中空铜纳米线的拉伸断裂分布与初始滑移分布的关系

构建了系列球形中空结构的纳米线(NW),采用分子动力学(MD)对每个模型300个不同初始态的样本开展拉伸形变模拟。并利用基于密度的噪声应用空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN)机器学习算法,获得了初始滑移面的位置。基于大数据统计,分析了初始滑移位置分布以及断裂位置分布两者之间的相关性。研究结果表明:当内部中空半径较小时,断裂位置分布形成于塑性形变阶段,初始滑移分布与断裂位置分布之间无显著的相关性;但是对于脆性特征明显的大中空半径的NW,高能内表面诱导产生的滑移面迅速积累,产生颈缩并导致最终的断裂。因此当内部中空结构达到一定尺寸时初始滑移位置的分布与最终断裂位置的分布之间有明确的因果关系。

ZHL-02置换镀和电镀银层的耐蚀性能研究

镀银方法可分为置换镀和电镀,为了比较这2种方法制得的镀层的耐蚀性能和电偶腐蚀行为,利用扫描电子显微镜、XRD、电化学工作站、Tafel曲线和电偶腐蚀方法研究了以5, 5-二甲基酰胺为主配位剂的无氰镀银工艺中ZHL-02置换镀和ZHL-02电镀镀层的耐蚀性能和电偶腐蚀行为。结果表明:置换镀层结晶好,覆盖更完整,在同等厚度条件下,抗电偶腐蚀性能略优于电镀层。随着置换镀银时间的延长,镀层的自腐蚀速率逐渐下降。但其耗时长,且难以获得1μm以上的厚度,一定程度上限制了其应用。相较于置换镀,电镀的速率快得多,电镀5 min就可获得> 2.4μm的银镀层。随着电镀时间的延长,银层中会出现较大的颗粒,形成细小气孔等缺陷结构,电镀银时间为1、2、5 min时,对应的自腐蚀速率分别为7.15×10^(-3)、5.30×10^(-3)、4.27×10^(-3) mm/a。电镀时间从1 min延长到2 min,再延长到5 min时,镀层的平均电偶腐蚀速率出现了先下降后增大的现象。

初始微观结构缺陷和断裂的温度依赖及相关性

纳米线(NW)结构内的微观结构缺陷对NW的机械性能存在一定的影响。NW断裂位置的预测关系着纳米器件应用的寿命,进而引起了人们的广泛关注。在本工作中,基于统计分析,分别研究了单晶铜纳米线(Cu NW)拉伸过程中出现的断裂位置以及在应力屈服点处产生的初始微观结构缺陷(初始缺陷)的位置对温度的依赖性,进一步探究了两者之间的联系。利用分子动力学(MD)模拟了单晶Cu NW在20~300 K的温度范围内的拉伸状态,共包含6个体系,各温度体系包含300个独立的样本。基于机器学习,采用density-based spatial clustering of applications with noise(DBSCAN)算法,将hexagonal close-packed(hcp)原子划分为各个初始缺陷以进一步确定其位置。统计结果显示,当温度低于50 K时,初始缺陷的位置集中在NW的两端。随着模拟温度的上升,MD模拟结果展现了单晶Cu NW的拉伸过程中的杨氏模量、平均屈服应力、平均势能等机械性能对温度的依赖性。温度的升高进一步促使了更多初始缺陷的产生,并使得初始缺陷的位置由统计分布的两端向中间平均化。与初始缺陷相比,各温度下的断裂位置集中在两端。统计结果表明,模拟的温度范围对NW的断裂位置无明显影响,但对初始缺陷的产生具有明显影响。当温度低于100 K时,初始缺陷的位置分布与断裂位置分布呈现了一致性。由于两者具有不同的温度依赖,其差异随着温度的上升逐渐显现。对不同温度下的微观结构形变行为观察发现,断裂失效明显受到NW两端的表面效应和阻挡效应的影响。最终的断裂位置受塑性形变中后期的影响,与应力屈服区产生的初始缺陷无直接联系。

无氰镀银后处理工艺对镀层表面状态的影响

通过紫外-可见分光光谱法和扫描电子显微镜,研究了便于生产中应用的后处理方法,即镀液浸泡、水浴超声处理和镀液浸泡加水浴超声处理对ZHL-02无氰镀银层表面状态的影响。结果表明:镀液浸泡15~30 s、40℃水浴超声3~5 min,镀液浸泡20 s后再40℃水浴超声3~5 min处理样品,表面状态均洁白光亮,扫描电镜观察得到镀层的颗粒尺寸为18~22 nm,在460~700 nm波长范围内,有90%以上的反射率。使用镀液浸泡20 s后再40℃水浴超声3~5min的处理工艺优于前两种方式,更适合在大规模工业生产中推广应用。

石墨烯改性涤纶并股纱线的力学、导电性及传感性能研究

为探究石墨烯改性涤纶纱线在柔性织物传感器的应用,对石墨烯改性涤纶纱线进行多根并股,研究了纱线根数、长度、拉伸、洗涤等因素对纱线导电性的影响,并对纱线的力学与传感性能进行了探讨。结果表明:石墨烯改性涤纶纱线的电阻与测量长度成正相关,与纱线根数成负相关。与3、9、12、24根石墨烯相比,6根石墨烯改性涤纶并股纱线是断裂伸长率、导电性及传感性较好的试样;拉伸率为12%~30%时导电纱线的线性度和灵敏度比拉伸率为0~12%时好;洗涤次数对导电纱线的电阻影响不大。

自组装膜结构与电化学行为的关系

报导了组装时间对4-乙氧基-4'-N（2”-巯基-乙基）羧基酰胺-偶氮苯（C2AzoC2）自组装膜电化学行为的影响，接触角与界面电容的数据表明；组装时间的增长使自组装膜表面覆盖度增加．从循环伏安图中可以观察到氧化峰与还原峰之间的距离增大，同时计算得到的表观电极反应速率常数显著减小.基于偶氮苯基团的自身结构及其在电化学反应过程中所经历的构型改变，认为有序体系中组装结构的致密性阻碍偶氮苯基团的构型变化，使成膜分子氧化还原过程的活化能升高，从而导致了表观电子转移速率常数的减小．

偶氮苯衍生物自组装膜的表征及组装动力学

报导了4-正辛基-4′-（3－巯基丙氧基）偶氮苯（简称C8AzoC3）自组装膜（Self-AssembledMonolnyersSAMs）的表征及其自组装成膜动力学，接触角滴定、原子力显微镜（AFM）及电化学的实验结果表明，C8AzoC3分子在金表面自组装形成致密有序的流水性单分子膜，并且在电极上没有明显的电化学响应．通过控制组装时间，考察了偶氮苯自组装形成单分子膜的动力学过程，从接触角和电化学数据得到组装过程的速率常数kad为（1.2±0.2）×103mol-1·dm3·s－1；依据不同组装时间形成的自组装膜的特征循环伏安行为，提出了C8AzoC3分子在金表面自组装过程的动态模型．

巯基乙胺自组装膜表面润湿性的变化

报道了巯基乙胺自组装膜在不同的时间尺度内表面润湿性的特征变化．利用接触角滴定方法对其表面状态进行实时监控表明，自组装膜由固／液界面转移至固／气界面后，接触角在短时间内经历了一个快速升高过程和一个相对较慢的变化过程．从表面自由能的角度，讨论了该现象的机理．采用不同ｐＨ值的缓冲溶液进行接触角滴定，得到了巯基乙胺自组装膜的滴定曲线，从而确定表面ｐＫｂ值为１．７±０．２．从接触角滴定曲线在长时间内的变化趋势中发现，ｐＫｂ值无显著变化，但曲线整体向上平移，并且滴定曲线中上下平台的差值随时间增长而减小．

扫描探针显微术在巯醇自组装单分子膜纳米刻蚀中的应用

介绍了近十年来扫描探针显微术(SPM)在巯醇自组装单分子膜纳米刻蚀中的应用.依据扫描探针的工作原理,依次讨论了扫描隧道显微镜、原子力显微镜和导电原子力显微镜的工作特点和适用范围.同时也讨论了自组装单分子膜纳米刻蚀术在生物分子传感器、超高密度信息存储等领域的应用前景.

基于随机行走的二维空间扩散模拟研究(英文)

分子的扩散行为是微观化学的重要研究领域.影响扩散行为的因素很多,但是目前各个因素的具体影响效果还不明确.作者基于随机行走理论建立了分子在二维空间的扩散模型,依据此模型自主开发了模拟软件以及数据分析系统,并利用该模拟软件系统研究了势垒、横向速度等因素对扩散行为的影响,验证了该模型的可靠性,证明根据该模型可以得到和实验、理论相吻合的结果.该软件有望成为模拟微观化学扩散行为的潜在平台,如电化学以及膜过滤过程中的扩散.

从分子水平研究电子传递

有机分子中电子传递受到诸多因素的影响,纳米电极、界面、环境和分子本身都是必须要系统考察的因素.本文从理论模拟和实验研究两个方面总结了在分子尺度上电子传递研究的最新进展.着重讨论了分子动力学方法模拟纳米电极的制备,量子化学方法研究电场作用下的分子构象及分子电导,另外还讨论了扫描隧道显微术和电化学方法研究单分子结的电子传递.分子电子传递的研究不仅涉及微观的实验测量,从宏观的实验结果通过合理的分析推导,也可以得到微观的信息.

利用傅立叶变换研究铜双晶纳米线的断裂行为

利用超大规模分子动力学模拟程序研究了[111]襓[110]双晶铜纳米线的拉伸断裂行为.针对样品的周期性结构,开发了离散傅立叶变换进行晶体特征分析的技术.通过转换实空间的原子密度分布函数,得到振幅-频率图和归一化的长轴原子密度分布图.这两种处理方法提供了晶体取向和结晶状态的信息,其中振幅-频率图适合描述大范围的晶体特征,而归一化长轴的原子密度分布则反映了局部的细节.利用该方法,考察了不同拉伸时刻[111]襓[110]双晶铜材料的晶体取向和结晶状态.在拉伸过程中,从振幅-频率图可以观察到4.78nm-1处的[111]特征峰和7.81nm-1处的[110]特征峰发生了低频移动和峰形变宽的现象;同时在断裂时刻观察到了5.50nm-1处的[100]特征峰.证明[111]襓[110]铜双晶纳米线在拉伸形变过程中发生了界面融合,同时界面层原子向[100]晶向的转变,最终导致了双晶纳米线在[111]晶向一侧断裂.傅立叶变换晶体分析技术在纳米材料和器件的研究中可以发挥积极的作用.

偶氮苯衍生物自组装膜特征电化学的模拟

讨论了偶氮苯衍生物自组装膜的电极反应速率常数对其表面覆盖度的依赖关系的机理，建立了相应的数学模型，进一步编写计算程序对这种电化学行为做了模拟讨论。

导电原子力显微镜对蛋白质在分子水平上的电学表征

The electric and dielectric properties of metalloprotein, azurin, were studied at real molecular level by using conducting atomic force microscopy(C-AFM). Under a force lower than 2 nN, dielectric breakdown was observed. When reliable electrical contact between electrodes and protein is achieved under a force greater than 5 nN, well-behaved current-voltage characters are revealed, and dependent on the force load.

电子在有机单分子膜中传递研究的新进展

随着分子电子器件研究的兴起,人们广泛使用诸如表面电化学、微接触滴汞电极、导电探针显微术和“B reak-junction”等各种电化学或电学手段,对电子传递过程进行了深入研究。本文评述了有关电子在有机单分子膜传递研究的最新进展,同时介绍了与此相关的理论。

3,4-二羟基苯甲酸在自组装结构中的电化学行为

电极与有确定取向的电活性基团之间的电子传递是电化学领域的研究热点．利用二维有序薄膜固定电活性官能团是一个成熟的方法［１］，主要包括ＬＢ技术和自组装技术，这两者都存在着样品合成困难的问题．近年来，通过表面逐层反应来固定电活性官能团已有研究，但是反应过程...

温度和电流密度对无氰镀银层微观形貌的影响

研究了无氰镀银工艺中镀液温度和电流密度对镀层微观形貌的影响。结果表明,低电流密度区置换对镀层起到决定作用,镀层结晶度高。推荐电流密度范围内结晶细腻,外观光亮。更高的电流密度导致结晶粗糙。不同温度对结晶的特点略有影响,但不显著。实验表明,镀层的形成包含了结晶成核和晶体生长两个步骤。每个步骤主要包括置换和电沉积两个驱动力。

电化学实验教学实践

在本科高年级综合化学实验中引入电化学实验,通过两个电化学综合实验,加强对学生电化学方面的培养,使学生了解电化学的使用范围和优缺点。

蚀刻引线框架用的弱碱性无氰镀银工艺的研究

蚀刻引线框架作为集成电路芯片载体的新发展方向,近年来在微电子行业逐步得到应用。由于蚀刻引线框架在制备中需要用到多层具有特定图形的非耐碱的光刻胶膜,而传统的氰化镀银无法满足这一工艺需求,因此发展弱碱性的无氰镀银工艺具有极大应用价值。本文研究了基于5,5-二甲基乙内酰脲(DMH)无氰镀银体系的弱碱性镀银工艺,利用循环伏安法和计时电流法考察了该体系的电沉积行为与银结晶的成核机理;通过改变系列工艺条件确定的该工艺的有效工作窗口;并在优化的工艺条件下表征了镀层性能与镀液性能。结果表明该镀银层结晶细腻,平均颗粒尺度在16.7±3.6 nm。XRD测试表明其等效的晶粒尺度在43.6±3.0 nm,且(200)晶面为择优取向晶面。该镀银层白度为7.2%,光亮度为117 Gs,硬度为74±4 Hv。镀液性能测试表明,该镀液电流效率达到了99.2%(30℃/0.6 ASD),30℃条件下的分散能力约为83%。上述测试及实际蚀刻引线框架样品的试镀均展示了该工艺在实际应用中的潜在价值。

化学专业本科阶段创新后备人才培养的几点思考

积极参与科研活动是本科阶段创新人才培养的一条途径。本文讨论了该过程中存在的一些问题,同时给出了相应的建议。