海藻酸钠引导合成纳微复合结构ZnFe_2O_4及其在锂离子电池中的应用

使用海藻酸钠作为结构导向剂,通过溶剂热法原位合成了不同形貌的含碳ZnFe_2O_4锂离子电池负极材料.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和拉曼(Raman)光谱等对复合材料的形貌和结构进行表征,通过恒电流充放电、循环伏安曲线(CV)和交流阻抗谱(EIS)等对复合材料的电化学性能进行了测试.结果表明,在不同形貌的复合材料中,具有类蒲公英状纳微复合结构的含碳ZnFe_2O_4的电化学性能最佳:在1000 mA/g的电流密度下循环100周后依然保持2100 mA·h/g的比容量.还探讨了海藻酸钠在材料形成和制作极片过程中的作用及其对电池性能的影响.

微纳结构超疏水表面的制备及应用研究进展

在自然界中,如莲叶、水燕等,由于其独特的微纳结构及低表面能特性,表现出优异的超疏水性能,构筑具有仿生性质的超疏水材料,并在其中发挥着重要作用。介绍了近年来超疏水材料领域取得的一些成果,综述了模板法、激光刻蚀法、等离子体处理法、静电纺丝技术、电化学腐蚀、相分离法等多种方法的研究进展,还介绍了超疏水材料在自清洁、防结冰、油水分离、抗腐蚀和减阻等方面的应用。最后,对超疏水表面的制备和应用做了总结,探讨了制备超疏水表面的未来方向。

微纳复合结构MFe_2O_4负极材料的可控合成与性能

采用新溶剂热体系一步合成MFe2O4(M=Zn/Co)负极材料.通过调控反应时间可分别制备出由一次纳米颗粒组装成的亚微米级空心和实心球形结构复合材料.与实心球形微纳复合材料相比,空心球形微纳复合材料具有结晶度高、颗粒粒径大、放电比容量高、循环性能好及电化学阻抗低等优点.空心球形Zn Fe2O4和Co Fe2O4样品充放电循环50周后分别保持655和1180 m A·h/g的比容量,远高于实心球形Zn Fe2O4和Co Fe2O4材料的305和524 m A·h/g,说明微纳复合铁酸盐材料的结构和组装形式对其电性能有较大影响.

疏水植物表面微纳复合结构电铸模芯的制备

以竹叶下表面为疏水生物母板,针对疏水表面电铸成型的特殊性,分别采取湿润剂浸润处理和阴极水平旋转运动两个技术手段改善微纳复合结构的电铸成型质量。结果表明:浸润处理可有效提高沉积离子在微纳米凹槽内部的沉积,阴极水平旋转对提高电铸镍模芯宏观质量和微观结构复制质量均有一定效果。采用浸润处理与阴极旋转相结合的电铸复制工艺,可明显提高竹叶下表面微纳复合结构的复制质量,成功实现具有疏水植物表面微纳复合结构的模塑成型镍模芯的高质量制备。

微纳复合结构表面稳定润湿状态及转型过程的热力学分析

自然界中的微纳复合结构超疏水表面由于其独特的润湿性质引起了人们的广泛关注,大量实验研究表明了仿生人工微纳复合结构表面润湿性能的优越性,然而液滴在微纳复合结构表面的润湿状态和转型过程的理论研究还并不完善.本文首先用热力学方法分析了液滴在微纳复合结构表面可能存在的所有状态(四种稳定润湿状态和五种亚稳态到稳定态转型中的过渡态),推导出了相应的能量表达式及表观接触角方程;基于最小能量原理,确定液滴在微纳复合结构表面的稳定状态,较以往模型相比,能够更好的预测已有的实验结果;其次研究了微纳结构尺寸对稳定润湿状态和亚稳态到稳定态转型过程的影响;最后提出了微纳复合结构表面设计原则,即确定"超疏水稳定区"尺寸范围,为超疏水表面的制备提供理论依据.

润湿性对微纳复合结构表面池沸腾换热的影响

为揭示润湿性对微纳复合结构表面池沸腾传热的影响,采用电刷镀工艺和表面改性技术在紫铜表面制备了接触角分别为6.5°和148.6°的超亲水性和超疏水性微纳复合结构,通过实验对比研究了不同表面的饱和池沸腾传热特性,结果表明:(1)超亲水性和超疏水性微纳复合结构的最大换热系数较光表面分别提高了3倍和1.5倍;(2)在q<580k W×m^(-2)的低热流密度区,超疏水性微纳复合结构的换热系数最大;当q>580 k W×m^(-2)时,超亲水性微纳复合结构的传热性能开始优于超疏水性微纳复合结构;(3)超亲水性微纳复合结构表面的临界热流密度较光表面和超疏水性微纳复合结构分别提高了110%与60%;微纳复合结构显著增加了受热表面的气泡核化密度,而亲水性微纳复合结构的毛细吸液能力要显著强于疏水性微纳复合结构,是临界热流密度增大的主要机理。

微-纳米复合结构ZnO薄膜的制备及其浸润性的研究

采用水浴法,在ITO玻璃表面生长出具有微-纳复合结构的ZnO薄膜,分别用高分辨扫描电镜(SEM)和接触角测量仪对其表面形貌和表面的浸润性进行了表征。实验结果表明,随着HF使用量的增加,ZnO薄膜的微观结构由球形逐渐过渡到花瓣状,使用三甲基氯硅烷修饰后,其表面接触角由(70±0.5)°逐渐增大到(141.5±0.5)°,同时也对氢氟酸(HF)对ZnO生长的调控机理进行了探讨。

微纳复合结构钛涂层的制备及其生物相容性研究

目的：在钛表面构建微纳复合结构涂层,并对其表面结构及生物相容性进行初步研究。方法：通过喷砂酸蚀、混合碱热处理的复合工艺,在钛表面构建新型微纳复合涂层,使用扫描电子显微镜（SEM）及X-射线能量分散分光计（EDS）对试件表征进行观察;使用CCK-8试剂盒检测该涂层的细胞毒性;进一步检测该涂层对于前成骨细胞（MC3T3-E1）粘附与增殖活性的影响。结果：钛表面微纳复合结构中,微米孔直径3-5μm,纳米孔直径100-200nm;新型涂层表面增加了钠元素和钙元素;体外细胞存活率实验表明该涂层细胞毒性0级;体外细胞粘附实验表明：第1、2h,细胞粘附活性在喷砂酸蚀处理组（MTi组）及混合碱处理组（NTi组）均明显强于单纯抛光组（STi组）,同时NTi组最强。体外细胞增殖实验表明：第1、4、7天MTi组的A值均小于STi组,具有统计学差异。NTi组的A值先是小于,后逐渐大于STi组。结论：相较于单独微米结构钛涂层,微纳复合结构钛涂层具有更接近于自然骨的分级结构以及更优良的生物活性。

利用胶体探针技术研究多巴与纳米、微米及微纳复合结构表面之间的相互作用

通过在硅片表面有机蒸镀不同厚度的二十九烷制备了不同晶体密度的仿生旱金莲叶面蜡质纳米结构表面,采用端基修饰多巴的原子力显微镜胶体探针,对各纳米结构表面进行了粘附性能测试,发现蒸镀200 nm厚度二十九烷结晶的纳米结构表面具有较低粘附力。采用反应离子刻蚀方法制备了不同高度的硅材质仿生鲨鱼皮微米结构表面,并选择了200 nm厚度二十九烷在仿生鲨鱼皮表面进行有机蒸镀制备了微纳复合结构表面,通过胶体探针的研究发现多巴与高度为1、3、5μm微纳复合结构表面的粘附力均小于与200 nm厚度二十九烷结晶的纳米结构表面之间的粘附力,说明微纳复合结构表面具有很强的抗多巴粘附能力,并且这种复合结构表面相对于硅材质的仿生鲨鱼皮微米结构表面还兼有旱金莲叶面的强疏水性和极佳的抗水粘附能力。

微槽群结构对微纳复合表面汽泡周期的影响

将涂有250nm钛纳米涂层,且具有不同微尺度结构的微槽群竖直放置,采用高速摄影技术对热沉中的汽泡周期进行可视化研究.研究结果表明:当热流密度较小时,汽泡周期随着微槽深宽比的增加而减小;随热流密度的增大,汽泡周期逐渐减小;微尺度效应对汽泡周期的影响随着热流密度的增加而减弱.

基于等离子体处理的微纳复合结构制备及其OLED光提取性能研究

通过光刻工艺和热熔法,制备了形貌均匀、尺寸可控的微透镜阵列,通过反应离子刻蚀技术制备用于改善光提取性能的纳米光栅结构,成功制备出高效光提取的微透镜/纳米光栅组合的微纳复合结构。研究了等离子体处理对纳米光栅形貌的影响规律、纳米光栅的形成机理以及微透镜/纳米光栅微纳复合结构光提取性能。实验结果表明,通过改变等离子体处理工艺条件,可实现纳米光栅周期与深度的调控,从而得到不同尺寸的微透镜/纳米光栅复合结构。当微透镜高度约为19.6μm,纳米光栅尺寸约为周期600±50 nm、深度20±5 nm时,微透镜/纳米光栅微纳复合结构可以在不改变绿光有机电致发光二极管器件电学特性的前提下,有效提高有机电致发光二极管器件的外量子效率,比单纯的有机电致发光二极管器件提高33%。

钛表面阳极氧化制备仿生化的微纳复合结构

本研究通过在Zn(NO3)2水溶液中对纯钛进行一步阳极氧化,制备了具有微米级凹坑以及规整排列于凹坑内部的蜂窝状纳米孔阵列的复合膜层。同时对加载电压(15~60V)以及电解液浓度(1~12g/L)进行调整,研究了该膜层形成条件以及上述两种参数对微纳形貌的影响,并对该仿生化膜层的生物相容性以及碱性磷酸酶活性进行评价。研究结果表明,微纳复合结构可以在氧化电压大于30V时形成,其粗糙度随着电解液浓度增大而降低、氧化电压增大而增大,纳米孔孔径则随着电解液浓度以及氧化电压的增大而增大。60V电压下样品的生物相容性研究表明,粗糙度在Ra=0.8μm左右能促进细胞粘附以及碱性磷酸酶分泌,而较低粗糙度的表面(Ra<0.5μm)则对于成骨细胞活性的提高有一定的促进作用。

微纳复合结构中间相球形软碳的性能

为研究微纳复合结构中间相球形软碳材料的电化学性能以及用于储能锂离子电池的优势,对软碳材料的结构、扣式半电池和成品全电池的性能进行测试。制备的球形软碳外形圆整、分布均匀,球径较小,经炭化后的微球结晶度增大,炭材料的整体结构变好。制作的扣式半电池在0.005~2.000 V充放电,0.1 C首次库仑效率约为87.1%,2.0 C充电容量为1.0 C时的84.8%,0.5 C循环50次的充电容量保持率为99.9%。装配的50 Ah全电池在2.3~4.2 V充放电,2.00 C、3.00 C放电容量保持在80%以上,在-20℃时,放电容量仍可达到80%以上,以0.50 C循环600次的容量保持率为97.7%。

微纳复合结构黑硅的制备及其近红外光谱特性

具有高效抗反射微结构的黑硅材料在光电领域具有重要的应用价值。采用两步金属辅助化学刻蚀法制备了“金字塔”硅和“金字塔—纳米线”微纳复合结构黑硅材料;依次采用场发射扫描电子显微镜,近红外光谱仪和拉曼光谱分别对样品的微观形貌,反射率和结构性质进行了表征;采用量子限制模型(QCM)解释了黑硅的拉曼光谱散射光强度明显增强的机制;并采用陷光模型及多层薄膜干涉理论分析了黑硅的微结构抗反射机制。结果表明,微纳复合结构黑硅材料在900~1700 nm波段内平均反射率为11.94%,与金字塔硅和抛光硅片相比,分别降低了77.32%,54.95%;通过拉曼光谱图分析,刻蚀前后其成分没有发生改变,依然是单晶硅片,黑硅表面的纳米尺度微结构提高了其拉曼光谱散射光强度;黑硅的反射率降低是由于入射光在微纳结构内部多次反射,以及微纳米结构之间建立了折射率渐变层减少了折射率突变带来的反射。研究结论对于提升功能材料在近红外波段激光吸收效率具有参考价值。

微纳复合结构超疏水涂层的制备及性能研究

以正硅酸乙酯(TEOS)和含有不同官能团的硅烷偶联剂为主要原料,通过溶胶-凝胶法制备出表面含有氨基、有机氟及丙烯基的改性SiO_(2)纳米颗粒,通过与带环氧基的SiO_(2)亚微米颗粒进行化学键合,得到微纳复合结构的SiO_(2)颗粒,采用刮涂法制备出超疏水涂层。探讨了TEOS、催化剂和水含量对改性SiO_(2)纳米颗粒粒径的影响规律,以及微纳复合结构SiO_(2)颗粒添加量对涂层疏水性能的影响。结果表明:TEOS和催化剂含量是影响改性SiO_(2)纳米颗粒粒径的主要因素,水含量对粒径影响不明显;当TEOS、催化剂和水的质量分数分别为3.8%、2.0%和6.4%时,改性SiO_(2)纳米颗粒平均粒径为9.6nm。丙烯酸树脂与微纳复合结构SiO_(2)颗粒质量比为1∶2时,物理法超疏水涂层的水接触角为150.6°,达到了超疏水效果,化学改性超疏水涂层的疏水性能略低,但其耐磨性能较优。

具有微纳复合结构的图案化生物材料对细胞生长行为的增强控制作用

介绍了细胞生长基底表面微图案化的微纳复合结构特征对细胞黏附、迁移以及分化行为的增强控制和引导作用。并对目前存在的问题和今后发展方向进行了讨论,为微图案化生物材料在生物医学领域的深入应用提供参考。

微纳复合结构对铝基表面疏水性及黏附性的影响分析

为研究具有黏附特性的超疏水表面,利用机械刻划和阳极氧化复合加工方法在铝基表面制备出二级微纳复合结构,通过V型刻刀加工出一级微米级沟槽阵列结构,采用阳极氧化工艺对已加工表面进行加工,获得二级复合微结构。研究一级沟槽宽度和不同二级粗糙因子对粗糙表面疏水性及黏附性的影响,使用金相显微镜和接触角测量仪观察铝基表面形貌和润湿性。研究结果表明:二级微纳粗糙结构令试样表面接触角由加工前的57.2°提升至151.4°,最大达到157.8°。通过调整沟槽宽度,还可使水滴对表面的附着从低附着状态(沟槽宽度为120μm)转变为高附着状态(沟槽宽度为240μm或300μm)。结果表明,采用该复合方法制备的粗糙表面具有良好的疏水性、低黏附性或高黏附性。

偏振调节的飞秒激光三光束干涉制备微纳复合周期结构

飞秒激光照射材料表面,能够诱导远小于激光波长的纳米周期结构。采用飞秒激光三光束干涉技术,并简单地旋转偏振片调节三束光的偏振方向,在ZnO晶体表面制备了3种不同类型的微纳复合周期结构。该结构由长周期微米结构以及短周期纳米结构组成。理论计算结果表明,光束间不同的偏振组合能够导致不同的光强及偏振分布,这很好地解释了实验结果。该方法使偏振成为影响干涉的一个重要因素,在激光纳米加工具有潜在的应用价值。

氧化锌纳米线耦合硅金字塔微纳复合结构的制备及其自清洁特性研究

光伏器件粉尘堆积伴随的遮光效应极其严重,可导致太阳能电池的光电转换效率降低一半以上,这是任何其他提高光伏器件性能的高新技术所不能弥补的.本文根据Cassie-Baxter理论构建出一种基于光伏器件应用的超疏水自清洁微纳复合结构,即氧化锌纳米线耦合硅金字塔.通过调控硅金字塔的尺寸和均匀性,使其尺寸效应不被遮盖以符合存在微米构型的疏水要求,同时尽量不破坏硅光伏器件绒面的减反性能.本文采用水热法在金字塔表面生长氧化锌纳米线的方案,通过系统的实验设计,首次成功地制备了符合光伏器件应用的接触角高达154?,且接触角滞后小于10?的超疏水自清洁微纳复合结构.此外,我们不仅发现硅金字塔的刻蚀存在"高温促进硅金字塔刻蚀"的温度效应和硅金字塔顶部有"圆润-方正-圆润"的时间效应,还从物理上对高温促进刻蚀、晶体的各向异性刻蚀导致的硅金字塔和我们所制备的氧化锌纳米线耦合硅金字塔复合结构的陷光效应等进行了比较充分的分析.

微纳超疏水钛合金表面的制备及其性能研究

目的制备超疏水自清洁的Ti6Al4V合金表面。方法首先使用飞秒激光在Ti6Al4V合金表面预制备微米级结构,然后将预制备的样品置于1.0 mol/L的氢氧化钠溶液中,在超声水浴状态下进行电化学去合金,获得微纳米复合结构。经表面改性后,得到微纳超疏水钛合金表面。结果经复合制备的微纳超疏水表面结构由微米级的梯形凸柱阵列,以及通过电化学去合金形成的三维纳米孔洞骨架和沉积的微米或亚微米金属氧化物组成。经过表面改性后,该微纳复合结构表面呈现优异的超疏水性,其接触角可达162.5°,滚动角低至3.4°。自清洁性能测试结果表明,该微纳超疏水钛合金表面展现出优异的低黏附性和自清洁性,1滴水对表面的清洁效率达到99.8%。激光加工参数与静态水接触角之间的关系表明,接触角与扫描间距呈负相关,与能量密度、重复次数呈正相关。结论飞秒激光结合电化学去合金方法制备的具有微纳结构的钛合金表面呈现出优异的超疏水自清洁性能,通过改变激光加工参数能够有效增大表面的静态水接触角,为后续研究提供了一定参考。