衬底负偏压增强金刚石成核机制的研究进展

综述了近几年来对衬底负偏压增强金刚石成核机制的研究,并且对各种机制进行了分析和讨论,提出了今后有待研究的问题。

天花粉蛋白晶体生长的斜锥形成核机制

用原子力显微镜（AFM）研究了天花粉蛋白（Trichosanthin,TCS）晶体表面的斜锥形成核过程.对不同过饱和度下（σ=1.02~1.65）的TCS晶体成核过程进行了全方位的跟踪观察.发现在结晶前期,体系先采用线型生长,生长成链状聚集体,再进行侧向链间结合,最后形成不对称三维斜锥形核;在后期的成核过程中,TCS分子以尺寸不一的球形聚集体存在,并依次连接成串,进一步形成斜锥形核.通过AFM实验,详实地观测了TCS晶体生长的斜锥形成核过程,并从结构生物学角度阐释了这一成核现象的微观机制,给出了两种的成核途径.

金属锂负极的成核机制与载体修饰

金属锂具有电位低、比容量高等突出优点,是极具吸引力的下一代高能量密度电池的负极材料,然而存在枝晶、死锂、副反应严重、库伦效率低、循环稳定性差等问题,限制了其实际应用。金属锂负极的成核是电化学沉积过程中的重要步骤,锂在集流体或导电载体上的均匀成核和稳定生长对于抑制枝晶死锂、提高充放电效率和循环性能具有关键作用。本文从成核机制与载体效应的角度概述了锂金属负极的研究进展,介绍了锂成核驱动力、异相成核模型、空间电荷模型等内容,分析了锂核尺寸及分布与过电位和电流密度的关系,并通过三维载体分散电流密度、异相晶核/电场诱导成核、晶格匹配等方面的研究实例讨论了载体修饰对锂负极的性能提升。

Ni-Mo-C合金的电沉积行为及成核机制

采用循环伏安、阴极极化曲线、旋转圆盘电极、电化学阻抗谱、计时电流等方法研究了Ni-Mo-C合金的电沉积行为及成核机制。结果表明:Ni-Mo-C合金的电沉积过程存在成核行为;电极反应是一个不可逆过程;随电极电位增大,电极反应速率加快;合金的成核机制从连续成核转变为瞬时成核,合金的沉积受扩散控制程度较大。

污染地区硝酸促进的硫酸-二甲胺气溶胶成核机制

大气气溶胶对环境和人类健康有重要影响,而硫酸是大气气溶胶成核的主要物质。硝酸是大气中除硫酸外的另一种重要的无机酸,在大气中分布广泛,含量丰富。目前有研究表明硝酸可参与清洁寒冷的较高对流层中硫酸-氨的成核过程,然而硝酸能否对人类活动的大气边界层的气溶胶成核过程产生影响,到目前还不清楚。

磁控溅射ZnO薄膜的成核机制及表面形貌演化动力学研究

利用原子力显微镜分析了ZnO薄膜在具有本征氧化层的Si(100)和Si(111)基片上的表面形貌随沉积时间的演化.通过对薄膜生长形貌的动力学标度表征,研究了射频反应磁控溅射条件下,ZnO薄膜的成核过程及生长动力学行为.研究发现,ZnO在基片表面的成核过程可分为初期成核阶段、低速率成核阶段和二次成核阶段.对于Si(100)基片,三个成核阶段的生长指数分别为β1=1·04,β2=0·25±0·01,β3=0·74;对于Si(111)基片,β1=0·51,β2=0·08±0·02,β3=0·63.在初期成核阶段,ZnO薄膜的成核密度可能与Si基片表面的本征缺陷有关,薄膜的生长过程除扩散效应影响以外,还可能存在着比较强的晶粒择优生长和晶格错配应力粗化机制.在低速率成核阶段,薄膜的生长行为主要受沉积速率所支配,而扩散效应的影响相对弱化,错配应力得以进一步释放.在二次成核阶段,载能粒子对基片表面的轰击是导致ZnO薄膜再次成核的重要原因,同时阴影效应也可能对薄膜的生长有一定的影响.在薄膜生长后期的稳定生长阶段,薄膜的表面粗糙度明显降低,具有典型的柱状晶生长特征.

逐步成核机制及其在科学计量学领域的应用研究进展

逐步成核机制(PNM)是结晶学领域的基本概念,K.Sangwal在2011年将其引入科学计量学领域,用于描述科研领域中作者、期刊、论文和引文的增长规律。文章介绍了逐步成核机制基本公式与增长曲线的研究进展,概括了其在科学计量学领域3个方面的应用:衡量学科领域的增长速度,衡量学科领域的饱和度以及衡量作者的科研产出和学术影响力。最后探讨了逐步成核机制应用于科学计量学领域的局限性和未来可能的研究方向。

片晶折叠表面成核机制与结晶温度的相关性研究

利用自晶种方法,在邻二氯苯稀溶液中培养聚丁二酸丁二醇酯(PBS)晶体,系统研究了结晶温度对其晶体形貌的影响.使用PBS单晶作为研究对象,有效避免小尺寸观察不具有统计意义的缺点.在结晶过程中,通过改变结晶温度和自晶种温度,可有效调控稀溶液中生长的PBS晶体尺寸大小和晶体中缺陷的数量,得到了单层无缺陷的单晶、双层晶体和多层晶体等一系列PBS片晶.基于对不同实验条件下得到片晶的形貌和表面粗糙度的统计结果,提出晶体中可容忍的缺陷数量与结晶温度和晶种温度密切相关这一结论,通过建立热力学模型,定性分析了晶体中缺陷数量和结晶温度的依赖关系,从片晶表面粗糙度统计结果出发,提出高分子片晶折叠表面成核机制,较好地解释了实验中观察到的不同PBS晶体的形貌.

pH对纳米AlOOH水热成核机理和界面模型的影响

重点分析不同pH环境条件下的水热产物形貌特征,从成核机理、界面模型以及生长法则三方面,解释了其在水热过程中发生定向生长的原因。并结合颗粒生长规律,用最小自由能原则揭示了不同pH介质环境体系下导致AlOOH发生异型形貌的根本原因。结合AlOOH晶体结构特点,构建了AlOOH的界面模型。阐明了环境体系影响晶体的化学键链,从而改变了外在形貌的本质,因此得出了pH介质不同、生长界面模型不同、其成长机制也就不同的结论。

超疏水涂层的防结冰性能研究进展

在寒冷气候地区,冰雪在表面的过量堆积对人类的生产和生活带来了巨大的灾难。超疏水涂层由于其独特的表面特性,被广泛研究并应用于防结冰领域。本研究系统阐述了超疏水表面的润湿行为和冰晶的成核机制,揭示了超疏水涂层的防结冰机理,并分析了超疏水涂层防结冰性能的主要影响因素及研究进展。最后,指出了超疏水涂层在防结冰性能及应用方面的未来发展方向。

大气中新粒子生成机制的研究进展

新粒子生成是大气气溶胶粒子的重要来源之一,对全球空气质量、气候效应和人体健康都有着重要的影响。该文综述了实际环境大气观测新粒子成核过程中使用仪器的发展变化进程和大气中新粒子成核机制以及随后增长过程的重要研究成果。目前在全球很多不同的大气环境下都观测到了新粒子生成事件发生,并通过实验室研究和模型模拟发现了一些成核和增长机制,然而尚未有统一的机制能够全面系统地解释不同环境下新粒子是如何生成和增长的。特别是中国大气复合污染条件下粒子成核和增长的机制尚不明确。开发和应用先进的监测技术,结合外场观测、实验室研究和模型模拟等研究方法,在不同环境下进行长期的全面综合观测研究,进一步探究新粒子生成和增长背后的化学机制以及新粒子对区域空气质量和全球气候变化产生的影响,是大气新粒子生成研究亟待开展的工作。

邻苯二甲酸-硫酸成核机理理论研究

大气气溶胶对地球环境和人类健康有着重要的影响。对流层中的二次气溶胶是大气气溶胶的主要来源之一,其形成一般分为两个阶段,首先是形成临界核阶段,然后是快速生长的过程。邻苯二甲酸和硫酸作为大气中常见的成核前体物,目前对它们的成核机制研究较少。通过高精度的量化计算得到了团簇的结构和热力学参数,蒸发速率分析表明相对于硫酸二聚体,邻苯二甲酸和硫酸形成的异二聚体更加稳定,即邻苯二甲酸的加入极大降低了硫酸团簇的蒸发速率,说明邻苯二甲酸具有促进硫酸成核的作用;光学属性分析表明团簇尺寸与瑞利散射以及各向同性平均极化率呈现正相关;红外谱分析也表明了邻苯二甲酸-硫酸形成的异二聚体内存在着氢键,这有利于形成稳定的成核团簇。

不同粒径熔融石英的析晶行为研究

为系统研究熔融石英陶瓷的析晶规律,以3种不同粒径(中位径分别为660.82、42.12、5.58μm)熔融石英为原料,分别在1 250~1 400℃制备了熔融石英陶瓷,分别采用等温相变法和偏光显微技术分析了析晶动力学和析晶过程。结果表明:随着熔融石英粒径减小,熔融石英陶瓷的析晶活化能降低,析晶开始温度持续降低,析晶量快速增加,导致其生成的微裂纹数量更多、尺寸更大。分析认为,固相烧结过程中的物质扩散传质效率不同,粒径更小的熔融石英颗粒间可以更充分地发生Si—O键重排,更容易析晶。此外,熔融石英析晶表现为表面成核机制,即析晶开始于熔融石英颗粒边缘,并逐渐向内部扩散。

pH对锌−铁−锰合金电沉积行为的影响

采用Hydra/Medusa软件、循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)研究了pH对柠檬酸盐体系镀液中Zn^(2+)、Fe^(2+)、Mn^(2+)的化学形态分布及Zn–Fe–Mn合金电沉积行为的影响。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了不同pH下所得镀层的表面形貌、成分及相结构。结果表明,当pH为3.0~5.0时,镀液中Zn^(2+)、Fe^(2+)和Mn^(2+)的配合物稳定常数差别巨大,Zn–Fe–Mn合金共沉积比较困难,CV曲线仅出现Zn–Fe合金还原峰,所得镀层中Mn含量极低(质量分数仅0.36%~0.50%)。随pH升高,镀层的Zn质量分数减小,相组成由η(Zn)和Γ_(1)(Fe_(11)Zn_(40))向Γ(Fe_(3)Zn_(10))和δ1(FeZn_(6.67))转变,晶粒由金字塔形转变为胞状。当pH为6.0时,镀液中Zn^(2+)、Fe^(2+)和Mn^(2+)的配合物稳定常数相近,能够共沉积得到Mn质量分数达9.40%的Zn–Fe–Mn合金镀层,其相结构包含了Zn在α-Fe中的固溶体和FeMn_(4)。Zn–Fe–Mn合金的共沉积是不可逆过程,成核机制为瞬时成核。

碘化银核化过程的数值模拟研究

根据DeMott等给出的不同成核机制下AgI成核效率的实验结果 ,通过数值模拟的方法 ,研究了AgI粒子在云室、层状云和对流云中的核化过程。通过对云室的模拟 ,发现云滴浓度和云雾持续时间是造成不同云室检测的AgI成核率相差悬殊的主要原因。数值试验结果表明AgI的成核方式在层状云和对流云中有很大不同 :层状云中AgI主要以接触冻结、浸没冻结等慢核化过程为主 ,而对流云中则以凝结冻结过程为主。

MC尼龙6/TiO_2原位纳米复合材料等温结晶动力学的研究

采用差示扫描量热法(DSC)研究了阴离子原位聚合法制备的铸型尼龙6 (MC尼龙6 ) /TiO2 纳米复合材料的等温结晶行为,并应用Avrami方程分析了MC尼龙6的等温结晶动力学过程。结果表明:纳米TiO2 对MC尼龙6基体具有异相成核作用,使其原位纳米复合材料结晶速率常数变大,半结晶时间变小。Hoffman成核结晶理论计算结果表明,原位纳米复合材料的Kg (与结晶温度无关而与成核方式有关的参数)大于MC尼龙6且随着纳米含量的增加而增加,说明纳米TiO2 阻碍了MC尼龙6分子链的运动,同时尼龙6由晶核生长占主导地位逐渐向成核机制占主导地位转变。

三维冰雹云催化数值模式

为了研究冰雹形成机制、催化防雹机制和通过数值试验获得冰雹云优化催化技术，在以前工作的基础上，发展了一个３维弹性冰雹云催化数值模式。模式考虑了冰雹云中详细的微物理过程，各种粒子采用双变参数谱，将云中水物质分成水汽、云水、雨水、冰晶、雪、霰、冻滴和雹８类，可以预报粒子的比浓度和比含量，尤其可以计算以霰或冻滴为胚胎的雹块的数量，非常适合研究冰雹的形成机制。此外，建立了催化剂ＡｇＩ的守恒方程，考虑了人工冰核的凝华核化及与云、雨滴接触的冻结核化过程，并用地面降雹动能通量检验催化防雹效果，因此，也可以研究催化防雹机制和对雹云的催化技术。

在三元溶液低温相变过程中细胞反应的数值模拟(英文)

应用多组分相变系统的连续体模型 ,对三元溶液 (NaCl H2 O CPA)低温相变过程中的细胞反应进行数值模拟 .为了检验数值分析的结果 ,在特定条件下 ,提出一种解决多组分系统相变问题的近似分析方法 ,并在相同条件下 ,将此结果与数值分析的结果进行比较 。

氰基二苯乙烯基超分子聚合物的构筑与光响应行为

通过在氰基二苯乙烯基元上引入氢键识别位点,驱使单体分子之间产生氢键与π-π堆积作用力的高效加合,构建了具有“成核-链增长”机制的超分子聚合物。通过获取组装热力学参数,揭示了酰胺及脲等不同氢键结构对于超分子聚合行为的影响规律。进一步利用超分子聚合态对于氰基二苯乙烯基元的限域效应,光照条件下特异性获得[2+2]环加成产物。与之相比,单体态时氰基二苯乙烯基元倾向于发生Z/E光异构化反应。这一研究结果可为多路径光化学反应的高效调控提供新的思路。