纳米材料研究分析篇1
关键词：光催化；汽车尾气；路面；降解
Currentprogressandperspectivesofnanophotocatalysts
appliedonpvement
Lipeilin1,ZhouYan1
（1.ChongqingZhiXiangCusewaythnologyegineeringCoLtD,Chongqing400060)
abstract:therecentdevelopmentandprogressofnanophotocatalystsappliedonpvementarereviewed.Someproblemsinthecurrentstudyandthefuturetrendofdevelopmentarebrieflyanalyzed.theapplicationonbituminouspavementhasmanyproblems.itissuggestedthatattentionofthefutureinvestigationonthenanophotocatalystsshouldfocusonformsofapplication.
Keywords:photoeatalysis;automobileexhaust;pavement;Degradation
中图分类号：K477文献标识码：a文章编号：
半导体光催化技术是一门新兴的环保技术，光催化是指光催化剂吸收光后对物质所发生的光化学反应，可将光能转化为化学能，促进有机物的合成或分解，自1972年日本东京大学藤岛昭等人发现现受辐射后的tio2电极上能发生持续氧化还原反应以来[1]，半导体光催化研究正处于快速发展阶段，已被成功应用于工业废气废水的降解处理[2-7]。由于汽车尾气排出后首先接触的是路面，若能将光催化剂负载于路面，利用阳光净化汽车尾气中的污染物，则能成为一种新型防治汽车尾气污染的方法。
1.光催化降解汽车尾气机理分析
光催化剂在吸收光线能量后，可将吸附于表面的一氧化碳、氮氧化合物和碳氢化合物转化为二氧化碳和硝酸盐等，从而实现对汽车尾气污染物的降解。下面以二氧化钛为例介绍光催化剂对污染物的降解过程：二氧化钛受紫外线激发后生成光生电子与空穴：
光催化材料表面吸附的o2与和反应生成具有强氧化性的活性氧：
、及可与tio2上吸附的水分子或氢氧根反应，生成，它具有强氧化性可将表面吸附的污染物彻底氧化[11-14]。白天是汽车出行的高峰期，而光催化剂在紫外光或自然光条件下催化效率更高，因此白天能够产生更好的降解效果。光催化剂降解污染物所形成的产物会吸附在催化剂表面，由于纳米光催化剂材料表面在光线作用下会生成亲水基（-oH），使表面产生超亲水性[15-17]，超亲水表面使污染物很容易被雨水冲刷干净，从而产生自清洁效应，有利于恢复材料表面催化降解功能，实现再生利用。
2.国内外研究现状
在汽车尾气污染愈发严重的今天，国内外对路面纳米光催化降解汽车尾气污染物技术展开了一系列研究。纳米光催化材料的应用形式主要借鉴了在墙体中的应用形式，掺加方式主要有三种：（1）将tio2加入水泥中做成水泥超薄面层（2）将水溶性tio2直接喷洒到混凝土表面（3）在水泥混凝土固化前撒tio2。日本作为最先研究这一领域的国家，在应用方面投入了很多研究，在东京，由Kawasaki重工有限公司生产的Folium光催化剂产品已成功应用于公路路面、隧道、高速公路隔音板和收费站、建筑物外墙等，起到了光催化降解汽车排放尾气、自清洁等作用[18]。在美国，通过在混凝土表面涂刷有水泥和光催化材料混合而成的薄层，制成光催化水泥和光催化混凝土，使大气污染物如nox、So2分别氧化成硝酸、硫酸而随雨水排掉[19]。
室内研究表明优质tio2可以达到对nox200m3/m2·day和对游离有机物（VoC）60m3/m2·day的净化效率[20]。美国路易斯安那州立大学研究了纳米tio2在水泥混凝土路面中应用时对环境的影响以及耐久性，还进一步评价了当路面受到油污、尘土以及除冰盐的影响时减污能力的下降趋势，研究表明路表污染物能使材料光催化性能产生一定程度的下降，其中油污的影响程度最大[21]。在荷兰和比利时，都开发出了添加光催化剂的混凝土砖，铺设在路面上可有效降解汽车尾气的污染[22]。
在意大利米兰用光催化剂与水泥的混合浆料涂覆了一条7000m2的马路，检测表明对空气中氮氧化合物的去除效率可达60%，长期使用后测定路面对氮氧化物的降解效率仍可达到20％以上。日本仙台使用喷洒技术在沥青路面喷洒纳米二氧化钛，由于路面形式采用的是大孔隙沥青混凝土，应用一段时间后，在路面孔隙力还能保留一部分二氧化钛，因此还能保持一定的光催化性能[23]。
目前，国内对光催化材料在道路上的应用也进行了少量研究。东南大学钱春香等人将纳米tio2水溶液喷涂在水泥混凝土表面，实现了在水泥路面负载光催化剂。2005年3月在南京长江三桥桥北收费站广场铺设了6000m2的光催化试验路，试验结果显示该路段对汽车尾气中的氮氧化合物有明显的消除作用。他们还对比研究了负载型纳米tio2应用于沥青混凝土表面和水泥混凝土表面对氮氧化物的降解作用，得出水泥混凝土负载的光催化剂具有较好的光催化功能，而沥青混合料由于tio2不易渗透到混凝土内部，且沥青混凝土颜色较深，故光催化功能较差[18][24]。东北林业大学陈萌等通过硅烷偶联剂改性tio2制备了纳米光催化剂溶液，然后应用到大孔隙沥青混凝土结构表面，可实现降解汽车尾气污染物的目的[25]。
3.存在问题与展望
在道路表面应用纳米光催化材料由于其所具有的诱人的环保价值和社会价值，已经成为路面材料领域研究的热点，国内外所进行的研究表明在道路上应用光催化材料能有效降解汽车尾气中的污染物，但在研究与应用中，仍有诸多问题需要克服：
3.1光催化材料在路面上的应用形式
纳米材料研究分析篇2
关键字：碳纳米管弯曲碳纳米管复合材料性能
近年来，随着纳米技术的不断发展，越来越多的人开始采用已有的经验和理论进行碳纳米管对于增强碳纳米管复合材料的研究。碳纳米管具有增强纳米复合材料在多个领域已经展现出独特的性能，受到国内外的广泛关注和重视，由此展开了一系列的有关碳纳米管增强复合材料的研究。碳纳米管一般都是以弯曲的形态展现在基体中，此种弯曲形态会对纳米复合材料的有效模量具有巨大的影响。文中采用有效的纤维模型把碳纳米管的弯曲形态加以替代，分析这种情况之下对碳纳米管复合材料的影响。分析得出，碳纳米管在长径比、体积含量和弯曲程度不相同的情况下，其复合材料的性能也会有所改变。
一、分析和建立碳纳米管的模型
现阶段，在碳纳米管增强复合材料上的研究工作已经获得很大的进展。基于碳纳米管所具备的特殊性，致使在碳纳米管增强复合材料结构及功能上显现出独特的性能。根据目前的实际情况若想确保获得制造功能的材料，有以下几方面的问题有待解决。
1.碳纳米管是一个具有离散结构的纳米级别，其基体具有连续性的特征，目前通常运用有限元方法采用连续介质力学为依据，从而在一些层面对预计结果有所影响。在尺度和应用范围不同的情况之下探寻较为正确的办法及理论基础变得更加重要。
2.碳纳米管的管径是纳米级别，其方向强度比较低，团聚的效果较为明显。在进行制备的时候，如果不能把没有弯曲的碳纳米管均匀的分散至各个基体之中，防止发生团聚现象的增强，从而淋漓尽致的发挥出材料的增强作用，提升材料的性能。根据实际的情况可知，碳纳米管一般都是自然弯曲的状态。文中把这样的形态采用如下的参数方程式展开模拟：
y=asin（2π/λ）x，z=acos（2π/λ）x（1），在这个式子中，a表示振幅的情况，λ表示波长的数值。如果该纳米管增长到一定长度，振幅的如果变大，波长就不断减小，其弯曲的程度也会增大，碳纳米管的弯曲程度采用ζ（ζ=a/λ）进行表示。等效纤维的构建是否合理必须把碳纳米管弯曲的形态及其对碳纳米管附近基体的作用进行分析和把握。选用弓形模型行
碳纳米管空间态的模拟。具有弯曲的碳纳米管具有增强材料性能的作用。
二、碳纳米管的计算
如果基体和增加界面具有良好的接触关系，等效纤维不但在轴向上对复合材料具备增强的效应，在径向上也有对复合材料增强的作用。文中采用轴向上与波长相等的竖直纤维及半径是a的小圆片把等效纤维加以替换。如果复合材料第r个类型的碳纳米管的数量是n，其体积的分数是Cnt，采用f1代表竖直纤维的体积分数，小圆片的体积分数采用f2来表示。其公式如下：f1=nπd2λ/4V（2）；f2=nπa2h/4V=n（πa2d2/a）/4V=nπd2λ/4V（3）；f1/f2=λ/a（4）；
三、分析碳纳米管增强复合材料的数值
由于碳纳米管体积如果碳纳米管的体积分数一直增加，把文中的计算情况与shao的结果进行分析，如果碳纳米管的体积分数一直增加，复合材料的杨氏模量e也会一直增加。直线碳纳米管及弯曲的碳纳米管从而得出，在具有相同的碳纳米管积分的时候，那些采用直线状的碳纳米作为复合材料的模量比采用弯曲碳纳米管为纳米管复合材料的模量增强相要大。由此得出，采用弯曲使得碳纳米管在很大程度上影响着碳纳米管的增强效果。
如果碳纳米管的弯度为确定的数值，由于增强相体积分数的不断增大，纳米复合材料的杨氏模量也会增大。如果弯度的取值达到最大值，碳纳米管的弯曲最为明显。增强相虽会一直保持对材料的增强性能，但与弯度较小的碳纳米管来看，其增强能力明显下降。复合材料的体积模量会随着碳纳米管的体积分数的变化而改变。如果碳纳米管的体积分数不断增大，复合材料的体积模量也一直增加。与复合材料的杨氏模量不相同，如果碳纳米管在体积分数一样，碳纳米管的弯度数值增，复合材料的取值也会增大。碳纳米管的弯曲情况对增强碳纳米管复合猜的有效模量具有巨大的作用。
结束语：
碳纳米管具有独特的结构及其优越的性能，尤其是其的力学性能超好，因此如何提升碳纳米管复合材料的性能成为研究的重点。文中采用轴向纤维和垂直纤维的圆形小薄片分布在纳米复合材料中纳米管的形态为依据，得出碳纳米管的弯曲程度对于碳纳米管的复合材料起着重要的作用。
参考文献：
纳米材料研究分析篇3
关键词碳纳米管/铜基复合材料；制备工艺；显微组织
中图分类号：tB33文献标识码：a文章编号：1671-7597（2013）13-0050-02
将增强纤维、颗粒等与铜制备成铜基复合材料，可以提高其强度、耐磨性以及保持较优良的导电导热性能。SiC作为一种陶瓷颗粒，具有弹性模量高及抗氧化性能好等优良性能。由于金属具有优良的力学机械性能，使得金属基复合材料可以按机械零件的结构和性能要求，设计成合理组织和性能分布，从而工程技术人员对材料的性能进行最佳设计。由于能够根据不同的力学性能要求来选择相应的金属基体和不同的增强体，使得复合材料中的各组成材料之间既能保持各自的最佳性能特点，又可以进行性能上的相互补充，功能上的取长补短，甚至满足一定的特殊性能，所以纳米复合材料是一类具有结构和功能极佳的材料。另外，纳米复合材料由于具有特有的的纳米表面效应、特有的纳米量子尺寸效应，能够对其光学特性产生影响。按照复合材料基体的性能特点特，人们将纳米复合材料通常分三大类：纳米树脂基复合材料、纳米陶瓷基复合材料和纳米金属基复合材料。纳米金属基复合材料不仅具有强度高、韧性高的特点，纳米金属基复合材料还具有耐高温、高耐磨及高的热稳定性等性能。纳米金属基复合材料应用表明：在功能方面具有高比电阻性能、高透磁率性能，以及高磁性阻力等物理性能。本文采用球磨混料方法，通过真空热压法工艺，制备出碳纳米管增强铜基复合材料，研究铜基纳米复合材料的制备工艺，分析相应的材料性能。
1试验材料及方法
1.1试验材料
试验用原材料是上海九凌冶炼有限公司生产的电解铜粉，铜粉纯度是99.8%，铜粉粒度为-300目，铜粉松装密度是1.2～1.7。碳纳米管（Cnts）选用深圳纳米港有限公司产品。选用哈尔滨化工化学试剂厂的十二烷基硫酸钠（化学纯），以及该厂生产的酒精（分析纯）。
1.2试验方法
试验采用行星式球磨机进行湿磨混合配料，选择的球磨机转速参数为300r/min，球磨时间为2.5小时，试验球料比选择为1：1。试验的热压温度参数选择在800℃进行烧结，热压压力参数为3.9吨，烧结时间参数为3小时。使用光学显微镜分析复合材料的显微组织特点，用新鲜配制的三氯化铁盐酸酒精溶液腐蚀复合材料组织，腐蚀时间选为15s。
2试验结果与分析
2.1碳纳米管/铜基复合材料显微组织
2.2Cnts/Cu复合材料的硬度
2.3Cnts添加量对复合材料相对密度的影响
试验结果表明，纯铜试样致密度最高，但是，随着碳纳米管含量的增加，纳米复合材料的相对密度下降。复合材料材料相对密度随着碳纳米管含量的增加而逐渐降低，原因主要是碳纳米管和铜的润湿性较差，致使强化相Cnts不能均匀分布，引起复合材料的缺陷，材料中产生孔隙，呈现出相对密度的下降的特点。
3结论
1）采用球磨混料方法，真空热压法工艺，制备出碳纳米管增强铜基复合材料。
2）随着Cnts的增加，复合材料的硬度呈现降低的趋势，Cnts含量与硬度之间关系为曲线关系。
3）纯铜试样致相对密度最高，随着碳纳米管含量的增加，复合材料的相对密度下降。
参考文献
[1]解念锁，李春月，艾桃桃，等.SiCp尺寸对铜基复合材料抗氧化性及磨损性的影响[J].热加工工艺，2010，39（8）：
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[2]王瑾，解念锁，冯小明，等.SiCp/Cu梯度复合材料的压缩性能研究[J].热加工工艺，2011，40（8）：106-107.
[3]王艳，解念锁.原位自生Sip/Za40复合材料的组织及性能研究[J].陕西理工学院学报（自然科学版），2011，27（1）：1-4.
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[5]王浪云，涂江平，杨友志.多壁碳纳米管/Cu基复合材料的摩擦磨损特性[J].中国有色金属学报，2001，11（3）：367-371.
纳米材料研究分析篇4
关键词：手印显现；纳米材料；发光材料；潜在手印；上转换
纳米材料是纳米技术领域中被研究最多、应用最广泛的部分.一般认为，纳米材料颗粒为1～100nm.随着纳米科技的发展，将稀土纳米发光材料应用于手印显现的相关研究已经引起了国内外研究人员的广泛关注.稀土纳米发光材料的发光强度高、光稳定性好，能够对手印显现的检测信号起到放大增强的作用，使显现后的手印和客体背景之间产生较大的对比反差，有利于提高手印显现的对比度.稀土纳米发光材料的颗粒尺寸较小、比表面积较大、粉末外观细腻，能够反映出更多的手印细微特征，有利于提高手印显现的灵敏度.稀土纳米发光材料的表面修饰方法丰富且技术成熟，能够操控稀土纳米发光材料的表面性能，进而调节纳米粉末与手印物质及客体之间的吸附状况，有利于提高手印显现的选择性.鉴于此，本研究采用溶剂热法合成出了性能优良的naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料，并将其应用到传统的粉末显现技术中、对传统显现方法进行改良，使传统显现方法兼具高对比度、高灵敏度.
1实验部分
1.1实验试剂
氧化钇（99.99%）、氧化镱（99.99%）、氧化铒（99.99%）、浓硝酸（优级纯）、硬脂酸（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、油酸（分析纯）、氟化钠（优级纯）、无水乙醇（分析纯）、三氯甲烷（分析纯），实验中使用的水均为去离子水.
1.2naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料的合成
称取0.8807g氧化钇、0.3941g氧化镱和0.0383g氧化铒于烧杯中，向其中加入20mL硝酸，加热并搅拌使氧化物粉末溶解，继续加热至近干，挥发掉过量硝酸得到稀土硝酸盐粉末.将稀土硝酸盐粉末用80mL无水乙醇溶解到500mL三口烧瓶中，然后升温至78℃并回流，在磁力搅拌下向三口烧瓶中缓慢滴加20mL含1.1900g氢氧化钠的乙醇溶液，滴加时间约为30min.滴加完毕，继续恒温回流40min，得到白色悬浊液.将悬浊液减压抽滤，用水洗涤2次、乙醇洗涤1次，滤饼在60℃干燥箱中烘干12h.向一烧杯中加入10mL水、15mL无水乙醇和5mL油酸，搅拌后形成均一溶液.再向其中加入0.9577g稀土硬脂酸盐前驱体和0.2099g氟化钠，混合物在超声辅助下充分搅拌.将此悬浊液转移到水热合成反应，向产中加入氯仿-乙醇混合溶剂，离心分离产品得白色粉末.将该粉末用水-乙醇混合溶剂洗涤3次.将洗涤后的粉末放入60℃干燥箱，得到稀土硬脂酸盐.向一烧杯中加入10mL水、15mL无水乙醇和5mL油酸，搅拌后形成均一溶液.将此悬浊液转移到水热合成反应，离心分离产品得白色粉末.将该粉末用水-乙醇混合溶剂洗涤3次.将洗涤后的粉末放入60℃干燥箱向中烘干12h，得到naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料.
1.3naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料的表征
采用teCnai20型透射电子显微镜（tem，美国Fei公司）观察纳米材料的尺寸形貌；采用Xpertpro型多晶X射线衍射仪表征纳米材料的晶体结构；采用LS-55型荧光光谱仪检测纳米材料的上转换发光性能.
2结果与讨论
2.1naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料的表征
下图为naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料的tem照片.可以看出，纳米材料的微观形貌为球形，尺寸均一，具有良好的单分散性.经测量，纳米颗粒的平均粒径约为70nm，其尺寸完全满足手印图1naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料的tem照片显现的需要.
2.2naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料用于手印显现
粉末显现法是利用汗液、油脂等手印遗留物质与粉末之间的吸附力，使粉末吸附于手印遗留物质表面，从而实现潜在手印的显现.从理论上推断，将上转换发光纳米材料用于手印显现能够有效提高显现的对比度、灵敏度.本研究将naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料应用于传统粉末显现法中，并与使用市售荧光粉末的显现效果进行对比，考察手印显现的对比度、灵敏度.
2.2.1对比度的考察
本研究分别使用naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料以及市售绿色荧光粉末对玻璃表面的潜在手印进行显现，并考查两种手印显现方法的对比度。如图4所示，使用上述两种粉末显现的手印都可以在各自激发光的照射下发射出明亮的绿光，乳突纹线部位与黑色客体背景之间的对比反差较大，纹线清晰连贯.以上现象说明，使用naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料和市售绿色荧光粉末，均可以明显提高手印显现的对比度.
2.2.2灵敏度的考察
本研究分别使用naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料以及市售绿色荧光粉末对玻璃表面的潜在手印进行显现，并考查两种手印显现方法的灵敏度.使用市售绿色荧光粉末显现手印，只能观察到很小一部分汗孔特征，使用naYF4：Yb，er上转换发光纳米粉末显现手印，能够明显观察到汗孔特征，清晰度高.以上现象说明，naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料本身细小的颗粒粒径有利于保护细微特征不被掩盖，进而使手印显现具有较高的灵敏度.
3结论
采用溶剂热法在水-乙醇-油酸的混合溶剂中合成出性能优良的naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料.该上转换发光纳米材料的微观形貌为球形、单分散性较好、平均粒径约为70nm，晶体结构为六方naYF4晶型，在980nm红外光的激发下能够发射出较强的绿光。将naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料成功用于常见光滑非渗透性客体以及某些渗透性客体表面汗潜手印的粉末法显现，该显现方法除了具备传统粉末显现法操作简便、省时高效、适用性广等优点外，还具有灵敏度高、对比度强等一系列优点.使用naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料显现的手印纹线清晰连贯、细节特征明显、对比反差强烈，鉴定价值较高.因此，本研究中合成的naYF4：Yb，er上转换发光纳米材料在很多真伪鉴别实践中具有广阔的应用前景.
参考文献
[1]詹求强，刘静，赵宇翔，等.多光子发光的稀土上转换纳米颗粒在生物光子学中的研究进展[J].激光生物学报，2013，22（1）：13-25
纳米材料研究分析篇5
开创“理”与“据”
余灯广是个“杂家”，他本科学习的是化学工程，博士时期学习的是生物医学工程，而到了博士后，他则选择了纺织科学与工程专业。这期间，余灯广还在湖北双环化工集团公司工作了10年，这段经历让他能从一个更宽广的视角来看待科研。2011年，余灯广几经思索，决定踏入材料科学与工程研究领域，上海理工大学则是这段新旅途的起点。一上路，余灯广就把关注点放在了微纳米材料制造技术上。在他眼中，一种新型微纳米材料制造技术，往往意味着能创造更多的新型结构微纳米材料及实际应用。
极端条件（超高温、高压、超磁以及高电压）下物质的相互作用与理化性能表现，和微观层次物质之间的相互作用是目前人类认识世界、获取知识的两座富矿。“与此相应，在极端条件下制备功能物质、于微观层次操控分子，及用微纳米体系制备功能材料是人类改造世界、获取新方法的先进技术。”在该思路的指引下，他主持了国家自然科学基金委员会与英国皇家学会合作交流项目――“三级同轴电纺制备零级药物缓控释给药系统研究”，取得了新的突破。
虽然三级同轴电纺在基本原理上与单射流电纺没有差别，也就是直接应用高压静电场力对流体进行单步拉伸固化，从而获得纳米纤维。但实际上其实施难度和涉及的经验与知识大不相同。“在单射流电纺中，taylor锥后的直线射流直接拉伸弯曲或者发生分裂，对其影响并不大。”余灯广介绍道，而在同轴电纺和三级同轴电纺过程中，taylor锥后的直线射流若是发生分裂，就无法获得所需要的多层纳米结构。此外，在溶剂环流三级同轴纺的实施过程中，如果外层环流溶剂发生分裂，将毁坏纤维收集板上的纳米纤维毡。
“要想高效准确地调控三级同轴纺过程，需要对每种流体在高压电场下的表现与行为，及它们在三级同轴纺的过程中具有的匹配性和协调性，有一个比较清晰的认识。”因此，余灯广带领团队对这些流体的基本理化性能、以及这些理化性能与它们在高压电场下行为之间的关系进行探究，最终发现了芯鞘纳米纤维的三级同轴电纺成纤机理，使得制备结构特征明确、性能优良的三级芯鞘纳米纤维“有理可循”。
通过研究，余灯广还设计了多种应用三级同轴纺制备的多层次纳米结构（药物梯度分布、控释材料梯度分布、芯鞘纳米药物储库、薄层包裹结肠靶向药物储库等），将这些结构特征与纳米纤维的理化性能和功能表现进行有效关联，对稳定可靠地制备出功能高度重现的纳米给药系统尤为关键。“这些微观结构主要特点包括：每层厚度以及彼此之间比率、药物或材料梯度大小与方向、每层的成分c组成、包裹的厚薄以及致孔剂的用量等。”余灯广介绍说，他将这些特点参数结合药物和聚合物基材的理化性能（如极性、水溶性、溶蚀性能、降解性能）进行实验分析，然后通过大量试验数据对其进行总结归纳和分析演绎，建立了三级芯鞘纳米纤维的“微观结构特点―理化性能状况―所需功能表现”之间的内在关联、使得多层结构型纳米纤维状药物零级控释给药系统的研究开发“有据可依”。聚焦“自组装”
目前，余灯广正在进行“基于电纺芯鞘纳米纤维的分子自组装原位协同调控研究”项目研究。在该项目中，他选用了一些药物活性分子和药用载体材料，并使用了一些药学常规方法，分析表征自组装纳米体系的活性成分包裹率和对活性成分的缓控释效果，这样做的目的是应用它们作为自组装基元物质模型，并通过它们来研究应用电纺芯鞘纤维为模板调控分子自组装原位构建功能纳米体系的可行性、有效性和实用性。
“我们的策略为先通过top-down同轴电纺制备聚合物基芯鞘纳米纤维，再以纤维为模板、利用其直径的纳米尺度限定作用和芯鞘结构的模板作用、在一个微观区域内调控自组装基元分子的转运与接触，实现一个相对可控的bottom-up分子聚集组装过程。”余灯广介绍说，其具体的研究内容包括：发展同轴电纺工艺（溶剂环流三级同轴纺、稀溶液环流同轴纺、升温同轴纺）；制备新型人工自组装材料，即具有成分空间分布特征、多组分复合的水溶性聚合物基芯鞘纤维；通过“溶解―疏水”作用启动分子自组装构建纳米体系；研究芯鞘结构纤维电纺成型机理及其对分子自组装的调控机制；阐明复合纤维组成成分、结构特征和环境因素等对分子聚集组装的原位协同调控机理。若是项目研究成功，将为建立多组分可控自组装提供新方法，为构建新型人工自组装功能纳米材料开发新途径，并会发展出功能导向的自组装新体系和新技术。
至今为止，该在研项目已经发表SCi研究论文25篇，获得中国发明专利授权8项。他说：“等这个项目完成后，我将在此基础上开发一系列新型人工自组装功能纳米材料，和相关新型纳米给药系统，那时候将会进行相关对比研究以及动物试验。”
纳米材料研究分析篇6
关键词纳米材料课程设计教学方法评价机制
中图分类号：G424文献标识码：a
"nano-materials"CourseDesignandteachingexploration
LiHongping，CHenBeibei
（SchoolofmaterialScience&engineering，JiangsuUniversity，Zhenjiang，Jiangsu212013）
abstractnano-materialisanemerginginterdisciplinary，involvinganumberofareasmaterials，physics，chemistry，biologyandsoon.emergeandflourishnanotechnologynano-technologyandnewmaterials，andonthe"nano-materials"teachingactivitiesproposednewrequirements.inthispaper，thecharacteristicsofthecourse，withitsownteachingexperience，mainlyfromthreeaspectsdeterminethearrangementofteachingcontent，selectteachingmethodsandevaluationmechanismsconductedtoexplorethesysteminordertoachievegoodteaching，studentsofthescientificspiritandabilitytoinnovate.
Keywordsnano-materials;coursedesign;teachingmethods;evaluationmechanism
1990年7月在美国巴尔的摩召开了第一届纳米科学技术学术会议，正式把纳米材料作为材料科学的一个新分支公布于世，从而纳米材料科学作为一个相对比较独立的学科诞生。①本文结合纳米材料课程的特点、重要性以及教学经验，拟从课程教学内容的安排、教学方法的选取以及评价机制的确定三个方面对高等院校材料类专业本科生进行纳米材料课程教学改革进行探讨。
1课程特点概述
相比于其它发展相对成熟的课程，纳米材料是一门前瞻性、创新性、专业性和实践性很强的课程，涉及物理、化学、材料、生物、能源等领域，具有涵盖范围广、知识点复杂、概念抽象以及知识更新快的特点。②传统的课堂教学模式不能满足课程的教学要求，传统的教学方法和教学手段也不能很好地满足纳米材料课程的教学要求。比如在教材选择方面，由于纳米材料是一门交叉学科，涵盖的领域众多，再加上知识更新速度快，教材的更新速度跟不上知识点内容的更新速度，所以采用单一的教材、沿袭传统的教学方法讲授纳米材料这门课程很难达到课程教学目标。因此，根据该课程特点，合理地安排教学内容，恰当地选择教学模式和评价机制，对于完成纳米材料课程教学目标具有重要意义。
2教学内容的安排
纳米材料课程涵盖了纳米科技的整个领域，它的内容多、范围广、更新快等特点，且需要在规定的课时内将整个纳米材料领域讲授给学生，这就需要教学内容条理清晰，重点突出，逻辑性强，同时要结合纳米材料最新研究进展，以点带面，合理优化课堂教学结构。因此，笔者从广度和深度的统一、基础与前沿的兼顾、新旧内容的衔接等方面考虑，合理安排教学内容。具体如下：（1）纳米材料的概念：从纳米材料的新奇特性开始，引入纳米材料的基本概念、发展史、分类方法，在内容编排上注重引入最新研究成果，激发学生的学习兴趣。（2）纳米材料的结构和基本效应：该部分内容是理解纳米材料特殊性质的基础，也是该课程的重点、难点。在讲述过程中，结合纳米材料应用实例（如：纳米二氧化钛光催化特性的原因及相关应用等），加深学生对纳米材料特性的理解和掌握。（3）纳米材料的制备方法及表征手段：纳米材料的制备方法主要有：气相法、液相法和固相法。气相法中重点讲述物理气相法和化学气相法的原理及特点。液相法中重点讲述共沉淀法、水热法、溶胶―凝胶法的原理及应用条件等。在固相法中重点讲述机械粉碎法和固相反应法的特点。纳米材料的主要分析测试手段包括：扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、激光粒度仪等，重点讲述测试仪器的原理、优缺点及使用范围，让学生掌握纳米材料的分析表征的主要方法。（4）纳米材料的理化特性及应用领域：回忆前面纳米材料结构和基本效应的学习，引出纳米材料的理化特性，以微观结构―特殊效应―特殊功能―应用领域为思路，使学生认识纳米材料的重要性，同时启发学生深入思考，进而深入掌握纳米材料的理化特性。（5）纳米材料最新研究进展：根据纳米材料的最新研究动态，让学生了解国际最新研究热点。
3教学方法的选取
（1）多种教学方法和手段相结合，激发学生兴趣。“学起于思，思起于疑”，通过巧妙设疑，激发学生的学习主动性和积极性。如在讲述纳米材料基本理论知识时，可以从生活中一些常见现象启发学生思考：出淤泥而不染的荷叶为什么具有自清洁功能？美丽的紫铜在尺寸小到一定程度为什么会变为黑色？通过这种情景设置启发学生思考，寻求答案，对于其中的难点再予以解释。另外，针对纳米材料课程内容多，涉及范围广的特点，利用多媒体集图、文、声、像等于一体的优点，将大量的课程内容以丰富多彩的形式呈现给学生，激发他们学习的兴趣。（2）加强师生交流，建立以“学生为主体”的教学模式。结合课程内容，将学生分为多个小组。学生根据课程要求以及兴趣，自主查阅文献资料，通过ppt形式与大家进行课堂交流。在此基础上，针对学生遇到的疑点、难点，加以详细讲解。这种充分发挥学生主体的教学模式可以有效地提高学生自主学习及探索能力。（3）科研工作与教学内容紧密结合，提高学生综合能力。科研工作与教学内容紧密结合，使学生参与一定科研项目，是一个双赢举措。对于学生来讲，不仅可以加深课堂上对于纳米材料理论知识的学习，同时可以锻炼学生的动手能力，培养他们发现问题、解决问题的能力，激发学生的创新思维能力等。③笔者把自己科研工作中纳米二氧化钛纳米球、纳米管等的扫描电子显微镜图片通过多媒体形式与学生分享。通过带领学生进入实验室，参与纳米二氧化钛的制备、表征以及光催化性能研究，让学生了解影响二氧化钛形貌的因素、光催化特性的原理以及扫描电子显微镜的原理和方法，熟悉电镜样品的制样过程和方法，为学生今后从事纳米材料方面的学习奠定基础。
4评价机制的确定
本课程的考核方式和成绩评定具体如下：（1）考核方式：让学生查阅资料、做ppt，介绍纳米材料制备、性能及相关应用，在ppt汇报的同时，撰写综述。（2）成绩评定：平时成绩（出勤情况及上课表现）占20%，学生做ppt及演讲情况占40%，综述占40%。这种灵活的考核评价模式可以充分调动学生的积极性，以不同于闭卷考试的形式检验学生对纳米材料相关知识的掌握情况，同时使学生了解纳米科技前沿，培养学生的综合能力。
5结束语
纳米科学技术作为科学技术的重要分支，它的发展必然推动社会的进步。而纳米材料是纳米科学技术的基础，对纳米材料的学习，是适应未来社会对材料专业人才的需要。本文结合纳米材料课程的特点，从教学内容的安排，到教学方法的选取和评价体制的确定三方面对高等院校材料类本科专业进行纳米材料课程教学改革进行了探讨。实践证明，这些方法和模式有助于加强师生交流，发挥学生的学习主体作用，使学生不仅掌握纳米材料相关知识，并能运用相关知识分析、解决问题，提高学生的综合能力。
注释
①陈敬中.纳米材料科学导论[m].高等教育出版社，2006.
纳米材料研究分析篇7
纳米技术是在20世纪末逐渐发展起来的前沿交叉性的新兴学科.如今，该技术已经渗透到诸多领域，建筑材料领域就是其中之一.通过对传统建筑材料的改性表明该技术具有很大的应用潜力和前景[1-3].纳米颗粒因其尺度在纳米范围，从而具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应[4]，具有传统材料所不具备的一些新特性.
纳米CaCo3是目前最大宗也是最廉价的纳米材料之一，其价格约只有纳米Sio2的十分之一[5].目前国内外学者对纳米Sio2在水泥基材料中的应用有较多研究，而对纳米CaCo3的研究相对较少.王冲等[6]研究了纳米颗粒在水泥基材料中应用的可行性.黄政宇等[7]研究了纳米CaCo3对超高性能混凝土的性能影响，研究表明掺入纳米CaCo3能促进水化反应，使超高性能混凝土的流动性下降，能提高超高性能混凝土的抗压强度及抗折强度.Sato等[8]采用传导量热法发现，纳米CaCo3的掺入可以显著加快早期的水化反应，且掺量越多加快效果越明显.Detwiler和tennis[9]发现，在水泥水化过程中，石灰石粉颗粒会成为成核的场所，增加了水化产物C-S-H凝胶沉淀在石灰石粉颗粒上的概率，加快了水泥石中C3S的水化.本文通过超声波分散方式将纳米CaCo3掺入水泥基材料中，研究其对水泥基材料性能和结构的影响，并进一步通过XRD和Sem分析纳米CaCo3对水泥基材料的影响作用机理，以期为纳米CaCo3在水泥基材料的工程应用提供理论基础.
1原材料与方法
1.1原材料
水泥为p?o42.5R普通硅酸盐水泥，由重庆天助水泥有限公司生产，化学成分见表1；细集料为岳阳产中砂，细度模数为2.48；高效减水剂为重庆三圣特种建材股份有限公司生产的聚羧酸系高效减水剂，固含量为33%；纳米CaCo3由北京博宇高科新材料技术有限公司生产，表现为亲水性，部分技术指标列于表2，扫描电镜图见图1，X射线衍射结果见图2.
1.2试验方法
1.2.1纳米CaCo3分散方式
根据前期试验验证，超声波分散方式对纳米CaCo3有更好的分散效果.制备水泥砂浆试件时，将减水剂和纳米CaCo3加入水中，超声波分散10min，再手工搅拌2min，以待测试.
1.2.2表观密度
水泥浆体表观密度试验采用水泥净浆，水胶比为0.29，减水剂掺量为胶凝材料质量的0.15%，纳米CaCo3掺量分别为胶凝材料质量的0.5%，1.5%，2.5%.试验所采用容器为1L的广口瓶，采用水泥净浆搅拌机制样，放在振动台上振捣密实.
1.2.3流动性测试及成型
流动度试验按照GB/t2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行；力学性能试验按照GB/t17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行.将水泥和砂在搅拌机中搅拌90s，再将分散有纳米CaCo3和减水剂的溶液倒入干料中搅拌90s.采用40mm×40mm×160mm三联钢模成型，1d后脱模，在温度为（20±2）℃的饱和石灰水中养护至相应龄期.水泥砂浆试件的配合比见表3，其中纳米CaCo3和聚羧酸减水剂以胶凝材料的质量百分比掺入.
1.2.4微观测试试验
XRD分析测试采用日本Rigaku公司D/maX2500pC型X射线衍射仪.测试条件：Cu靶，管压40kV，电流100ma，扫描步长0.02°，扫描速度4°/min，扫描范围5°～70°.样品采用与表3相同胶凝材料组成与水胶比的水泥净浆，养护至规定龄期破碎取样，放入无水乙醇中浸泡3d以终止水化，置于50℃干燥箱中干燥24h，取出样品用研钵研磨过0.08mm方孔筛，将过筛的粉末样品置于干燥器中以待测试.
扫描电镜测试采用捷克teSCan公司生产的tescanVeGaⅡLmU型扫描电子显微镜（Scanningelectronmicroscope，Sem），测试样品取自强度测试破坏后的砂浆试块，放入无水乙醇中浸泡3d终止水化，装入50℃干燥箱中干燥24h，将样品真空镀金，在20kV高压钨灯下分析其微观形貌.
2结果与分析
2.1纳米CaCo3对水泥基材料表观密度的影响
对新拌的水泥净浆浆体进行表观密度测试，试验结果如图3所示.
结果表明，随着纳米CaCo3掺量的提高，水泥浆体的表观密度随之增大.掺量从0%增加到2.5%时，表观密度由1.98g/cm3提高到2.10g/cm3.表明纳米CaCo3可填充水泥浆体中熟料颗粒之间空隙，使浆体的结构更加密实.
2.2纳米CaCo3对水泥基材料流动性的影响
按表3拌制水泥砂浆测试流动度，结果如图4所示.随着纳米CaCo3掺量的增大，砂浆的流动度逐渐减小.这是因为纳米CaCo3比表面积大，其颗粒表面吸附更多的水导致需水量增大[10]，纳米CaCo3同其它超细粉料一样可以填充熟料颗粒之间的空隙，将熟料颗粒之间的填充水置换出来，起到减水作用，但纳米CaCo3颗粒比表面积过大，其增加需水量的作用远远大于减水作用，宏观表现为水泥砂浆的流动度减小.
2.3纳米CaCo3对水泥基材料力学性能的影响
按表3拌制水泥砂浆，分别测试3d和28d的抗压和抗折强度，结果如图5和图6所示.
由图可知，纳米CaCo3提高了水泥砂浆的3d及28d强度.1.5%的纳米CaCo3掺量效果最好，其3d的抗压和抗折强度较基准组分别提高20.6%和17.7%，28d的抗压和抗折强度较基准组分别提高22.9%和11.1%.然而掺量增加到2.5%时，砂浆强度相较于1.5%掺量明显下降.由试验结果可知纳米CaCo3的掺量不宜过多，存在一个最佳掺量[11-12]，在本研究中这个最佳掺量为1.5%.
纳米CaCo3可以提高水泥基材料早期强度有以下几方面原因：纳米CaCo3可以起到超细微集料的作用，填充熟料颗粒周围的空隙，使结构变得更加密实从而提高强度，这与图3结果一致；纳米CaCo3可以明显降低Ca（oH）2在界面处的密集分布和定向排列，有助于改善界面的综合性能[13]；纳米CaCo3可促进C3a与石膏反应生成钙矾石，钙矾石与纳米CaCo3反应生成碳铝酸钙也是早期强度提高的原因之一[13].而文献[14]也指出，纳米颗粒掺量过多容易产生团聚，并包裹水泥颗粒，因而阻碍水化反应，使得强度下降.纳米CaCo3掺量过多所造成的团聚也会影响纳米CaCo3在水泥基材料中的分散，使新拌水泥砂浆产生过多的微小气泡，增加硬化后的水泥浆体有害孔的数量，导致强度下降.
2.4纳米CaCo3对水泥基材料性能与结构的影响
机理
2.4.1XRD分析
按表3配合比制备水泥净浆，其3d和28d的XRD图谱见图7和图8.由图7可知，在3d龄期内，纳米CaCo3并没有改变水泥的水化产物组成.2组试样的水化产物基本相同，均含有Ca（oH）2，钙矾石（aFt）相，未水化的硅酸三钙（C3S）和硅酸二钙（C2S），以及掺入的和因碳化而生成的CaCo3.分析2组试样的C3S和C2S的特征衍射峰（2θ=32.3°）可以发现，对照组中C3S和C2S的特征衍射峰比基准组中低；而对照组中钙矾石的特征衍射峰（2θ=23.1°）比基准组中高；对照组中Ca（oH）2的特征峰（2θ=34.2°）略比基准组强，说明前者Ca（oH）2含量略高于后者，这是由纳米CaCo3加速硅酸三钙的水化所致，使其水化产生更多的Ca（oH）2.上述分析说明纳米CaCo3可以促进水泥的早期水化.
由图8可见，在28d龄期内水泥的水化产物中出现了水化碳铝酸钙（C3a?CaCo3?11H2o），这与李固华等[12]的试验结果类似，即表明纳米CaCo3参与了水泥的水化反应，与水及铝酸三钙反应生成了水化碳铝酸钙.对比2个样品的C3S，C2S的特征衍射峰发现，对照组中C3S，C2S的特征衍射峰要比基准组中低；而对照组中Ca（oH）2的特征峰略比基准组低，根据前人的研究[15]，这是由于Ca（oH）2和CaCo3作用生成了碱式碳酸钙，这种碱式碳酸钙可以增强界面区的粘结.纳米CaCo3的这种效应使得水化产物Ca（oH）2在更大程度上被消耗，因此其衍射峰强度低于基准组.上述分析表明在3d到28d的龄期内，纳米CaCo3仍促进水泥的水化，产生新的水化产物相并从宏观上导致水泥基材料强度提高，内部界面区增强粘结能力更好，XRD图谱从微观方面解释了28d掺入纳米CaCo3其力学性能优于基准组的原因.
2.4.2Sem分析
按表3成型的水泥砂浆试样的3d和28dSem图片见图9和图10.图9显示了4组试样水化3d的微观形貌结构.分析发现：试样（a）已有一定程度的水化，发现有针状的aFt晶体和水化硅酸钙凝胶，但整体结构不太密实，存在较多的空隙，在过渡区处水泥石与集料的结合不太紧密.掺入纳米CaCo3后对于界面过渡区来说有明显的改善，水泥石更加密实.试样（b）和（c）已有明显的水化，水化产物水化硅酸钙凝胶增多，形成网络状和絮凝状的凝胶填充未水化颗粒之间的空隙，使整体结构更加致密[16].由图可知，随着掺量的提高，当纳米CaCo3掺量为胶凝材料质量的1.5%（试样c）时，其对界面的改善效果最好，水泥石结构也更加致密，在界面过渡区几乎看不到水泥石与集料之间的间隙，说明连接很紧密，与上述力学性能试验结果相符.但未明显发现有Ca（oH）2晶体，这可能是因为Ca（oH）2晶体被大量的水化硅酸钙凝胶所覆盖.随着掺量的继续提高，从试样（d）中可看出，水泥石的孔隙变多，结构变得不密实.在界面过渡区处水泥石与集料之间存在间隙并发现了针状钙矾石晶体和六方片状的Ca（oH）2晶体，水化产物水化硅酸钙凝胶也随之减少.这是由于纳米CaCo3掺量过多，分散不均匀形成团聚引起的.水泥石结构的致密程度以及水泥石和集料的界面过渡区的结合紧密程度都会影响水泥基材料的强度，上述分析从微观角度解释了水泥基材料力学性能变化的原因.
图10显示了4种试样水化28d后的微观形貌结构.分析发现：随着水化的进行，在28d龄期内各组试样中的水化产物都较3d增多，水泥石结构也更加致密，水泥石与集料的在界面过渡区处的结合也更加紧密.但在试样（a）和试样（d）中集料与水泥石的界面过渡区处的结合仍不是很紧密，且存在一定的缝隙，水泥石自身结构也存在一定的空隙，不是十分致密，而在试样（b）和试样（c）中则发现集料与水泥石的界面过渡区处的结合更为紧密，水泥石中存在大量的凝胶状的水化产物，结构密实.尤其在试样（c）中，界面过渡区处找不到连接的间隙，水泥石中都是凝胶状水化产物几乎没有孔隙，这些水化产物并不独立分散，而是呈现整体化结构.上述现象说明适宜掺量的纳米CaCo3可以促进水泥基材料早期的水化，使水泥熟料颗粒水化产生更多的水化硅酸钙凝胶[17].同时，纳米CaCo3可以增加水化硅酸钙凝胶在界面处的含量，可以改善Ca（oH）2晶体的定向排列性能，使得界面位置的水化结构由平面排列向空间结构过渡，所以适宜的掺量可以改善界面的综合性能[13].
3结论
纳米材料研究分析篇8
【关键词】功能性纳米材料电化学免疫传感器
【abstract】theimmunesensorisbasedontheclosecooperationwiththeselectiveimmuneresponseandissuitableforthesignalconversiontechnology，tomonitorantigen-antibodyresponseofbiologicalsensors，graduallygetrapiddevelopmentandextensiveapplicationinmanyfields.inrecentyearstheelectrochemicalimmunosensormainresearchdirection，ingeneralistoimprovethesensitivity，accuracy，selectivity，responsetime，andthisarticlewillusethesingle-walledcarbonnanotubesaselectrode，usingitsgoodconductivity，highsurfacearearatio，throughthemodificationofcarbonnanotubeswallandpipeendandbiologicalmolecularbonding，andkeeptheactivityofbiologicalmolecules，theelectrochemicalimmunosensorextremelysymbolicsignificance.thispapercombinesthespecificrelevanttheoriesandanalysis，theapplicationoffunctionalnanomaterialsinelectrochemicalimmunosensorforresearch.
【Keywords】Functional；nanomaterials；electrochemical；immunosensor
免疫传感器的一般工作原理为固定在换能器上的抗体（抗原）对样品介质中的抗原（抗体）进行选择性免疫识别，并且产生随分析物浓度的变化而变化的分析信号。在抗体的不同区域和抗原决定簇之间的高选择性反应主要包括疏水力、静电作用力、凡德瓦尔力和氢键作用力。近年来纳米材料在电化学免疫传感器上的应用也发展得相当迅速。由于纳米材料具有表面积大、表面反应活性高、表面活性中心多、催化效率高和吸附能力强等优异性质，将纳米微粒应用于电化学免疫传感器中，可以提高传感器测量的灵敏度、准确性、减少采血量和检测时间[1]。作为免疫分析技术的一个重要分支，免疫传感器除了具有传统免疫分析方法所共有的性能特点外，还具有高选择性、高灵敏度、可逆性和剂利用的高效率等优点。另外，免疫传感器大都制备简单，便于实现自动化、数字化和微型化，因此可以避免传统免疫分析方法所附带的一系列问题，故在临床分析、环境分析和生物监测过程中显示了强大的应用潜力[2]。因为免疫传感器常用来测量源于分析物和固定的抗体/抗原之间的反应而产生的信号，所以将抗体（抗原）固定在原始换能器表面的固定化过程在免疫传感器制备中有着重要的作用。大量的固定法已用于各种免疫传感器，如静电吸附、包覆法、交联法、共价键结合法等。
1电化学免疫传感器的工作原理
由于电化学免疫传感器具有高灵敏度、低成本和便携等优点，成为免疫传感器中研究最早、种类最多，也较为成熟的一个分支。电化学免疫传感器的基本工作原理是：采用电化学检测方法来检测标记的免疫剂或一些由酶、金属离子和其它电活性物质标记的标记物，从而对疾病诊断或病人状态监测中复杂系统的多组混合物进行分析提供有力数据[3]。用于电化学免疫传感器检测中的换能器主要分为电位型、电导型、电容型、阻抗型和安培型等装置。电位型传感器现在已经被公认为是一种成熟的传感器，已有大量的商品化产品。对于电位型传感器，当电流流动为临界点时，换能器界面处于平衡状态，此时电极或者表面修饰膜的电位变化与溶液定金属离子活性呈对数比例关系，这就是电位型换能器的基本工作原理。这类生物传感器具备制备简单、操作容易及选择性良好的优点[4]。
2功能性纳米材料技术
与块状物质相比，金属和金属氧化物纳米粒子由于其新颖的材料特性，近年来已被广泛研究。少于50个金属原子小团簇可以产生像大分子一样的效果，但大于300个原子的大团簇表现出大体积样品的性质，介于这两种极端之间的材料，通常为纳米材料，有许多未知的化学和物理性质，这也是许多研究一直集中于纳米材料的一个原因。纳米材料具有依赖于其尺度的光、电和化学性能[5]。纳米材料可以应用到许多领域，如光学器件、电子器件、催化、感测技术、生物分子标记等。考虑纳米粒子的优点，如大面积、高催化性和良好的亲和性，如今，多种纳米材料已被用来包覆蛋白质。常用的有纳米碳管（Cnts）、金胶体（aucolloidal）、量子点以及纳米二氧化钛。Cnts自从1991年被发现以来，引起了一股研究热潮。纳米直径的圆筒形石墨片状的Cnts具备高电导率、良好的化学稳定性、非常显着的机械强度和成模性。纳米碳管可以与Dna分子自组装（self-assembly）。根据理论预测与实验验证，Dna/Cnts层可作为新的电子材料[6]。由于Dna溶液可以胶化，混合的Dna/Cnts层能够在金属电极表面保持稳定，可以用来研究一些电化学现象或检测一些蛋白质性质。此外，带正电荷的蛋白质可被固定在带大量负电荷的Dna修饰层上。多壁纳米碳管与Dna混合后，可成功地固定在铂电极表面，更进一步的研究表示，细胞色素C可被强吸附在修饰电极表面形成一种近似的单分子层。
纳米技术的快速发展为纳米粒子在生物传感器和生物分析中的应用开拓了新的方向，由于其独特的物理、化学性质，纳米粒子引起了纳米科学家的极大兴趣，这些性质使其在化学和生物感测方面具有广阔的应用潜力。近年来，组成和空间结构不同的纳米粒子被广泛应用于不同生物分子识别的电学、光学和微量感测中。胶体金（Colloidalgold）和半导体量子点纳米粒子在生物分析中应用得非常广泛。通过与生物识别反应和纳米生物电子的耦合作用，能极大地提高这两种纳米粒子的用途。纳米粒子放大标记以及纳米粒子-生物分子的自组装产生极大的信号增强作用，为制造超灵敏的光学和电学检测奠定了基础，其灵敏度可与聚合物酶链反应（pCR）相比[7]。
纳米材料独特的性质使其在设计具有高灵敏度和选择性的核酸和蛋白质检测方法中具有广阔的应用前景。由于可以制得不同尺寸、组成和形状的纳米材料，调节其物理化学性质，使其在生物感测和生物分析中得到广泛的应用。由于纳米材料的小尺寸效应，其性质很大程度上受到与其结合的生物分子影响。近几年，不同组成的纳米粒子作为多种用途、灵敏的标记物被广泛地应用于识别不同生物分子的电子、光学和微天传感器中。纳米粒子放大标记以及纳米粒子-生物分子的自组装产生极大的信号增强作用，这种技术结合了纳米粒子-生物分子自组装的放大特性和光学或电化学传感器的高灵敏性，将多个基于纳米材料的放大单元和过程结合，也能够设计出多重放大器，满足现代生物分析对更高灵敏度的需求[8]。金属纳米粒子独特的催化性质能在其本身或另一种金属纳米粒子的刺激下实现放大信号的功能。也可以通过将大量的能够产生信号的分子封装在纳米粒子中以提高每个结合过程标记物的数量，达到放大信号的目的。这些基于纳米材料的生物感测和生物分析方法还能够与其它的放大技术结合。如图1所示。
3基于功能性纳米粒子的电化学免疫传感器与应用
基于抗体和抗原的特异性反应，免疫传感器为免疫剂的分析提供了一种灵敏的选择性的方法。在此方法中，免疫材料被固定在传感器上，通过标记物与其中一种免疫剂的复合物对分析液进行测量[9]。一般是通过测量标记物的特异活性，例如放射性、酶活性、荧光、化学发光或生物发光对分析物进行定量。但是每一种标记物都有自己的优缺点，含有金属标记物免疫检测的金属免疫检测，以克服一般的放射性标记，荧光标记和酶标记的缺点。电化学检测的金属免疫分析具有以下几种优点：如，检测液用量少、样品不用纯化、灵敏度好、仪器设备相对便宜。尽管电化学技术能够检测到nano-mole有机金属化合物或金属离子，与能检测到pico-mole级的荧光检测方法相比，灵敏度还不够高。使每个结合物上含有最大量的金属标记物的理想方法是使用包含上千个金属原子的金属纳米粒子。由于其优越的氧化还原活性，胶体金是电化学免疫感测和免疫标测标记物的最佳选择。现已建立了一种基于金纳米粒子循环累积的新方法，通过阳极溶出技术检测人的免疫球蛋白（igG）[10]。在生物素存在下，脱巯基生物素和亲合素的解离反应为能够分析最终定量的金纳米粒子的循环累积提供了有效的路线。阳极峰电流随着循环次数的增加而增大。五个循环的累积即可满足该分析方法的需要。这种方法的优点就是背景值很低，从而使人igG的检测极限可达0.1ng/ml。如图2、图3所示。
4结语
纳米技术为设计超灵敏的生物传感器和生物分析方法提供了很大的机会。纳米粒子在生物传感器放大和生物分子识别具有巨大的潜力及应用价值。新的纳米粒子感测技术的超强灵敏度，为常规方法检测不到的疾病标记物提供了可行性。这种高灵敏的检测方法还能够实现疾病的早期诊断或预警。纳米粒子标记物在蛋白质检测中的应用还处于起步阶段。但超灵敏的Dna检测中的应用会为蛋白质的检测提供好的起步。
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纳米材料研究分析篇9
关键词：硼酚醛树脂；塑料合成；制备
0.前言
近年来，塑料工厂所使用的合成树脂及塑料大部分都是酚醛树脂与酚醛树脂合成塑料，塑料研制的时间非常早，且商品化发展也较成功。所以，在各种材料生产及加工中，硼酚醛树脂及其塑料备受青睐。因此，研究人员为进一步了解硼酚醛树脂及其塑料合成情况，深入分析相关合成方法，对之后进行硼酚醛树脂塑料合成制备起到重要作用。
1.硼酚醛树脂合成分析
当前，大量研究针对硼酚醛树脂的具体合成方法做了更进一步的分析，基本认定合成方法包括以下几种：
1.1甲醛水溶液合成法
甲醛水溶液合成法又称之为福尔马林法，包括缩合反应、酯化反应两种，即首先把苯酚和甲醛的水溶液或是固定的甲醛与催化剂作用之下，完成初始反应，以取得水杨醇；然后把硼酸直接加至水杨醇的体系当中，以控制好整个反应的时间、温度，同时把硼直接放入硼酚醛树脂的分子结构当中，待其固化后可制作成相应的硼酚醛树脂。
1.2固相合成法
硼酚醛树脂合成过程中所采用的固相合成方法，又称之为多聚甲醛法，包括两个流程：第一，先把苯酚和硼酸进行酯化反应，从而生成硼酸酚酯；第二，再加入一定量的固体甲醛，以完成缩合反应；然后对其进行固化处理之后，可制作成硼酚醛树脂。在整个合成过程中，与硼酸所进行的酯化反应，会把苯酚内的酚羟基封锁，进而较好地解决了因酚羟基导致所合成的硼酚醛树脂的耐水性较差问题。此种合成方法的收回率非常高，但进行反应所需条件较高，很难控制，所得到的产物质量容易受到时间所影响。
1.3有机硼化合物改性合成法
因硼酸在大部分有机溶解剂当中的溶解性能相对较差，所以，很多研究者采用各种方式来合成相应的有机硼化合物，之后把所合成的有机硼化合物和硼酚醛树脂进行反应，以合成全新的硼酚醛树脂。经此种方法合成的硼酚醛树脂塑料，可改善硼与酚醛树脂之间的相容性，同时还能进一步提升整个反应活性，最终提升所合成硼酚醛树脂的热性能。
2.硼酚醛树脂塑料合成制备分析
硼酚醛树脂塑料的具体合成制备方法为：以原位聚合法来制备硼酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料：首先，用各种有机改性剂来对蒙脱土纳米复合材料做相应地改性，以改善蒙脱土的亲和性，且将层与层之间的间距扩大；其次，把已改性的蒙脱土和甲醛、苯酚直接放置于反应瓶当中，并使用氨水当作催化剂，根据甲醛水溶液合成方法来制备相应的硼酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料。根据上述研究结果证实，蒙脱土的片层已经被部分地剥离，然后均匀地分散至树脂的基体当中。
通常情况下，硼酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料热分解的温度与在780摄氏度之下所计算出的最高残炭率进行对照，结果显示比酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料温度高出大约56摄氏度。然而，硼酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料所产生的吸水率往往要高于酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料；出现此种情况主要因酚醛树脂在合成时，会携带一些没有反应或是反应不彻底的硼导致，研究人员利用固相合成方法来制备硼酚醛树脂，吸水率比甲醛水溶液合成方法所合成的硼酚醛树脂要低。
多壁碳纳米管是分子模型的石墨碳管中的一种，其性能良好，特别是岬夹浴⑷刃阅芗傲ρ性能等优势较明显。大部分研究者在合成制备过程中，在制备改性多壁碳纳米管时，在纳米管中加入适量羧基，在相同条件下进行反应，同时在多壁碳纳米管的结构内直接加入苯环，而硼酚醛树脂主链主要包括苯环、亚甲基，因此，加入苯环能够较好地改善硼酚醛树脂与多壁碳纳米管间的相容性。同时以硼酸于多壁碳纳米管侧壁上面直接引入相应的反应基团，而后通过原位聚合方法把改性多壁碳纳米管直接引到整个硼酚醛树脂当中，以便配置制备硼酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料。上述研究结果证实，改性多壁碳纳米管内直接引入基团，其作用较明显，可大大促进多壁碳纳米管和与硼酚醛树脂互相作用。
纳米材料研究分析篇10
关键词：石墨；纳米石墨微片；氧化镍；聚乙烯；纳米复合材料
中图分类号：tQl27.1；tQ322.2文献标志码：a文章编号：1007-2683（2013）02-0011-05
有机/无机纳米复合材料因其在导电、导热、电磁屏蔽、热稳定性、力学性能等方面的独特功能倍受科学家们的重视而成为当前功能性复合材料的研究热点，石墨作为一种优良的导电、导热、耐腐蚀、化学性质稳定的层状材料，其研究和应用一直受到广泛的关注，特别是自石墨烯发现以来，其潜在的理论和应用价值使其已成为目前研究的热点，石墨烯独特的物理、化学和力学性能为有机/无机纳米复合材料的开发提供了原动力，可望开辟诸多新颖的应用领域，诸如新型导电复合材料、多功能聚合物基复合材料等等。
然而，石墨烯无论从制备及其在聚合物中的分散方面均存在较大的难度，这在很大程度上限制了聚合物/石墨烯纳米复合材料的研究与应用，相对而言，具有较多片层结构的纳米石墨微片在制备和分散方面具有较明显的优势，纳米石墨微片的特征结构在于它的厚度为纳米尺寸，一般在30～80nm范围内，直径为微米尺寸，因此形状比可以达到100～300；纳米石墨微片仍然有与鳞片石墨相当的导电性，室温下电导率达104S/m数量级；其制备方法较为简单，可以从膨胀石墨（eDG）经超声或其他分散方法直接获得；另外，纳米石墨微片只有厚度为纳米尺寸，因此作为填料不会像其它纳米粉末那样具有很强的团聚性而难于分散，同时也避免了石墨烯只有在水溶液或原位聚合时才能均匀分散的问题。
纳米石墨微片作为聚合物复合填料较一般传统的石墨粉末具有很多优势，如其形状比非常之大，在聚合物中较易形成导电网络结构，同时添加量少、导电渗滤阀值低、复合材料相对密度小、力学性能因填充导致的劣化小等，例如，pmma/纳米石墨微片复合材料当纳米石墨微片的体积分数为2.o%时，电导率达到10-3/cm；pp/纳米石墨微片复合材料的力学性能在较低逾渗值时也获得了提高；pani/纳米石墨微片复合材料的导电性能在纳米石墨微片质量分数仅为1.5%时由原来单纯掺杂pa-ni的5S/cm提高到33.3S/cm，有关聚合物/纳米石墨微片复合材料的研究多集中获得导电性能方向，其他方面研究相对较少。
聚乙烯（pe）作为产量最大的通用塑料之一，其原料广泛、价格低廉、重量轻、低毒性，并具有良好的机械性能、电气绝缘性、耐化学腐蚀性、以及成型加工方便等特点，被广泛应用于建筑、交通、电线电缆等行业，然而，聚乙烯属易燃材料，有关其热降解机理与阻燃技术的研究仍是有待深入研究的领域之一。而纳米石墨微片对聚乙烯热稳定性的影响鲜有报道，为此，本文在成功制备纳米石墨微片的基础上，采用氧化镍负载纳米石墨微片，研究了二者对复合材料热稳定性的影响。
1、实验部分
1.1实验原料
聚乙烯（pe）：Q210，中国石化北京燕山分公司；石墨，297μm，青岛天和石墨有限公司，其他试剂均为化学纯。
1.2膨胀石墨的制备
称取1.0g的重铬酸钾，加入到盛有30mL浓硫酸的烧杯中，超声处理使之充分溶解，将称量好的10g天然鳞片石墨加入到烧杯中，并在水浴30℃的条件下反应30min，过滤并以蒸馏水水洗，至pH接近7，产物放入80℃烘箱中干燥处理24h，在800℃的马弗炉中加热1min，得到膨胀石墨（eDG）。
1.3纳米石墨微片的制备
将膨胀石墨3.og加入300mL浓硫酸与浓硝酸体积比为3：1溶液中，30℃水浴加热30min，抽滤水洗至中性，加入250mL蒸馏水中，再加入o.5g十二烷基硫酸钠，30℃水浴加热30min，抽滤水洗至滤液中无泡沫，将产物超声处理30min得到纳米石墨微片悬浮液，干燥后得到纳米石墨微片（Gn）。
1，4氧化镍负载纳米石墨微片的制备
称取0.50g硝酸镍溶于含有1g纳米氧化石墨微片的溶液中，超声处理1h；称取0.48g柠檬酸和0.05g聚乙二醇溶于适量水中；将两者混可后改用磁力搅拌1h，然后逐滴滴加氨水调节pH至7后再搅拌o.5h；将体系放人90℃水浴锅中继续搅拌至呈凝胶状态；取出放人120℃烘箱中干燥处理12h后，放入坩埚中于马弗炉中500℃烧2h，得到氧化镍负载纳米石墨微片（nio/Gn）。
1.5复合材料的制备
将0.50gGn或nio/Gn放人500mL三口瓶中，加入150mL二甲苯，超声处理30min；机械搅拌加热至沸腾，30min后加入9.50g聚乙烯，继续搅拌加热3h；将三口瓶中溶液倒入800mL水与乙醇体积比为l：l的溶液中，沉淀后抽滤，所得样品于120℃烘干5h，得到复合材料。
1.6测试表征
x-射线衍射分析（XRD）采用日本理学D/maX-2200，CuKα，管压40kV，波长为0.154nm，扫描速率2°/win；扫描电子显微镜（sem）采用Fei-Sirion200（philips）测试，样品采用乙醇超声分散后粘在导电胶上，喷金处理后观察其形貌；透射电子显微镜（tem）采用日本电子公司Jem-2100F表征，样品在乙醇中超声处理30rain后负载在74μm的铜网上进行观察；热重分析（tG）采用pyris6热重分析仪（美国pe公司），样品质量约为10mg，温度范围50～700℃，升温速率为20℃/min，氮气气氛保护，氮气流量为20mL/min。
2、结果与讨论
2.1纳米石墨微片的结构
纳米石墨微片的XRD谱图如图1所示，可以看出，纳米石墨微片在20为26.4°时出现了石墨层结构的（002）特征衍射峰，同时（004）衍射峰出现在2θ为54.7°，说明纳米石墨微片仍具有石墨的层结构，从Sem和tem可以观察到很薄的纳米石墨片层，如图2所示，而且，纳米石墨片层分散均匀，未发现明显的团聚现象，在制备纳米石墨微片的过程中，将膨胀石墨进行酸化处理，使片层边缘形成一定的羧基、羟基等基团，能够与表面活性剂（十二烷基硫酸钠）相互作用，从而形成表面活化的纳米片层，长链烷基的存在有效阻隔了纳米片层间的相互作用，从而避免了纳米片层间的团聚的发生，此外，经表面处理还有助于纳米片层在聚乙烯中的分散。
2.2氧化镍负载纳米石墨微片的结构
采用溶胶一凝胶法制备的氧化镍负载纳米石墨微片的XRD谱图如图3所示，可以看出，除了纳米石墨微片在2θ为26.4°和54.7°处的（002）和（004）衍射峰外，谱图中还在2θ为37.3°、43.2°和62.8°处出现了氧化镍的（111）、（200）和（220）衍射峰，Sem的形貌观察可以看出，如图4，在纳米石墨微片的片层上均匀分布着氧化镍颗粒，经过负载后，出现了纳米片层的团聚现象，重叠的纳米片层间存在氧化镍颗粒，在负载过程中，产物经过500℃的热处理，在此温度下，十二烷基硫酸钠全部热分解，片层间因丧失了表面活化作用以及长链烷烃的阻隔作用而发生团聚，但由于溶胶一凝胶反应过程中，镍离子能够与酸化及活性的片层发生作用而均匀分散在片层上，在热处理时，生成的氧化镍因此能够被固定在片层间及表面。eDS能谱结果（图5和表1）证实了产物中镍元素的存在。
2.3复合材料的热稳定性
pe及其纳米复合材料的tG曲线如图6所示，其在不同热失重下对应的热降解温度在表2中列出，在热失重2%时，pe的热降解温度（t2%）最高，pe/Gn的t2%比pe低14℃，主要原因在于表面活性剂的分解导致复合材料的热稳定性降低；而pe/nio/Gn的t2%较pe下降了138℃，表明氧化镍的存在显著降低了复合材料的热稳定性，在热失重为5%时，pe和pe/Gn具有相同的热降解温度（t2%），而pe/nio/Gn的t2%较其下降了73℃，进一步说明了氧化镍具有促进pe热降解的作用，在热失重为50%时，pe/Gn的热降解温度（t50%）最高，比pe高3℃，而pe/nio/Gn的t50%与pe十分接近，可见，在此温度下，纳米石墨微片的加入有助于提高pe主链的热稳定性，其解释应在于纳米石墨微片在表面的积累能够在一定程度上阻隔传递到聚合物的热量以及热降解产物的释放，从而提高了相应的热降解温度。在热降解后期，热失重90%时，大部分的pe已经降解，此时，pe/Gn和pe/nio/Gn的t90%均比pe略高，说明在热降解后期，纳米片层的阻隔作用对延迟pe的降解发挥了一定的作用，由以上分析可以看出，纳米片层的存在能够提高pe的热稳定性，应归功于其对热量和质量传递的阻隔作用，而氧化镍却使pe的热降解提前发生，其对热降解的促进作用显著大于纳米片层的阻隔作用，因此，pe/nio/Gn的热失重在497℃之前始终高于pe和pe/Gn（如图6），直至纳米片层的阻挡层足以作用，之后pe/nio/Gn与pe/Gn的热失重曲线逐步接近。