聚木糖纳米晶的结构﹑制备及应用研究进展

半纤维素几乎存在于所有植物细胞壁中,是植物细胞壁的三大组分之一,当下半纤维素工业化应用主要通过降解制备低聚木糖、木糖和糠醛的产品。结晶的聚木糖类半纤维素表现出独特的理化性质,并可转化为高附加值多糖纳米晶,是近年来植物多糖转化利用的研究热点。聚木糖纳米晶主要由五碳糖-木糖为重复结构单元构成,分子链间相互作用较弱,通常需要外部如水分子来稳定晶胞结构。聚木糖纳米晶具有球形、片状和棒状等形貌,尺寸一般在几十至几百纳米之间,由不同制备方法决定,聚木糖独特的化学结构导致其制备方法亦与传统生物质纳米晶有所不同。此外,聚木糖纳米晶具有优异的生物相容性和纳米尺寸效应,使其在多领域应用潜力较大。本研究总结典型的聚木糖纳米水合晶、乙酰化聚木糖纳米晶和聚木糖纳米共晶晶胞结构,介绍水分子和聚木糖化学结构对其晶胞参数的影响规律,对聚木糖纳米晶自上而下法和自上而下法进行系统论述,重点分析不同制备方法对聚木糖纳米晶形貌、尺寸、聚合度和产率的影响,概述其在乳化﹑日用化学品和防伪材料等领域的应用,并结合聚木糖纳米晶取得的相关研究成果,提出聚木糖纳米晶现阶段仍需解决的问题,展望其未来发展和应用前景。

高饱和磁通密度铁基非晶纳米晶磁粉芯的研究进展

非晶纳米晶软磁复合磁粉芯具有优异的恒导磁特性、直流偏置特性、低损耗特性以及抗饱和磁化特性,因而在电感器、滤波器、扼流线圈等小型化、高频化、大功率化元器件领域具有广阔的应用前景。本文对高饱和磁通密度(B_(s))铁基非晶纳米晶磁粉芯研究进展展开综述。详细介绍了高B_(s)铁基非晶纳米晶磁粉芯的发展、制备工艺以及研究现状和进一步提升的研究方向,并对其未来的研究发展进行展望。

基于Cs_(4)PbBr_(6)纳米晶的超高灵敏度电阻型湿敏传感器

采用改进的配体辅助共沉淀法合成Cs_(4)PbBr_(6)纳米晶并组装基于Cs_(4)PbBr_(6)纳米晶的湿敏传感器,对其物相结构、微观形貌、能带结构、光学性质、表面状态进行表征,并对其湿敏性能及湿敏机理进行测试。研究结果表明,Cs_(4)PbBr_(6)纳米晶含有丰富的溴空位缺陷且有着良好的亲水性。Cs_(4)PbBr_(6)纳米晶湿敏传感器在11%~98%的湿度范围内具有2.32×10~5的超高响应值、5.14%的湿滞、优秀的线性度、14 s/10 s的快速响应恢复时间、优异的长期稳定性和气体选择性,能够胜任无接触式开关和呼吸检测的工作。Cs_(4)PbBr_(6)纳米晶优秀的湿敏性能归因于材料中的溴空位缺陷作为活性位点促进水分子的吸附和解离。

偏析对纳米晶Cu-Ni合金力学性能的影响研究

在经典的Hall-Petch关系中,多晶金属的强度通常随晶粒尺寸的减小而提高。然而,当晶粒尺寸极小时(通常小于10~20 nm),强度却降低(发生软化),此时Hall-Petch关系失效。Hall-Petch效应的失效表明,纳米晶粒金属的强化不仅受尺寸的影响,还受晶界(GB)稳定性的影响。本研究使用LAMMPS构建了Cu-Ni纳米晶模型,采用混合蒙特卡洛/分子动力学(MC/MD)的手段对纳米晶Cu-Ni合金的晶界偏析的不同情况进行了分子模拟。研究发现,晶界偏析的存在会抑制晶粒软化,晶粒尺寸效应不再主导纳米材料的力学性能(逆Hall-Petch效应),溶质偏析也不再对纳米级别的合金有明显的强化作用。在综合分析了晶界能量和位错后,可得出结论:通过抑制固溶体的形成,促进晶界偏析,同时优化溶质原子的浓度,将获得理想的最大强度模型。当纳米晶粒金属的均匀偏析度为约0.9时,该材料获得最强的力学性能。通过分子动力学模拟,从位错结合GB能的角度对偏析进行了全方位的深入研究。

纤维素纳米晶基一维SERS探针的制备及其细胞成像性能

表面增强拉曼散射(SERS)技术已被广泛应用于生物成像领域,构筑具有高灵敏度、水中分散稳定性高和生物相容性的SERS探针,是实现高质量细胞生物成像的基础。以磺酸基纤维素纳米晶(CNC⁃SO_(3)H)为多功能载体,连续通过NaIO_(4)氧化和席夫碱反应在CNC⁃SO_(3)H的C2/C3羟基活性位点选择性引入聚乙二醇(PEG)和巯基基团,通过Au⁃S键自组装负载金纳米颗粒(AuNPs)构建一维“热点”结构,成功制备了纤维素纳米晶(CNC)基一维SERS探针并用于细胞SERS成像。通过透射电镜、傅里叶变换红外光谱、紫外可见光分光光度计和共聚焦拉曼显微镜等对探针的结构、形貌以及检测性能等进行分析。结果表明,由于CNC表面PEG长链的存在,CNC⁃PEG⁃SH@AuNPs在200 mmol/L的NaCl溶液中能表现出优异的分散稳定性。以4⁃巯基苯甲酸(4⁃MBA)作为拉曼信号分子,探针在10^(-6)mol/L浓度下依然能显示信号分子特征峰的拉曼信号,并且在0.1 mol/L磷酸缓冲盐溶液(PBS)中随时间变化的SERS信号表现出良好的灵敏度和重复性。将合成的SERS探针用于海拉(HeLa)细胞中,其细胞活力可维持在80%以上,并成功实现1075和1580 cm^(-1)双通道细胞SERS成像。

镁铝尖晶石纳米前驱体溶胶的制备及表征

以六水氯化镁和六水氯化铝为主要原料,氨水为沉淀剂,利用共沉淀法制备了镁铝尖晶石前驱体溶胶。测定了溶胶的固体含量、pH值和密度,对凝胶作用后的粉体进行了综合热分析,红外光谱分析、XRD和TEM。研究表明:使用共沉淀法制备的镁铝尖晶石前驱体溶胶胶粒为水滑石Mg_(2)Al(OH)_(7)和Al(OH)_(3)的无定型混合物,溶胶固体含量为5.8%,密度为1.21 g/cm^(3)。干凝胶粉受热时Mg_(2)Al(OH)_(7)和Al(OH)_(3)发生分解,500℃时开始形成镁铝尖晶石雏晶,700℃时镁铝尖晶石形成的粒径较小,约为15 nm。继续升高煅烧温度,镁铝尖晶石晶格趋于完善,平均晶粒尺寸增大。

利用纤维素工业废丝/胶高效制备再生纤维素纳米晶

为解决再生纤维素工业丝的废丝以及生产过程中的废丝/胶的再利用问题,设计了以再生纤维素工业废丝或废丝/胶为原料高效制备再生纤维素纳米晶(RCNC)的方法,并通过傅里叶变换红外光谱、马尔文激光粒度仪、扫描电子显微镜、X射线衍射和原子力显微镜等方法,对比了利用新溶剂法再生纤维素工业废丝/胶、粘胶再生纤维素工业废丝和浆粕制得的RCNC、CNC的结构性能上的区别。结果表明:新溶剂法再生纤维素工业丝废丝/胶高取向度、高结晶度和结构简单的特性使其可以在更温和的条件下酸解,制备的RCNC得率高达到65.09%,远大于以浆粕为原料制备CNC的得率,且具有更高的结晶度。与粘胶纤维素工业废丝制得的RCNC相比,两者具有相似的尺寸与形貌,都为纳米级的棒状结构,长度和长径比分别为93 nm±26 nm和35±20,表明此方法对于不同来源的纤维素工业丝废丝具有一定的普适性。

组成对钠铝硅玻璃中钇锆酸盐纳米晶析晶性能的影响

基于含Y2O_(3)和ZrO_(2)的钠铝硅玻璃体系,研究了玻璃组分中Al_(2)O_(3)/Na2O摩尔比值(MAN)与SiO_(2)/Al_(2)O_(3)摩尔比值(MSA)对玻璃析晶性能的影响。研究结果表明,当MAN<1时,玻璃经热处理后表面析出钠霞石晶体;当MAN≥1时,玻璃热处理后析出钇锆酸盐纳米晶体,且此时微晶玻璃仍然具有不小于90%的高可见光透过率。对于固定MAN的玻璃,调整其MSA也能实现钇锆酸盐纳米晶的析出,且析出晶体尺寸随MSA增加而减小。随着热处理温度升高微晶玻璃样品中纳米晶体尺寸增大,维氏硬度也增大。

考虑PWM波形特征的纳米晶磁心损耗模型的研究及验证

磁心损耗精确预测对于电力电子变压器的优化设计至关重要。然而,传统的磁心损耗模型在复杂激励下适用性较差,尤其对于占空比可调、高次谐波含量丰富的PWM波磁心损耗预测,计算精度显著下降。基于Jordan损耗分离模型,建立了一种考虑PWM波形特征的磁心损耗计算方法。首先,该方法根据激励波形特征,推导出相应的波形系数及等效频率来计算PWM波激励下的动态涡流损耗,将Jordan模型的适用范围从正弦拓展到PWM波激励下的磁心损耗计算;然后,分析了不同占空比激励下激励波形有效频率及高次谐波含量变化对损耗系数的影响,并对其进行数学表征,实现了整个占空比范围内磁心损耗的精确预测;最后,搭建了高频非正弦激励下软磁材料磁特性测量平台,针对1K107B纳米晶材料,测量了两种典型PWM波激励下的损耗数据。实验结果表明,所建立的磁心损耗模型具有较高的计算精度,相比于传统的Steinmetz改进公式,整体精度提高了25%。

基于纤维素纳米晶乳化陈皮精油的淀粉基抗菌膜的制备与性能

以玉米淀粉(corn starch,CS)为基质、柠檬酸为交联剂、纤维素纳米晶(cellulose nanocrystals,CNC)乳化陈皮精油(orangepeelessentialoil,OPO)制备的Pickering乳液为抗菌剂,采用流延法成功制备了CS/CNC-OPO抗菌复合膜;探讨了CNC和OPO的添加量对CS/CNC-OPO抗菌复合膜的机械强度、水蒸气透过率、水接触角、抗菌性能等的影响,并采用傅里叶变换光谱、X射线衍射光谱和扫描电子显微镜对CS/CNC-OPO抗菌复合膜进行表征。结果表明,当OPO添加量为11%,CNC和OPO比例为1∶11(g/mL)时,CS/CNC-OPO膜的性能最好,水蒸气透过率为1.03×10^(-3)g/(m·h·kPa),水接触角为74.53°,拉伸强度达6.01 MPa,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌面积高达88.4 mm2和96.45 mm^(2)。该淀粉基膜强度好,且具有较好的疏水和抗菌性,在食品包装领域具有广阔的应用前景。

甲脒铅溴钙钛矿纳米晶的瞬态吸收与温度依赖光致发光

甲脒铅溴钙钛矿纳米晶(FAPbBr_(3) NCs)因其在光电应用中的卓越性能而受到广泛关注。使用铵作为配体对钙钛矿纳米晶进行有效表面钝化被证明是提高器件性能的有效方法。本文使用配体辅助再沉淀技术制备了两种不同胺配体(长链油胺和短链己胺)的FAPbBr_(3) NCs,通过瞬态吸收光谱和时间分辨光致发光研究它们的激发态载流子动力学。结果显示,油胺配体的NCs具有更长的载流子寿命与较慢的载流子弛豫动力学,表明长链油胺能有效钝化表面缺陷,促进辐射复合。通过稳态光致发光光谱实验研究了FAPbBr_(3) NCs的温度依赖性,结果表明随着温度升高,激子-声子耦合增强,线宽和发射峰的光子能量增加,确定了长链油胺配体FAPbBr_(3) NCs中的激子结合能约为62.9 meV及纵向光学声子能量约为30.5 meV。研究结果证实了胺配体在调控FAPbBr_(3) NCs光学性能方面的作用,为高性能光电器件的设计提供了重要的指导意义。

纤维素纳米晶手性光学材料研究进展

利用来源广泛、绿色、可再生的纤维素纳米晶,与功能材料相结合,构建性能优异的生物质手性光学材料,在比色传感、信息加密、手性诱导和建筑节能等领域具有广阔的应用前景。本文介绍了纤维素纳米晶的制备、手性向列液晶结构的自组装构建及其手性光学性质,重点综述了纤维素纳米晶手性结构材料光学性质的调控策略以及手性光学应用的研究进展,最后总结并展望了纤维素纳米晶手性光学材料发展所面临的挑战和前景。

超细晶/纳米晶钨材料制备技术的研究进展

晶粒细化可显著提高超细晶/纳米晶钨材料的性能,介绍了超细晶/纳米晶钨材料制备技术的最新研究进展,包括粉末冶金法和深度塑性变形法,粉末冶金法的烧结工艺主要包括热等静压烧结、超高压通电烧结、放电等离子体烧结、微波烧结等;深度塑性变形法包括高压扭转、等通道挤压、表面机械研磨处理和累积轧制等。由于超细晶/纳米晶钨材料存在大量的晶界可有效提高材料的力学性能和抗辐照性能,因此有望解决纯钨材料作为核聚变堆面向等离子体材料存在的问题,对超细晶/纳米晶钨材料的发展提出了建议。

纳米晶Al-xMg铝合金的元素再分布及其对强度的影响

目的针对Al-Mg合金在变形加工过程中容易出现的溶质元素再分布现象,通过微观表征和定量计算深入研究元素再分布的相关机制及其强度贡献。方法利用扫描透射电镜高角环形暗场技术结合几何相位分析,详细研究了溶质元素再分布机理,对经过高压扭转后不同Mg含量的Al-Mg合金中的元素分布进行了表征,并通过原子探针层析技术对原子的三维空间分布情况进行了团簇分析。结果随着Mg的原子数分数从1.0%增加至8.0%,合金硬度从129.0HV显著上升至223.6HV。合金内部的溶质分布状态可以分为溶质原子贫化、溶质原子富集和溶质原子不均匀分布3种,剧烈塑性变形引入的不均匀微观应变诱导了Mg原子的再分布。结论合金中形成的大量原子团簇为Al-8Mg合金贡献了47.7HV的硬度值,占总硬度的21.3%,溶质团簇对合金强度的强化效果十分显著,表明团簇强化是材料强化手段中不可或缺的新型强化机制。

纤维素纳米晶基复合微球及其在水处理中的应用

纤维素纳米晶(CNC)作为世界上最丰富的生物聚合物,是一种绿色、可再生的环保材料,其较高的比表面积和表面活性基团等良好的吸附剂特性,在废水处理中具有较高的潜在应用价值。当CNC与其它功能性纳米粒子复合时,由于其独特的性质和吸附活性,可以有效地增强各组分的作用,同时以微球作为载体有效解决了纳米材料难以回收利用,对环境造成二次破坏的问题。综述了近年来关于CNC基复合微球在水处理中应用的文献,这将为研究人员提供设计更合适CNC基复合微球的指导方针,从而促进研究。

三种蛋白包覆纤维素纳米晶稳定皮克林乳液的构建及体外消化特性

纤维素纳米晶(CNCs)由于其表面固有的强亲水性,往往需要修饰改性才能应用,如乳液稳定。该文研究了三种蛋白(牛血清蛋白BSA、酪蛋白酸钠CAS和大豆分离蛋白SPI)通过静电修饰CNCs表面性质的可行性,并研究了其对CNCs乳液体外消化特性的影响。首先研究了pH值3.0时蛋白与CNCs的作用模式、吸附比例、颗粒结构特征,结果发现二者可以通过静电作用结合(Zeta电位由-35 mV至+20 mV),CNCs表面蛋白吸附比例由100%(蛋白浓度0~0.1%,m/V)逐渐降低至40%~60%(蛋白浓度0.5%,m/V)。静电修饰引起CNCs絮凝,显著改善其两亲性(接触角由35°增加至75°~80°)。然后研究了蛋白包覆CNCs的乳化性质,结果发现蛋白包覆CNCs形成了粒径为3~9μm的絮凝乳液,且凝聚稳定性更好,不同蛋白之间无显著差异。体外消化结果表明,与吐温20乳液(~90%)相比,蛋白包覆CNCs稳定乳液具有更低的游离脂肪释放率(~80%),蛋白种类影响不显著。可见,三种常见蛋白能够通过静电吸附方式修饰CNCs并将其转化为良好的Pickering稳定剂。该文研究结果能够极大丰富食品级皮克林稳定剂的来源,并促进相关功能乳液食品的开发。

铁基非晶纳米晶合金带材滚剪加工过程分析

在生产现场采用跟踪统计方法,归纳分析铁基非晶纳米晶合金带材滚剪加工过程以及滚剪刀耐用度、刀具刃磨等问题,统计分析不同宽度滚剪刀的加工情况发现,滚剪刀有效工作时间比率为65%~88%,平均有效工作时间比率为76.1%,有效工作时间不稳定;滚剪刀剪切行程处于3700~4200m之间,平均剪切行程为3839.74m,刀具耐用度存在较大差异,剪切宽度越大滚剪刀耐用度越长;滚剪刀刃磨时刀具径向去除量在80~150μm之间,平均刃磨去除量为106μm,刀具刃磨工艺对刀具耐用度有决定性影响。最后针对滚剪刀磨损检测问题,提出采用声发射信号对滚剪刀状态进行在线检测的技术方案。

流动条件下铁基非晶纳米晶涂层钝化行为研究

通过初期腐蚀电流密度监测、电化学阻抗谱、极化曲线和微观形貌分析,研究了静态和动态不同流速下铁基非晶纳米晶涂层的钝化与点蚀行为。结果表明:流动条件下,铁基非晶纳米晶涂层的自腐蚀倾向增加;随着流速的增加,钝化电流密度先增加后减小,流速为5 L/min时,钝化电流密度达到极大值3.09×10-4A/cm2;点蚀电位先降低后增加,滞后环面积先增加后减小,点蚀坑最大深度达50.61μm,可见高流速条件下涂层的点蚀能力降低。

纳米晶NiTi记忆合金应力诱发R→B19′相变的超弹稳定性

通过对Ni_(50.2)Ti_(49.8)(at%)记忆合金丝材进行大变形冷拔和低温退火获得了平均晶粒尺寸为15 nm的纳米晶NiTi记忆合金丝材样品,然后采用应变量为6%的20次拉伸循环实验研究了纳米晶NiTi合金力致R→B19′相变的超弹稳定性。结果表明:纳米晶NiTi合金在经过20次拉伸循环变形后,其超弹应力为734 MPa,超弹应力的减小率为16%,残余应变为0.61%,此综合超弹性能优于以往粗晶NiTi记忆合金。这主要源于纳米晶NiTi记忆合金中细晶强化显著提高了合金屈服强度,因此降低合金马氏体相变过程中塑性变形,可使纳米晶NiTi记忆合金呈现高的超弹稳定性。

超音速火焰喷涂铁基非晶纳米晶涂层的工艺参数与性能试验

为了进一步深入研究铁基非晶涂层的制备和性能,利用人工神经网络和多因素多水平设计对超音速火焰喷涂技术制备的铁基非晶纳米晶涂层的工艺参数和性能进行了优化,以期对铁基非晶涂层的实际应用提供参考.多因素多水平试验通过设计分析方法和设计实验参数,建立神经网络模型,研究了煤油量、氧气量、送粉率和喷涂距离四项工艺参数对涂层孔隙率、硬度、结合强度和沉积效率的影响规律.采用扫描电镜、透射电镜等手段表征了粉末及涂层的显微结构和内部微观组织形貌;采用X射线衍射仪、同步热分析仪等设备对粉末和涂层成分、相组成和非晶程度进行了观察分析.验证了工艺参数优化过程的计算机模拟结果,确定了最佳喷涂工艺参数范围,进一步提升了涂层的性能.讨论了喷涂过程中孔隙形成的微观过程和非晶纳米晶对涂层性能的影响机理.研究表明各工艺参数对涂层性能是多因素互相影响的,理论上最佳喷涂工艺参数为煤油量23 L·h^(-1)、氧气量51 L·h^(-1)、送粉率72 g·min^(-1)、喷涂距离280 mm,制备出的铁基非晶涂层厚度约为270μm、孔隙率约为1.3%、结合强度约为84 MPa、硬度约为1110 HV_(0.3).涂层非晶程度在80%左右,纳米晶尺寸为3~5 nm,涂层在600℃以下不会发生晶化过程.