eef1a1l1:EGFP)转基因荧光鱼作为对象,发现中枢神经系统和周围神经系统明显萎缩,神经系统发育出现异常;(2)FeNPs对骨骼肌发育的影响:使用偏振光检测胚胎骨骼肌发育,发现3 nm处理组肌肉组织呈现双折射平均强度仅为对照组的42%,骨骼肌发育不全,肌纤维束紊乱;(3)斑马鱼胚胎的运动轨迹分析:在明暗交替环境下的自由游泳实验中,发现3 nm FeNPs处理的斑马鱼幼鱼的运动能力下降,游泳距离相对于对照组下降了65%,移动速度减少了82%。4、为研究3 nm FeNPs对斑马鱼胚胎发育不同阶段发育毒性的分子机制,我们收集了终浓度40 mg/L 3 nm FeNPs处理的48 hpf、72 hpf、96 hpf和120 hpf的胚胎,对其进行转录组测序并分析,得到如下结果:(1)48 hpf组的胚胎眼部和感知系统的发育信号受到纳米颗粒的显着作用,并且对心脏和血管发育也有影响;(2)72 hpf组的表达差异基因集中在眼部发育和对光照的感知方面,包括神经突触、光刺激的感知、突触信号、光转导、视黄醇代谢等;(3)96 hpf时,处理组斑马鱼胚胎表达差异基因集中于感官知觉、光刺激的感知、凋亡、溶酶体、吞噬体、铁凋亡等;(4)120 hpf处理组的表达差异基因集中于铁稳态、三价铁结合、铁凋亡、细胞坏死、谷胱甘肽代谢等。5、转录组数据的加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)对上述3 nm FeNPs处理的48 hpf、72 hpf、96 hpf和120 hpf的胚胎的转录组数据进一步挖掘,筛选出关键基因:plcd1a和prkcdb。plcd1a与神经信号传导、神经传递激素、神经肌肉信号相关,影响GTPase蛋白偶联Wnt/Ca2+信号转导,从而作用于神经肌肉系统的信号传递,这与我们使用转基因荧光鱼所发现的表型一致,即3 nm FeNPs影响了胚胎的神经肌肉系统发育和运动能力;prkcdb表达量的升高会造成下游erk升高,导致ROS升高,细胞内过氧化产生,与前文结论一致,即3 nm FeNPs对胚胎活性的影响表现在对细胞的氧化胁迫和炎性反应。综上所述,本文系统研究了3 nm FeNPs的发育毒性及其作用机理,发现3 nm FeNPs对斑马鱼胚胎的胚胎活性、心脏发育、血管发育、肝脏发育、肾脏发育、软骨发育、神经肌肉系统和运动能力都有影响,并在转录组水平上探讨了3 nm FeNPs对斑马鱼胚胎的器官发育的分子机制。本研究对亚五氧化铁纳米颗粒的脊椎动物体内毒理学研究奠定了基础,以期推动临床研究的进行。
尤清扬[7](2021)在《气/液环境中光热微驱动机构的静态与动态驱动技术研究》文中提出微驱动技术及微驱动机构是微机电系统(MEMS)与微光机电系统(MOEMS)中的关键组成部分,一直以来是该领域的研究热点之一。迄今为止,国内外已研究发展了基于电磁、静电、压电、电热等各类不同机制的微驱动技术,各有其优缺点及适用领域。其中,电热驱动技术及微驱动机构利用流过窄臂和宽臂的电流产生的焦耳热差异实现微驱动(横向偏转),具有驱动(位移)量大、驱动力强等优点。但是,电热驱动需要引入内置或外接电源及电路,使其整体难以集成化或微小化;同时,电热微驱动中的发热电流,可能对微系统中的微电路或微器件产生电磁干扰;此外,这一驱动技术难以在液体(尤其是导电液体)环境中实现微驱动。为此,本文提出和发展了可同时适用于气体(如空气)与液体(如水)环境的新型光热微驱动技术,在毫瓦级激光照射下即可实现光热微驱动机构(Optothermalmicroactuator,OTMA)的驱动及控制,具有原理新颖、结构简洁、驱动灵活(可实现单向与双向驱动)、无需导线连接、无电磁干扰等特点,克服了电热及其他电驱动技术的局限性,不仅具有重要的科学意义,而且在上述领域具有广阔的实际应用前景。本文的主要研究内容及创新之处包括以下几个方面:开展了空气与液体(水)环境中微纳米尺度光热膨胀机制的理论研究,提出了气/液环境中的静态与动态光热微驱动的新方法及新技术。研究了光与物质作用机制及材料传热、热膨胀机理,研究建立了光热膨胀机制的理论模型,基于有限元分析、热平衡方程、边界条件及偏微分方程求解等,推导出温升、光热膨胀量及其振幅的表达式;通过结构力学分析,得到光热微驱动机构在空气中的光热偏转与膨胀量间的杠杆关系;在此基础上,进一步考虑流体对微驱动机构的阻尼力作用,获得了液体环境中的有阻尼修正的光热偏转量-光热膨胀量关系式,为实现气/液环境中的静态与动态光热微驱动提供了理论基础。在理论研究基础上,首次开展了气/液环境下光热微驱动机构的光热温升、光热膨胀及光热偏转等驱动特性的仿真研究。首先分别对空气与水环境中OTMA的膨胀臂在不同形状/尺寸/功率的激光光斑照射下的二维温升分布进行了仿真;其次,对膨胀臂在激光脉冲照射下的光热膨胀量及其振幅开展了仿真研究;此外,利用多物理场仿真软件Comsol Multiphysics的固体传热、固体力学及层流物理场模块,进一步对OTMA的动态光热偏转运动特性及偏转运动过程中微机构的温度/应力变化、流体域流速/压力变化的规律进行了仿真分析,从而全面系统地研究揭示了不同环境下OTMA的光热特性及微驱动特性。利用AutoCAD与准分子激光微加工系统,设计并微加工制作了以高密度聚乙烯(HDPE)为基材的光热微驱动机构系列。采用248 nm的KrF准分子激光,加工了总长在200~2000μm范围、厚度为20~60 μm的各种OTMA,包括光热膨胀臂、双臂对称型OTMA、双臂非对称型OTMA及开关型OTMA等,实现气/液环境中的光热微驱动。研究建立了气/液两用的光热微驱动的控制与测量系统,可同时适用于气体与液体环境中的光热微驱动控制,并实现光热微驱动特性的显微测量。该系统由OTMA及气/液工作皿、激光驱动控制单元(包括激光控制电路、激光器、分束棱镜、多维调节架)、显微成像模块(包括照明光源、显微物镜、图像传感器)及计算机等部分组成;同时,研究开发了基于亚像素匹配算法的显微运动测量软件,用于测量OTMA的偏转量及光热驱动特性。利用光热微驱动控制与测量系统,开展了OTMA在空气中的静态与动态光热微驱动实验研究,验证了光热驱动的可行性,并获得了优化的控制参数及光热驱动特性。在理论模型的指导下,采用波长650 nm、功率2 mW的激光束照射开关型OTMA的膨胀臂,实现了“开”和“关”的驱动状态,测得的最大偏转量达到15.5 μm;采用功率2.5 mW、频率可调的激光脉冲控制非对称型OTMA,实现了动态光热驱动,测得非对称型OTMA在空气中的最大响应频率约为19.6Hz;同时,采用激光脉冲分别照射对称型OTMA的双臂,实现了双向的动态光热驱动。全面系统地开展了液体(水)环境中OTMA的驱动实验研究,首次实现了液体(水)环境中的静态与动态光热微驱动。采用波长650nm、520nm和450nm的激光分别照射水中的OTMA,均有效地实现了液体环境下的光热驱动,证明了这一技术的可行性;在功率9.9 mW、频率0.9~25.6 Hz的激光脉冲照射下,开展了非对称型OTMA在水中的静态与动态微驱动实验,测得其光热偏转量的振幅为3.9~3.2 μm;采用激光脉冲分别照射对称型OTMA的双臂,实现了OTMA在水中的双向光热驱动;采用最高频率200Hz的高频(相对于几十Hz的微驱动而言)激光脉冲,进一步开展了微驱动机构的高频响应特性研究,测得OTMA在水中的最高响应频率在150~200 Hz之间,与理论模型及仿真结果的趋势相吻合,表明OTMA在水中可实现有效的光热驱动,并且表现出比空气环境中更优越的动态响应特性。最后对本文的研究工作进行了总结和展望。研究结果表明,本文提出和发展的气/液环境中的光热微驱动技术及光热微驱动机构,可在空气与液体(水)环境中实现静态与动态光热微驱动,具有显着的特色与创新,为光热微驱动技术及微驱动机构在MEMS、MOEMS及微纳米技术的广泛领域的应用提供了理论和技术基础。
王晨[8](2021)在《点衍射干涉仪衍射波矢量分析及纳米线波导衍射元件的研究》文中研究说明科学技术的快速发展对精密光学检测技术提出了重大挑战,推动着精密检测技术的发展。光学干涉检测技术作为高精度检测领域的重要工具,在光学元件的面形检测,光学系统的装调校准及性能评估领域发挥着关键作用。当前极紫外光刻技术对光刻投影物镜系统的波像差控制提出了极高要求,而点衍射干涉仪是最有力的检测手段,其采用基于衍射原理产生的近理想球面波作为干涉中的参考波,它消除了传统干涉仪中对于标准光学参考元件的需求,因此打破了标准光学参考元件的精度对检测精度的限制,提供了一种高精度的干涉检测手段。利用光的衍射产生近理想的球面波的衍射元件是点衍射干涉仪的关键部件,衍射波的质量制约着测量精度的上限,必须要对其进行精确的研究分析,以验证衍射波能否作为干涉检测中的高质量参考波。同时理论和实践表明,现有的衍射元件存在着一系列问题和缺陷,限制了点衍射干涉仪的应用和拓展。本文针对上述问题与缺陷,开展了点衍射干涉仪衍射波矢量分析及基于纳米线波导的衍射元件的研究。现有衍射波分析方法中常对远场衍射波只取主要分量分析,且波前误差分析基于泽尼克拟合方法,这些方法难以对衍射波进行高精度分析,针对这些不足,本文在已有工作基础上建立了一套全矢量的衍射波分析方法,为点衍射干涉仪衍射波的高精度分析提供了可靠的理论基础和方法支撑。该方法充分考虑光的矢量性,有着足够的严格性和广泛的通用性。首先基于电磁场的数值计算方法模拟光在衍射元件中的传播行为,得到衍射波的近场光场;然后基于矢量衍射理论由近场衍射波计算得到远场衍射波;最后对衍射波的质量进行高精度分析,在球坐标下考虑电场分量以对衍射波的偏振特性和振幅分布进行准确分析,采用最佳匹配球面拟合,以去除远场衍射波的计算球面与最佳匹配球面之偏离引入的误差,从而准确地评估衍射波的波前误差。针孔作为点衍射干涉仪最主要的衍射元件,现有的矢量分析均是从电磁场的数值方法出发,本文从波导理论出发,采用解析方法对波长量级的针孔衍射问题进行了准确而全面的分析。该方法在多方面与电磁场数值方法的结论相同,但对衍射波特性的背后机理做出了更深刻的诠释,这对针孔衍射波的准确分析有着重要的价值。探讨了金属膜层上的针孔,其作为圆形金属波导传导光场,入射光聚焦到针孔的前端面上,发生反射和耦合,在针孔中以模场的形式传输并在末端出射形成衍射波。由于波导的传导截止效应,当针孔尺寸过小时,能量透过率急剧降低,无法得到有效的衍射波;针孔中光以模场的形式传输,因此模场也决定着衍射波的性质,基于波导模场的解析解对针孔衍射波的性质进行全面的分析,衍射波为离心率接近于1的椭圆偏振光,衍射波光强和位相分布是旋转不对称的,主要的像差为初级像散,这是由光场与针孔波导壁相互作用而导致的模场非旋转对称性引起。这对点衍射干涉仪中针孔衍射元件的分析和设计有着重要的指导性意义。现有的衍射元件存在着一系列缺陷,光纤衍射元件的衍射波数值孔径较小,而针孔衍射元件的衍射波易受入射光波像差、对准误差等因素干扰,且光强较弱,针对上述问题,寻找更好的替代方式是一个值得关注的问题,本文创新性地将微纳光波导应用于点衍射干涉仪的衍射元件中,对微纳光纤和纳米线波导的衍射波进行了理论分析和建模研究。基于本征模有限差分方法来求解微纳光波导中的模场并分析其传输特性,通过矢量衍射理论求解其衍射波,并对衍射波的质量进行分析研究。微纳光波导的截面尺寸小,并且芯包层折射率差大,因此具有很强的光场约束能力,作为衍射元件有着突出的优势:首先,微纳光波导可以获得亚波长尺寸的光场截面,从而衍射得到一个大数值孔径的衍射球面波,相比于传统衍射元件有了显着提升;其次,单模传输条件带来优异的入射光滤波特性可以产生稳定的衍射波;最后,微纳光波导的衍射波波前均有着很高的球面度,这为将微纳光波导作为点衍射干涉仪的衍射元件提供了重要依据。纳米线波导的衍射波有着优良的性质,为将其应用于点衍射干涉仪,需要对弯曲损耗、耦合器等结构进行分析和设计,针对上述问题,本文提出并设计了可用于点衍射干涉的基于纳米线波导的衍射元件,并完成了该衍射元件的加工和制作。首先,对纳米线波导衍射元件中的弯曲部分损耗进行了分析,进而对弯曲曲率进行设计;其次,选取Y分支耦合器,并对其相应结构参数进行了优化设计,以提升耦合效率,进而提供更高能量的衍射波;最后,探索了纳米线波导加工工艺,完成了基于纳米线波导的衍射元件的制作,得到了一个较大数值孔径的高质量衍射波。
李泠霏[9](2021)在《基于二维材料范德华异质结构的新型热载流子器件的研究》文中认为随着摩尔定律接近极限,传统的半导体技术已进入发展瓶颈期。如何利用新原理、新材料和新结构来解决和优化传统半导体器件在尺寸微缩过程中遇到的性能、功耗和成本等问题是后摩尔时代半导体技术的发展重点。沿着Beyond CMOS的战略路线,本文分别从新材料体系、新物理机制、以及新器件结构这三个方面展开思考和研究,旨在解决热载流子器件的机理分析、性能提升、功能拓展等科学问题。材料方面,本文以新兴的二维材料作为主要研究体系;物理机制方面,本文以热载流子作为主要研究对象;器件结构方面,本文基于范德华异质结构搭建了不同的、实现特定功能的固态器件。本文主要研究了四种热载流子器件,具体包括:(1)本文首先研究了基于等离激元纳米结构/石墨烯/氮化硼/石墨烯的近红外光电探测器件。本文以物理机制作为主要研究重点,探索了利用表面等离激元实现石墨烯中的超热载流子的激发,打破了内光电效应的波长阈值限制,实现低于带阶势垒的光响应。此外,本文还研究了超热载流子的微观物理过程及其引起的负微分光响应现象。(2)然后研究了基于手性表面等离激元/单层硫化钼异质结构的常温谷霍尔晶体管。本文从新信息载体角度出发,提出和实现了一种常温工作的,实现谷信息的产生、输运、收集、调控等全套功能的能谷晶体管。通过表面等离激元的手性实现了谷极化的产生,通过热载流子实现了谷极化的注入,利用不同能谷Berry曲率产生的赝磁场和霍尔架构实现了谷信号的读出,通过栅压实现了谷信号的调控。(3)接着研究了基于石墨烯/等离激元超构表面/硅异质结构体系的红外片上偏振探测器。论文从多功能集成的思路出发,构建了一个无分光部件的四像素光电探测器件,该器件能够实现光的强度和偏振信息的片上获取。偏振测定功能通过设计不同取向和手性的超构表面实现。硅基肖特基结构实现了光生载流子的及时抽取和分离。该器件展现出了较好的偏振测定功能。(4)最后论文研究了基于石墨烯/硒化钨/石墨烯/氮化硼/石墨烯这一五层垂直堆叠的范德华异质结构的热电子晶体管。论文设计并实验展示了第一个基于全二维材料的热电子晶体管,并且获得了接近理论极限的共基极收集效率。此外,该论文还讨论了利用热电子晶体管来研究热电子能谱的可行性及优势。该论文的研究表明,二维材料不但赋予了微纳器件在异质集成上的自由度和高质量界面,还使得器件展现出很多体材料器件不具备的性能优势和功能特性。论文中的研究结果展现了二维材料及其范德华异质结构在后硅时代半导体技术中的应用前景。
姚瑶[10](2021)在《生物系统胁迫产物活性氧的贵金属纳米复合界面原位感知方法研究》文中认为环境中的胁迫因素会对生物系统平衡造成威胁,获取胁迫信息并研究应答机制对于维护系统安全具有重要意义。生物体内的活性氧作为最具代表性的胁迫信号分子是获取胁迫信息的有效桥梁。但目前生物体系中活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的检测手段仍存在一些不足之处,如灵敏度不高、感知器件制备步骤繁杂、与生物体系相容性差以及对待测样本造成较大创伤等。本课题以实现生物体系中活性氧的原位感知为主要目标,分别从感知界面建立、感知性能测试、生物体系相容性评估以及原位感知四个方面展开研究。设计与构建了贵金属纳米复合界面,用于活性氧的高灵敏以及高选择性检测,并在此基础上研制了柔性感知器件,探究其用于生物体活性氧原位感知的可行性。主要研究内容及结果如下:(1)针对活性氧检测对于高催化活性感知界面的需求,本课题设计与构建了基于贵金属纳米颗粒-二维纳米材料类纸薄膜的复合感知界面。对过渡族金属硫族化合物(Transition metal dichalcogenides,TMDs)以及过渡族金属碳氮化合物(Transition metal carbides、nitrides、carbonitrides,MXene)中的典型二维纳米材料(二硫化钼:Mo S2,二硫化钨:WS2,碳化钛:Ti3C2Tx)进行自组装以制备类纸薄膜作为基础界面。通过探究类纸薄膜材料的能级分布,提出了类纸薄膜界面处贵金属纳米颗粒自发生长策略。相比于传统构建方法,该方法无需使用有毒试剂、还原剂,常温常压下仅3秒即可实现贵金属纳米颗粒(金、钯)的均匀成核,拥有简单高效、绿色环保的巨大优势。探明了该贵金属纳米复合感知界面的自发氧化还原构建机理,并进一步提出混合贵金属前驱体策略,实现了界面处贵金属纳米颗粒(铂、银)组成与生长形貌的有效调控。基于自发生长策略的感知界面构建与调控方法为后期制备高性能感知器件提供了新的路径。(2)针对目前基于贵金属纳米颗粒的活性氧感知器件制备过程较为繁琐等问题,将自发生长策略构建贵金属纳米复合感知界面的方法应用到柔性TMDs(Mo S2、WS2)以及MXene类纸电极上,制备具有高电化学活性的活性氧感知器件。分别研制了修饰金铂纳米颗粒的Mo S2类纸电极以及MXene类纸电极,并探究了活性氧检测性能。其中,金铂纳米颗粒修饰的Mo S2类纸电极检测活性氧-H2O2时,在0.05~1.05 m M的范围内检测灵敏度可达111μA cm-2 m M-1(R2=0.9910),检测限(信噪比:S/N=3)为0.01 m M。而金铂纳米颗粒修饰的MXene类纸电极用于检测活性氧-O2·-时,在0.4~9.5μM(R2=0.9962)的线性检测范围内,灵敏度为172μA cm-2 m M-1,检测限为0.2μM。此外,感知器件均展现出较好的选择性、稳定性、重复性以及柔韧性。结果表明贵金属纳米复合感知界面在构建柔性活性氧感知器件上有着较大的应用潜力。(3)针对传统活性氧感知器件与待测生物体系相容性较差等问题,将上述柔性类纸感知器件分别应用到植物以及动物细胞体系中,探究了感知器件的生物相容性以及应用于生物体系活性氧检测的可行性。通过研制金铂纳米颗粒修饰的Mo S2类纸电极并用于植物体系的活性氧检测,建立了活性氧检测模型,标样回收法中高于82%的回收效率验证了模型的准确性。在此基础上,进一步采用自发生长策略构建了新型三元贵金属纳米复合感知界面,即金钯铂纳米颗粒修饰的Mo S2类纸电极用于细胞体系的活性氧监测。结果显示细胞(人体肝癌细胞Hep-G2)与感知界面共同孵育4小时后依旧保持~100%的活性,证明该感知界面细胞毒性小,生物相容性较好。随后建立了细胞体系的活性氧检测模型,并实现了对细胞在药物刺激下释放活性氧的实时监测。结果表明基于贵金属纳米复合感知界面的柔性类纸器件在不同生物体系的活性氧检测上都有着较高的可行性。(4)针对传统活性氧检测手段难以实现原位感知的问题,提出了采用微创植入式的检测手段实现植物体内活性氧的原位感知。由于传统感知器件受到结构与原理的限制,在小型化后会大大影响检测性能,无法在实现微创的同时保持较高的检测精度。基于此,将贵金属纳米复合感知界面与有机电化学晶体管相结合以制备高性能的柔性感知器件。利用有机电化学晶体管的小尺寸、可放大信号以及生物相容等优势,将器件制备于柔性聚酰亚胺薄膜(25μm)上,并设计了针尖状检测端(长度:4 mm),有效减小了植入式监测对植物体造成的伤害。此外,贵金属纳米复合感知界面的构建进一步增强了器件对活性氧的电流响应信号,保证了植物体内微创式检测的感知精度。通过建立活性氧检测模型以及模拟原位感知实验,证明了该器件在植物体系活性氧的原位感知上具有较高的可行性。
二、纳米技术的发展与展望(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、纳米技术的发展与展望(论文提纲范文)
(1)面向中温储热的多元醇相变材料热物性的分子动力学模拟与实验研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
主要符号表 |
1 绪论 |
1.1 课题的背景和意义 |
1.1.1可再生能源与储热技术 |
1.1.2 中温区多元醇相变材料 |
1.2 多元醇相变材料的热物性研究现状 |
1.2.1 多元醇相变材料的储热特性 |
1.2.2 多元醇相变材料的导热特性 |
1.3 国内外研究现状总结 |
1.3.1 羟基和纳米添加物对多元醇相变材料相变焓值的影响 |
1.3.2 羟基和晶体结构对多元醇相变材料微观热传导的影响 |
1.3.3 多元醇相变材料和金属界面间的热传导特性 |
1.4 课题的研究内容和技术路线 |
1.5 课题来源 |
2 分子动力学模拟方法和实验表征手段 |
2.1 分子动力学模拟方法 |
2.1.1 基本原理与概念 |
2.1.2 分子建模和计算方法 |
2.1.3 各热物性参数计算方法 |
2.2 热物性的实验表征手段 |
2.2.1 相变材料试样的制备 |
2.2.2 热物性分析测试仪器 |
2.2.3 改进型稳态热流法接触热阻测试仪器 |
2.3 本章小结 |
3 羟基和纳米添加物对醇类材料相变焓值的微观影响机理研究 |
3.1 羟基对赤藓糖醇熔化焓的影响规律研究 |
3.1.1 力场参数和验证 |
3.1.2 赤藓糖醇固液两相模型 |
3.1.3 羟基对赤藓糖醇熔化焓值的贡献 |
3.2 纳米添加物对正十六醇材料相变焓值的影响规律研究 |
3.2.1 纳米复合相变材料模型 |
3.2.2 纳米复合相变材料的制备 |
3.2.3 纳米添加物对正十六醇相变焓值的抑制 |
3.3 氧化石墨烯对正十六醇材料相变焓值的影响规律研究 |
3.3.1 基于氧化石墨烯的纳米复合相变材料模型 |
3.3.2 基于氧化石墨烯的纳米复合相变材料的制备 |
3.3.3 氧化石墨烯内羟基对纳米复合相变材料相变焓的贡献 |
3.4 本章小结 |
4 氢键对多元醇相变材料导热性能的微观影响机理及优化研究 |
4.1 赤藓糖醇的导热性能研究 |
4.1.1 赤藓糖醇微观导热模拟细节 |
4.1.2 导热系数测试细节 |
4.1.3 固液相变前后赤藓糖醇导热系数的变化规律 |
4.2 季戊四醇的导热性能研究 |
4.2.1 季戊四醇微观导热模拟细节 |
4.2.2 导热系数测试细节 |
4.2.3 固固相变前后季戊四醇导热系数的变化规律 |
4.3 正一元醇材料导热性能强化的分子设计研究 |
4.3.1 正一元醇“理想晶体”模型设计与构建 |
4.3.2 导热系数测试细节 |
4.3.3 正一元醇“理想晶体”的导热性能 |
4.4 本章小结 |
5 多元醇相变材料与金属界面间的热传导特性研究 |
5.1 赤藓糖醇与金属界面接触热阻的实验测试研究 |
5.1.1 改进型稳态热流法测试仪器测试准确性验证 |
5.1.2 表面粗糙度对赤藓糖醇与薄型金属界面间接触热阻的影响规律 |
5.1.3 接触压力对赤藓糖醇与薄型金属界面间接触热阻的影响规律 |
5.2 界面接触比率对赤藓糖醇与金属界面热传导影响的微观模拟研究 |
5.2.1 赤藓糖醇与金属微观界面导热模拟细节 |
5.2.2 界面接触比率对赤藓糖醇与金属界面热传导的影响机制 |
5.3 本章小结 |
6 全文总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 展望 |
参考文献 |
作者简历及在学期间所取得的科研成果 |
(2)垂直取向石墨烯边缘能质传递强化机理及能源应用(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.2 碳基能源储存与转化材料概述 |
1.2.1 传统碳基能源储存与转化材料 |
1.2.2 低维度碳纳米能源储存与转化材料 |
1.2.3 取向性碳纳米材料 |
1.3 能源储存与转化材料中的能质传递机理 |
1.3.1 电子传递强化基本策略 |
1.3.2 离子输运与固液界面静电吸附机理 |
1.3.3 纳米尺度下的界面能质传递过程 |
1.4 能质传递过程中的边缘效应 |
1.4.1 垂直取向石墨烯的边缘结构调控 |
1.4.2 边缘效应及能源储存与转化应用 |
1.5 本论文研究内容 |
2 实验和数值计算方法 |
2.1 引言 |
2.2 实验材料与仪器设备 |
2.3 材料表征分析 |
2.3.1 形貌结构分析 |
2.3.2 材料构成分析 |
2.3.3 表面光电特性分析 |
2.3.4 电化学石英晶体微天平分析 |
2.4 性能评价分析 |
2.4.1 光催化水裂解制氢性能评价系统 |
2.4.2 超级电容储能性能测试及应用平台 |
2.5 数值计算方法 |
2.5.1 分子动力学模拟简介 |
2.5.2 密度泛函理论计算简介 |
2.5.3 建模、模拟软件及相关数据后处理方法 |
3 垂直取向石墨烯边缘调控及能质传递强化机理 |
3.1 引言 |
3.2 垂直取向石墨烯的PECVD制备与边缘生长调控 |
3.2.1 等离子体源的选择 |
3.2.2 生长基底的选择 |
3.2.3 垂直取向石墨烯边缘生长调控方法 |
3.3 垂直取向石墨烯边缘形貌结构研究 |
3.3.1 垂直取向石墨烯边缘形貌结构表征 |
3.3.2 PECVD法制备垂直取向石墨烯的基底适应性分析 |
3.3.3 垂直取向石墨烯边缘生长模式与密度调控研究 |
3.4 垂直取向石墨烯光学与光电响应特性 |
3.4.1 垂直取向石墨烯光吸收性能研究 |
3.4.2 垂直取向石墨烯光电响应行为研究 |
3.4.3 石墨烯边缘光电场时域有限差分模拟 |
3.5 垂直取向石墨烯边缘电子结构与光诱导电场增强效应 |
3.5.1 密度泛函理论模拟研究 |
3.5.2 扫描开尔文探针显微表征 |
3.5.3 近场光诱导力显微表征 |
3.6 本章小结 |
4 边缘光激发载流子分离强化及光催化制氢研究 |
4.1 引言 |
4.2 GCN/NVG复合结构设计与限域制备 |
4.2.1 目标结构设计 |
4.2.2 基于垂直取向石墨烯的石墨相氮化碳限域制备 |
4.3 材料表征与分析 |
4.3.1 微观形貌与结构表征 |
4.3.2 光学性质与表面浸润性表征 |
4.4 光催化裂解水制氢性能表征 |
4.4.1 固载式光催化试验体系 |
4.4.2 光催化活性与表观量子产率 |
4.5 GCN/NVG复合结构中载流子动力学特征研究 |
4.5.1 GCN/NVG复合材料电子结构 |
4.5.2 光激发载流子分离强化研究 |
4.5.3 垂直取向石墨烯促进光催化机理 |
4.6 本章小结 |
5 边缘固液界面相平衡结构优化及电容去离子研究 |
5.1 引言 |
5.2 电容去离子技术概述 |
5.2.1 技术背景 |
5.2.2 性能指标 |
5.2.3 电极材料 |
5.2.4 共离子效应与电荷效率 |
5.2.5 太阳光驱动/促进电容去离子相关研究 |
5.3 光促进电容去离子性能研究 |
5.3.1 电极制备与电容去离子试验系统 |
5.3.2 电极微观形貌表征 |
5.3.3 电化学性能测试 |
5.3.4 光照吸脱附性能测试 |
5.4 光照促进电容去离子机理研究 |
5.4.1 基于光诱导力显微的边缘电场探测 |
5.4.2 基于分子动力学模拟的固液界面相平衡结构研究 |
5.4.3 基于电化学石英晶体微天平的离子输运行为研究 |
5.5 本章小结 |
6 适应室温离子液体的富边缘电极构筑及滤波电容储能研究 |
6.1 引言 |
6.2 富边缘石墨烯泡沫电极制备与表征 |
6.2.1 富边缘石墨烯泡沫电极制备 |
6.2.2 电极微观形貌与结构表征 |
6.3 混合离子液体电解液性能表征 |
6.3.1 混合离子液体电解液配制 |
6.3.2 电解液物性表征 |
6.4 基于混合室温离子液体电解质的石墨烯泡沫储能性能 |
6.4.1 电化学表征方法 |
6.4.2 垂直取向石墨烯泡沫形貌对储能性能的影响 |
6.4.3 基于垂直取向石墨烯泡沫的交流滤波应用 |
6.5 本章小结 |
7 总结与展望 |
7.1 研究总结 |
7.2 研究创新点 |
7.3 不足与展望 |
参考文献 |
作者简历 |
(3)RP-3航空煤油及掺混纳米铝颗粒燃油的低压着火燃烧及微爆特性研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 单液滴经典燃烧理论 |
1.2.2 压力对液滴燃烧特性的影响 |
1.2.3 多组分燃料液滴的着火燃烧特性研究现状 |
1.2.4 双液滴及液滴群的着火燃烧特性研究现状 |
1.2.5 纳米流体燃料的燃烧特性研究现状 |
1.3 本文主要研究内容 |
2 试验装置及方法 |
2.1 引言 |
2.2 单液滴飞滴法高温控压燃烧系统 |
2.2.1 高温控压电炉 |
2.2.2 单液滴发生系统 |
2.2.3 高速相机 |
2.2.4 背光灯 |
2.2.5 数控升降平台 |
2.2.6 飞滴法燃烧系统实验步骤 |
2.3 单液滴挂滴法低压燃烧系统 |
2.3.1 压力腔平台 |
2.3.2 电热丝点火模块 |
2.3.3 温度采集模块 |
2.3.4 图像采集模块 |
2.3.5 挂滴法燃烧系统实验步骤 |
2.4 燃烧产物分析 |
2.5 样品来源 |
2.5.1 RP-3航空煤油 |
2.5.2 纳米铝颗粒 |
2.6 图像处理方法及误差分析 |
3 RP-3航空煤油单液滴滴落低压高温着火特性研究 |
3.1 引言 |
3.2 RP-3航空煤油液滴低压着火特性研究 |
3.2.1 单液滴常压下着火特性 |
3.2.2 环境压力对液滴着火特性的影响 |
3.2.3 点火延迟时间 |
3.2.4 单液滴低压着火延迟时间拟合关系式 |
3.3 RP-3煤油及其替代物低压着火特性对比 |
3.4 本章小结 |
4 RP-3航空煤油单液滴悬挂低压燃烧及微爆特性研究 |
4.1 引言 |
4.2 RP-3航空煤油单液滴低压燃烧及微爆特性研究 |
4.2.1 环境压力对着火时间的影响 |
4.2.2 环境压力对液滴温度的影响 |
4.2.3 环境压力对液滴直径变化及微爆的影响 |
4.2.4 环境压力对火焰形态及碳烟的影响的影响 |
4.3 本章小结 |
5 RP-3航空煤油悬挂双液滴低压燃烧及相互作用特性研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验系统与方案 |
5.3 RP-3航空煤油双液滴低压燃烧特性研究 |
5.3.1 RP-3航空煤油双液滴着火特性 |
5.3.2 不同工况下的火焰形态 |
5.3.3 不同压力下双液滴与单液滴燃烧速率对比分析 |
5.4 RP-3航空煤油双液滴相互作用特性研究 |
5.4.1 液滴微爆对二次雾化的影响 |
5.4.2 液滴微爆对极限着火距离的影响 |
5.4.3 液滴微爆对燃烧稳定性的影响 |
5.5 本章小结 |
6 RP-3掺混纳米铝颗粒燃料悬挂液滴低压燃烧特性研究 |
6.1 引言 |
6.2 燃料的制备方法 |
6.3 Al/RP-3两相液滴低压燃烧过程分析 |
6.3.1 RP-3与Al/RP-3液滴低压燃烧阶段对比 |
6.3.2 纳米铝掺混对液态燃烧阶段直径变化的影响 |
6.3.3 环境压力对Al/RP-3液滴温度的影响 |
6.4 Al/RP-3两相液滴低压燃烧产物分析 |
6.4.1 燃烧产物微观形貌 |
6.4.2 燃烧产物组分分析 |
6.5 本章小结 |
7 纳米铝颗粒对正癸烷汽泡成核特性影响的分子动力学模拟研究 |
7.1 引言 |
7.2 分子动力学模拟方法 |
7.3 TraPPE-UA力场对相变过程模拟能力的验证研究 |
7.3.1 计算模型及方法 |
7.3.2 验证模拟结果 |
7.4 纳米铝颗粒对正癸烷汽泡成核特性影响的研究 |
7.4.1 计算模型及方法 |
7.4.2 成核几率的计算方法 |
7.4.3 纳米铝颗粒对成核几率的影响 |
7.4.4 纳米铝颗粒对正癸烷汽泡成核位置的影响 |
7.4.5 多纳米铝颗粒的颗粒团聚 |
7.5 本章小结 |
8 全文总结与展望 |
8.1 本文主要结论 |
8.2 本文的创新之处 |
8.3 对今后工作的展望 |
参考文献 |
作者简历 |
(4)基于多羧酸的MOFs材料在甲酸分解制氢、染料吸附和白光材料构筑上的应用(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 MOFs的研究背景 |
1.2 对甲酸分解制氢的研究现状和展望 |
1.2.1 氢能利用及当前遇到的困境 |
1.2.2 甲酸分解研究的现状 |
1.2.3 以介孔硅为载体负载金属纳米颗粒在甲酸分解中的应用 |
1.2.4 以活性炭为载体负载金属纳米颗粒在甲酸分解中的应用 |
1.2.5 以分子筛为载体负载金属纳米颗粒在甲酸分解中的应用 |
1.2.6 MOFs材料应用于甲酸分解的研究进展与展望 |
1.3 对有机染料吸附的研究现状和展望 |
1.3.1 有机染料带来的污染及处理的意义 |
1.3.2 常用的处理有机染料污染的方法 |
1.3.3 MOFs材料应用于染料吸附的研究进展与展望 |
1.4 对MOFs材料应用于白光材料的研究现状和前景 |
1.5 本论文选题的目的和意义 |
参考文献 |
第二章 实验部分 |
2.1 实验试剂和原材料 |
2.2 仪器设备 |
2.3 表征仪器 |
2.3.1 X-射线衍射 |
2.3.2 傅里叶红外光谱 |
2.3.3 X-射线单晶衍射 |
2.3.4 C H N元素分析 |
2.3.5 ICP元素分析 |
2.3.6 热重分析 |
2.3.7 紫外吸收光谱 |
2.3.8 N_2吸附脱附 |
2.3.9 扫描电镜 |
2.3.10 透射电镜 |
2.3.11 X射线光电子能谱 |
2.3.12 荧光光谱 |
2.3.13 荧光寿命和量子产率 |
2.4 脱氢反应评价装置 |
第三章 UiO-66负载PdAu合金纳米颗粒催化剂的优化及胺基的密度对催化甲酸分解制氢性能的影响 |
3.1 引言 |
3.2 催化剂制备策略的优化 |
3.2.1 单溶剂和双溶剂催化剂的合成 |
3.2.2 单溶剂和双溶剂催化剂的表征 |
3.2.3 单溶剂和双溶剂催化剂活性评价 |
3.2.4 小节1 |
3.3 胺基在UiO-66上的密度对甲酸分解制氢的影响 |
3.3.1 双胺基PdAu催化剂的合成 |
3.3.2 双胺基催化剂的表征 |
3.3.3 双胺基催化剂活性评价 |
3.3.4 小节2 |
参考文献 |
第四章 基于芳香多羧酸配体的两种新型AMOFs的构筑及应用 |
4.1 引言 |
4.2 MOF-1 的合成及应用 |
4.2.1 MOF-1的合成 |
4.2.2 MOF-1的合成分析 |
4.2.3 MOF-1的结构描述 |
4.2.4 MOF-1的基本表征 |
4.2.5 对MOF-1吸附染料的研究 |
4.2.6 对以MOF-1为主体构筑白光材料的研究 |
4.2.7 小节1 |
4.3 MOF-2的合成及应用 |
4.3.1 MOF-2的合成 |
4.3.2 MOF-2的合成分析 |
4.3.3 MOF-2的结构描述 |
4.3.4 MOF-2的基本表征 |
4.3.5 对MOF-2负载PdAu合金催化甲酸分解制氢的研究 |
4.3.6 对MOF-2吸附染料的研究 |
4.3.7 小节2 |
参考文献 |
第五章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
致谢 |
(5)磁流体的非线性光学性质研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 非线性光学性质 |
1.2.1 二阶非线性光学效应 |
1.2.2 三阶非线性光学效应 |
1.3 非线性光学材料 |
1.3.1 非线性光学材料分类 |
1.3.2 非线性光学材料研究现状 |
1.4 磁流体及其应用概述 |
1.4.1 磁流体的应用 |
1.4.2 磁流体光学方向的研究及应用 |
1.5 本论文研究的意义及主要内容 |
1.5.1 研究的意义 |
1.5.2 主要研究内容 |
第二章 磁流体的制备及线性光学特征研究 |
2.1 引言 |
2.2 磁流体的制备 |
2.2.1 磁流体制备方法概述 |
2.2.2 水基磁流体的制备 |
2.2.3 水基磁流体样品表征 |
2.3 磁流体线性光学特征 |
2.3.1 磁流体的线性折射率 |
2.3.2 磁流体的线性透过率与吸收 |
2.3.3 斜角入射下的磁流体光栅的弯曲衍射图 |
2.4 小结 |
第三章 磁流体空间自相位调制效应的研究 |
3.1 引言 |
3.2 空间自相位(SSPM)调制效应 |
3.2.1 光学克尔效应 |
3.2.2 自聚焦和自散焦 |
3.2.3 光限幅效应 |
3.2.4 空间自相位相关理论 |
3.2.5 空间自相位研究历史及发展现状 |
3.3 实验台搭建以及实验步骤 |
3.4 SSPM 效应的实验结果与讨论 |
3.4.1 样品位置对SSPM效应的影响 |
3.4.2 波长对SSPM效应的影响 |
3.4.3 入射功率对SSPM的影响 |
3.4.4 非线性折射率与三阶非线极化率的计算 |
3.4.5 磁流体对连续激光光限幅现象的研究 |
3.5 本章小结 |
第四章 磁流体可调非线性光学性质的研究 |
4.1 引言 |
4.2 三阶非线性原理 |
4.2.1 非线性折射理论 |
4.2.2 非线性吸收理论 |
4.3 Z扫描相关理论以及实验装置 |
4.3.1 Z扫描技术简介 |
4.3.2 Z扫描数据曲线拟合 |
4.3.3 Z扫描数据计算非线性折射率和非线性吸收系数 |
4.3.4 试验台搭建 |
4.4 磁流体的非线性光学性质 |
4.4.1 研究背景 |
4.4.2 四氧化三铁纳米颗粒的光学吸收特性 |
4.4.3 在皮秒时域下磁流体的非线性光学性质 |
4.4.4 飞秒时域下磁流体的非线性光学性质 |
4.4.5 磁流体可调谐非线性光学特性研究 |
4.5 磁流体作为饱和吸收体的应用研究 |
4.5.1 研究背景 |
4.5.2 实验原理和实验装置搭建 |
4.5.3 结果与讨论 |
4.6 小结 |
第五章 磁流体纳米颗粒团簇形成对其非线性光学性质的影响 |
5.1 引言 |
5.2 激光光场下的动力学 |
5.3 样品制备及实验装置 |
5.4 实验结果及理论分析 |
5.4.1 磁性纳米颗粒团簇的形成 |
5.4.2 磁性纳米颗粒团簇恢复时间的研究 |
5.4.3 纳米颗粒团簇非线性光学性质的研究 |
5.4.4 光镊子作用下的纳米团簇观察以及理论解释 |
5.5 小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 主要创新成果 |
6.3 工作展望 |
参考文献 |
作者攻读博士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(6)3nm氧化铁纳米颗粒对斑马鱼胚胎发育的毒性作用机制的研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
缩略语对照表 |
第一章 绪论 |
1.1 纳米颗粒的概述 |
1.2 铁氧纳米颗粒的研究 |
1.2.1 铁氧纳米颗粒的特性 |
1.2.2 铁氧纳米颗粒在生物医药领域的应用 |
1.3 超小亚五铁氧纳米颗粒的研究现状 |
1.4 斑马鱼在毒理学研究中的应用 |
1.4.1 模式生物斑马鱼 |
1.4.2 以斑马鱼作为血管和血细胞发育毒性的研究工具 |
1.4.3 以斑马鱼作为神经发育毒性的研究工具 |
1.4.4 以斑马鱼作为肝脏及肾脏发育毒性的研究工具 |
1.4.5 以斑马鱼作为肝脏及肾脏发育毒性的研究工具 |
1.4.6 以斑马鱼作为骨骼发育毒性的研究工具 |
1.5 斑马鱼胚胎在纳米毒理学中的应用 |
1.6 转录组测序技术和加权共表达网络分析 |
1.7 本研究的目的和意义 |
第二章 不同尺寸氧化铁纳米颗粒的毒理学研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验材料 |
2.2.1 实验动物 |
2.2.2 实验试剂 |
2.2.3 溶液配制 |
2.2.4 实验仪器 |
2.3 实验方法 |
2.3.1 不同尺寸的FeNPs制备与表征 |
2.3.2 FeNPs对斑马鱼胚胎的处理 |
2.3.3 胚胎活力统计分析 |
2.3.4 氧化胁迫和细胞凋亡检测 |
2.4 实验结果 |
2.4.1 3 nm FeNPs的表征 |
2.4.2 FeNPs对斑马鱼胚胎活力的影响 |
2.4.3 FeNPs导致的斑马鱼胚胎的畸形率 |
2.4.4 FeNPs对斑马鱼胚胎的氧化胁迫作用 |
2.4.5 FeNPs处理斑马鱼胚胎后的凋亡检测 |
2.5 小结和讨论 |
第三章 不同尺寸FeNPs对斑马鱼器官发育的形态学影响 |
3.1 引言 |
3.2 实验材料 |
3.2.1 实验动物 |
3.2.2 实验仪器 |
3.3 实验方法 |
3.3.1 血红蛋白染色 |
3.3.2 原位杂交 |
3.3.3 油红染色 |
3.3.4 数据分析 |
3.4 实验结果 |
3.4.1 FeNPs对斑马鱼的心脏发育的影响 |
3.4.2 FeNPs对斑马鱼的血管发育的影响 |
3.4.3 FeNPs对斑马鱼的肝脏发育的影响 |
3.4.4 FeNPs对斑马鱼肾脏发育的影响 |
3.4.5 FeNPs对斑马鱼软骨发育的影响 |
3.5 小结和讨论 |
第四章 FeNPs对斑马鱼神经肌肉和运动系统发育的影响 |
4.1 引言 |
4.2 实验材料 |
4.2.1 实验动物 |
4.2.2 实验仪器 |
4.3 实验方法 |
4.3.1 图像数据分析 |
4.3.2 行为学分析 |
4.4 实验结果 |
4.4.1 FeNPs影响斑马鱼胚胎的神经发育 |
4.4.2 3 nm FeNPs影响斑马鱼胚胎骨骼肌发育 |
4.4.3 不同粒径FeNPs对斑马鱼自发运动的影响 |
4.4.4 斑马鱼胚胎的运动轨迹分析 |
4.5 小结和讨论 |
第五章 3 nm FeNPs对不同时期的斑马鱼胚胎的转录组水平的毒性分析 |
5.1 引言 |
5.2 实验方法 |
5.2.1 样品准备 |
5.2.2 高通量测序流程 |
5.2.3 RNA-Seq数据过滤与分析 |
5.2.4 实时定量荧光PCR |
5.3 实验结果 |
5.3.1 总RNA质检结果 |
5.3.2 RNA-Seq数据过滤和Reads的表达分布 |
5.3.3 斑马鱼胚胎发育不同时期的差异基因表达及分析 |
5.3.4 实时定量PCR验证数据可靠性 |
5.4 小结和讨论 |
第六章 加权共表达网络分析挖掘3 nm FeNPs对斑马鱼胚胎发育的毒性的关键基因 |
6.1 引言 |
6.2 实验材料 |
6.3 实验方法 |
6.4 实验结果 |
6.4.1 差异表达基因共表达模块的构建 |
6.4.2 模块内基因GO功能和KEGG pathway富集分析 |
6.4.3 关键hub基因的筛选 |
6.4.4 特定模块的共表达网络分析 |
6.5 小结与讨论 |
6.5.1 hub基因plcd1a对神经肌肉的毒性分析 |
6.5.2 hub基因prkcdb涉及的涉及的过氧化损伤和炎性反应 |
第七章 结论与展望 |
7.1 本文的主要结论 |
7.2 本文的创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
附录一 转录组测序Clean reads的数量 |
附录二 转录组测序Clean reads参考基因组比对 |
附录三 引物序列表 |
攻读博士学位期间取得的科研成果 |
致谢 |
(7)气/液环境中光热微驱动机构的静态与动态驱动技术研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 微纳米技术概述 |
1.2 MEMS/MOEMS技术 |
1.3 微纳米驱动技术的研究发展现状 |
1.3.1 静电微驱动 |
1.3.2 电磁驱动技术 |
1.3.3 压电微驱动 |
1.3.4 微型电热驱动机构 |
1.3.5 其他微驱动技术 |
1.4 基于光及激光的驱动技术 |
1.4.1 光镊技术 |
1.4.2 基于光敏材料的光驱动技术 |
1.4.3 基于热效应的光驱动技术 |
1.5 本文的主要研究内容与创新点 |
2 微纳米尺度光热膨胀效应与光热微驱动方法研究 |
2.1 光与物质相互作用机制 |
2.1.1 光的吸收 |
2.1.2 辐射跃迁 |
2.1.3 非辐射过程 |
2.2 材料热力学性质 |
2.2.1 热力学基本定律 |
2.2.2 基本传热过程 |
2.2.3 材料的热膨胀性质 |
2.3 基于光热微膨胀效应的光热微驱动原理研究 |
2.4 光热微驱动方法及光热微驱动机构研究 |
2.4.1 光热微驱动方法 |
2.4.2 微机构材料选择 |
2.4.3 微驱动机构设计 |
2.5 本章小结 |
3 空气/液体中光热微驱动机构的驱动理论及模型研究 |
3.1 薄片材料及膨胀臂的动态光热温升效应 |
3.1.1 无限大薄片的光热温升 |
3.1.2 有限大薄片的光热温升 |
3.2 膨胀臂的光热温升理论与模型研究 |
3.3 基于光热温升的光热膨胀量计算 |
3.4 空气中光热微驱动机构的驱动特性研究 |
3.5 光热彻驱动机构在液体中的阻尼分析研究 |
3.5.1 光热微驱动机构在液体环境中的受力分析 |
3.5.2 阻尼作用下光热微驱动机构的微偏转 |
3.6 本章小结 |
4 光热微驱动机构的光热特性与驱动特性仿真研究 |
4.1 光热膨胀臂在不同光斑下的温升分布仿真 |
4.1.1 空气中温升分布 |
4.1.2 水环境中的温升分布 |
4.2 光热膨胀臂的膨胀量及振幅仿真 |
4.2.1 空气中光热膨胀仿真 |
4.2.2 水环境中的光热膨胀 |
4.3 光热微驱动机构在空气中的光热偏转运动仿真 |
4.4 水环境下光热微驱动机构偏转运动仿真 |
4.5 本章小结 |
5 空气环境中的静态与动态光热微驱动实验研究 |
5.1 基于准分子激光的光热微驱动机构微加工制作 |
5.2 光热微驱动控制及显微运动测量系统设计 |
5.2.1 激光驱动控制单元 |
5.2.2 显微成像模块 |
5.2.3 显微运动测量软件设计 |
5.3 开关型光热微驱动机构的微驱动实验研究 |
5.3.1 杠杆放大效应研究 |
5.3.2 单触点开关型光热微驱动机构实验 |
5.4 非对称型光热微驱动机构的微驱动实验 |
5.4.1 激光照射宽膨胀臂的微驱动 |
5.4.2 激光照射窄臂时的微驱动实验 |
5.5 对称型光热微驱动机构的微驱动实验研究 |
5.5.1 不同激光脉冲频率下的光热微驱动实验 |
5.5.2 双向光热微驱动研究 |
5.6 本章小结 |
6 液体环境中的光热微驱动实验研究 |
6.1 液体环境中光热微驱动控制及显微运动测量系统 |
6.2 液体环境中光热微驱动光源与环境条件研究 |
6.2.1 不同波长激光控制下的光热微驱动 |
6.2.2 不同水温下的微驱动研究 |
6.3 水环境中光热微驱动机构的静态与动态微驱动性能研究 |
6.3.1 非对称型光热微驱动机构的微驱动性能研究 |
6.3.2 对称型光热微驱动机构的双向驱动 |
6.4 水环境中光热微驱动机构的高频响应特性研究 |
6.4.1 高频光热微驱动控制及频闪式显微运动测量系统设计 |
6.4.2 水环境中光热微驱动机构的阶跃响应特性研究 |
6.4.3 光热微驱动机构的高频脉冲响应特性 |
6.5 本章小结 |
7 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
攻读博士学位期间发表的论文情况及其他研究成果 |
(8)点衍射干涉仪衍射波矢量分析及纳米线波导衍射元件的研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 点衍射干涉仪研究历程 |
1.2.1 共路点衍射干涉仪 |
1.2.2 非共路点衍射干涉仪 |
1.3 点衍射干涉仪的衍射元件及分析研究 |
1.3.1 共路点衍射干涉仪的衍射元件及分析研究 |
1.3.2 非共路点衍射干涉仪的衍射元件及分析研究 |
1.4 本文主要研究内容及创新点 |
1.4.1 主要研究内容 |
1.4.2 主要创新点 |
2 衍射波矢量分析的理论与方法 |
2.1 光与衍射结构的作用——基于电磁场数值方法的近场仿真 |
2.1.1 电磁场的时域有限差分方法 |
2.1.2 基于电磁场FDTD方法仿真近场衍射波 |
2.1.3 衍射问题中的光源建模 |
2.2 衍射波近远场传播——基于矢量衍射理论 |
2.2.1 基尔霍夫衍射理论 |
2.2.2 场等效原理 |
2.2.3 衍射波的近场远推 |
2.3 远场衍射波的质量分析 |
2.3.1 远场衍射波的振幅分析 |
2.3.2 远场远射波的位相分析 |
2.4 本章小结 |
3 基于波导理论的针孔衍射波分析 |
3.1 针孔中的光场——基于波导理论求解 |
3.1.1 理想金属波导的模场求解 |
3.1.2 针孔中的光场——波导理论与电磁场数值方法的求解对比 |
3.2 针孔的传导截止效应——基于波导的传输特性 |
3.2.1 圆形金属波导的传输特性 |
3.2.2 针孔的传导截止效应 |
3.3 针孔衍射波的性质分析 |
3.3.1 针孔模式场的衍射波求解 |
3.3.2 针孔模式场的衍射波分析 |
3.4 本章小节 |
4 微纳光波导的衍射波分析 |
4.1 微纳光波导的传输特性和衍射波分析方法 |
4.1.1 基于本征模有限差分方法求解模场和传输特性 |
4.1.2 微纳光波导的衍射波分析流程 |
4.2 微纳光纤的衍射波分析 |
4.2.1 微纳光纤的模场和传输特性 |
4.2.2 微纳光纤的衍射波 |
4.2.3 微纳光纤的衍射波波前误差 |
4.3 纳米线波导的衍射波分析 |
4.3.1 纳米线波导的模场和传输特性 |
4.3.2 纳米线波导的衍射波 |
4.3.3 纳米线波导的衍射波波前误差 |
4.3.4 纳米线波导衍射波的优化讨论 |
4.4 本章小结 |
5 基于纳米线波导的衍射元件设计与加工制作 |
5.1 基于纳米线波导的衍射元件结构 |
5.2 纳米线波导弯曲部分的分析设计 |
5.3 纳米线波导的耦合器设计 |
5.4 基于纳米线波导的衍射元件的加工与耦合测试 |
5.4.1 纳米线波导衍射元件的加工流程 |
5.4.2 纳米线波导衍射元件的耦合测试 |
5.5 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 本文工作总结 |
6.2 未来工作展望 |
参考文献 |
作者简历及在学期间所取得的科研成果 |
(9)基于二维材料范德华异质结构的新型热载流子器件的研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 引言 |
1.1 后摩尔时代下二维材料的兴起 |
1.1.1 半导体产业的发展概述 |
1.1.2 二维材料及其器件的研究情况 |
1.2 基于二维材料的器件研究介绍 |
1.2.1 二维材料及其异质结构 |
1.2.2 基于二维材料的研究领域 |
1.3 基于二维材料的热载流子器件 |
1.3.1 二维材料热载流子的主要激发方式 |
1.3.2 基于二维材料和表面等离激元的热载流子的主要应用方向 |
1.4 论文的研究意义、主要思路及章节安排 |
1.4.1 论文的研究意义与目的 |
1.4.2 论文的主要研究思路 |
1.4.3 论文的章节安排 |
第二章 基于二维材料的器件的制备、表征与测试 |
2.1 二维材料的获取 |
2.2 二维异质结器件的制备方法 |
2.2.1 PMMA转移法 |
2.2.2 PC转移法 |
2.2.3 PVA转移法 |
2.2.4 PDMS转移法 |
2.2.5 PPC转移法 |
2.3 二维异质结器件的表征和测试方法 |
2.3.1 材料表征 |
2.3.2 电学测试 |
2.3.3 光电测试 |
2.4 本章小结 |
第三章 石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构中的超热载流子 |
3.1 背景介绍 |
3.2 器件结构设计和实验方法 |
3.2.1 器件制备与测试方法 |
3.2.2 金纳米结构的设计和表征 |
3.2.3 器件的工作原理 |
3.3 超热载流子的实验研究 |
3.3.1 石墨烯/氮化硼/石墨烯中的本征热载流子 |
3.3.2 石墨烯/氮化硼/石墨烯中的超热载流子 |
3.3.3 石墨烯/氮化硼/石墨烯中的超热载流子的物理机制研究 |
3.4 微分负光电响应和物理机制的研究 |
3.4.1 石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构中的电流输运机制 |
3.4.2 石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构中负微分光电导现象 |
3.4.3 石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构中的热电子温度的偏压依赖 |
3.4.4 石墨烯/氮化硼/石墨烯异质结构中的负微分光电导的调制 |
3.5 本章小结 |
第四章 基于手性热电子的常温谷电子晶体管 |
4.1 背景介绍 |
4.2 器件结构和工作原理 |
4.2.1 器件结构和工作原理 |
4.2.2 器件制备方法与测试手段 |
4.3 谷信号的注入、输运、探测和控制 |
4.3.1 谷信号的注入 |
4.3.2 谷极化的验证 |
4.3.3 谷信号的输运与探测 |
4.3.4 谷信号的控制 |
4.4 谷霍尔晶体管的应用前景 |
4.5 本章小结 |
第五章 等离激元超构表面与石墨烯/硅集成的红外偏振探测器 |
5.1 背景介绍 |
5.2 器件结构设计和实验方法 |
5.2.1 器件的结构设计 |
5.2.2 器件的制备流程 |
5.2.3 器件的测试方法 |
5.3 器件的性能表征 |
5.3.1 等离激元超构表面对1550 nm光响应的增强 |
5.3.2 器件光响应的偏振依赖 |
5.3.3 四像素偏振探测器 |
5.3.4 四像素偏振测定的解算过程 |
5.3.5 器件性能的优化 |
5.4 本章小结 |
第六章 热电子晶体管器件 |
6.1 背景介绍 |
6.2 热电子晶体管的基本结构、原理和制备 |
6.3 热电子晶体管的电学测试 |
6.4 目前存在的问题分析 |
6.5 基于热电子晶体管的热电子能谱分析 |
6.6 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 工作总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
作者简介及在攻读博士学位期间取得的科研成果 |
(10)生物系统胁迫产物活性氧的贵金属纳米复合界面原位感知方法研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
英文缩略表 |
第一章 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.1.1 常见的生物系统胁迫 |
1.1.2 生物系统胁迫下的应答机制 |
1.1.3 获取生物系统胁迫信息的重要性 |
1.2 生物系统胁迫中的活性氧 |
1.2.1 生物体内活性氧的运作和消除机制 |
1.2.2 胁迫作用下活性氧的应答机制 |
1.2.3 活性氧检测的重要性 |
1.3 生物样品中活性氧的检测方法及存在的问题 |
1.3.1 常见的检测方法 |
1.3.2 存在的问题 |
1.4 原位感知技术的生物系统应用现状 |
1.4.1 原位感知技术用于生物系统感知的研究背景 |
1.4.2 生物系统原位感知的应用前景 |
1.5 原位感知生物系统胁迫产物活性氧的要求及存在的难点 |
1.5.1 生物系统活性氧的原位感知要求 |
1.5.2 生物系统活性氧原位感知所存在的难点 |
1.6 研究目的、内容和技术路线图 |
1.6.1 研究目的和内容 |
1.6.2 技术路线图 |
1.7 本章小结 |
第二章 贵金属纳米复合感知界面的构建及机理探究 |
2.1 引言 |
2.2 材料及方法 |
2.2.1 材料和试剂 |
2.2.2 仪器设备 |
2.2.3 实验步骤 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 纳米材料特性研究 |
2.3.2 贵金属纳米复合感知界面的构建及机理研究 |
2.3.3 贵金属纳米复合感知界面的调控及机理探究 |
2.4 本章小结 |
第三章 柔性类纸贵金属纳米器件的感知机理及性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 材料及方法 |
3.2.1 材料和试剂 |
3.2.2 仪器设备 |
3.2.3 实验步骤 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 柔性类纸贵金属纳米器件对活性氧-H_2O_2的感知性能测试 |
3.3.2 柔性类纸贵金属纳米器件对活性氧-O_2~(·-)的感知性能测试 |
3.4 本章小结 |
第四章 柔性类纸贵金属纳米感知器件在不同生物体系的检测性能探究 |
4.1 引言 |
4.2 材料与方法 |
4.2.1 材料和试剂 |
4.2.2 仪器设备 |
4.2.3 实验步骤 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 感知器件用于植物体系的活性氧检测 |
4.3.2 感知器件用于动物细胞体系的活性氧检测 |
4.4 本章小结 |
第五章 原位感知生物体活性氧的微创植入式柔性贵金属纳米感知器件研究 |
5.1 引言 |
5.2 材料与方法 |
5.2.1 材料和试剂 |
5.2.2 仪器设备 |
5.2.3 实验步骤 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 柔性贵金属纳米器件的感知机理研究 |
5.3.2 有机电化学晶体管的电学性能分析 |
5.3.3 贵金属纳米复合感知界面的建立与优化 |
5.3.4 柔性贵金属纳米感知器件的性能表征 |
5.3.5 建立活性氧检测模型 |
5.3.6 植物原位感知的可行性评估 |
5.4 本章小结 |
第六章 全文总结与展望 |
6.1 主要研究结论 |
6.2 主要创新点 |
6.3 进一步研究展望 |
参考文献 |
作者简历 |
四、纳米技术的发展与展望(论文参考文献)
- [1]面向中温储热的多元醇相变材料热物性的分子动力学模拟与实验研究[D]. 冯飙. 浙江大学, 2021
- [2]垂直取向石墨烯边缘能质传递强化机理及能源应用[D]. 徐晨轩. 浙江大学, 2021(01)
- [3]RP-3航空煤油及掺混纳米铝颗粒燃油的低压着火燃烧及微爆特性研究[D]. 章洪涛. 浙江大学, 2021(01)
- [4]基于多羧酸的MOFs材料在甲酸分解制氢、染料吸附和白光材料构筑上的应用[D]. 丁润东. 吉林大学, 2021(01)
- [5]磁流体的非线性光学性质研究[D]. 杨祥鹏. 北京交通大学, 2021(02)
- [6]3nm氧化铁纳米颗粒对斑马鱼胚胎发育的毒性作用机制的研究[D]. 寇瑶. 西北大学, 2021(11)
- [7]气/液环境中光热微驱动机构的静态与动态驱动技术研究[D]. 尤清扬. 浙江大学, 2021
- [8]点衍射干涉仪衍射波矢量分析及纳米线波导衍射元件的研究[D]. 王晨. 浙江大学, 2021(01)
- [9]基于二维材料范德华异质结构的新型热载流子器件的研究[D]. 李泠霏. 浙江大学, 2021(01)
- [10]生物系统胁迫产物活性氧的贵金属纳米复合界面原位感知方法研究[D]. 姚瑶. 浙江大学, 2021(01)