Mn掺杂ZnS(110)表面的电子结构和磁性

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究Mn掺杂ZnS(110)表面的电子结构和磁性.计算分析不同掺杂组态的几何参数、形成能、磁矩、电子态密度以及电荷密度.结果表明:单个Mn原子掺杂,替位于表面第二层的Zn原子时体系形成能最低,说明该层是最稳定的掺杂位置.对于两个Mn原子的掺杂,当Mn与Mn之间呈反铁磁耦合时体系最稳定.体系的总磁矩和自由Mn原子的磁矩差别很小,但是Mn原子的局域磁矩却依赖于Mn原子的3d态和近邻S原子的3p态的杂化作用,即受周围S原子环境的变化影响较大.此外,分析电荷密度图得出Mn原子替换Zn原子后与S原子形成了更强的共价键.

原子位置驰豫对ZnS(110)表面电子结构的影响

用总能量最小方法，确定了ＺｎＳ（１１０）表面的原子几何结构，得到与弹性低能电子衍射实验相符的结果．利用格林函数的散射理论方法，计算了ＺｎＳ（１１０）表面的电子结构．在此基础上，讨论了晶格弛豫对表面电子特性的影响．

表面修饰的ZnS：Mn量子点的发光性质及其对生物分子的检测

采用水热法制备了ZnS:Mn量子点,探讨了掺杂离子浓度对ZnS:Mn量子点的晶体结构和发光性质的影响。通过荧光光谱对样品进行表征。结果表明:掺杂离子的摩尔分数达到2%时,ZnS:Mn量子点在595 nm附近的发光最强;继续增加掺杂浓度反而出现荧光猝灭的现象。本文还研究了表面修饰对量子点形貌和发光性质的影响。通过透射电子显微镜(TEM)观察样品的形貌,发现经过3-巯基丙酸(MPA)修饰后的样品表面团聚现象得到改善,并且尺寸单一、单分散性较好,平均粒径约为5 nm。经过修饰后的样品减少了表面非辐射性缺陷中心,使掺杂Mn2+所引起的595 nm附近的发射峰强度增大。将MPA修饰后的ZnS:Mn量子点与牛血清白蛋白(BSA)分子进行生物偶联,并利用BCA法对偶联上的蛋白含量进行定量检测,结果显示经过修饰后的量子点偶联蛋白的能力更强。

ZnS(111)表面掺杂Mn的电子结构和磁性的第一性原理研究

应用基于密度泛函理论的第一性原理,研究Mn原子掺杂在ZnS(111)表面的电子结构和磁性.对于单原子的掺杂组态,替位表面第一层的Zn原子时体系形成能最低,说明该层是最稳定的掺杂位置.体系总磁矩取决于Mn原子的局域环境.而对于双掺杂组态,当Mn与Mn之间呈短程铁磁耦合作用时体系最稳定.这可由Mn原子和近邻S原子的p-d杂化作用解释.此时,体系的居里温度估算值为469 K,明显高于室温,具有理论指导意义.Mn原子和受主半导体之间的相互作用是自旋极化产生的主要原因.计算结果表明,该掺杂材料可以很好的用来制作稀磁半导体,具有良好的应用前景.

表面活性剂对水热法合成ZnS:Cu,Al纳米晶光致发光特性的影响

采用水热法直接合成了ZnS∶Cu,Al纳米荧光粉,并且系统研究了加入表面活性剂在不同S/Zn下,清洗样品和不清洗样品的结晶性、傅立叶红外光谱(FT-IR)及光致发光(PL)光谱。XRD和TEM测试结果表明:合成纳米晶为纯立方相结构,球形纳米晶尺寸约15 nm,尺寸分布窄,分散性好。未清洗样品的结晶性比清洗样品的好,且加入表面活性剂和未清洗都导致粒径增大,影响纳米材料的表面态。改变[S2-]/[Zn2+]物质的量比、清洗和加入表面活性剂都会影响材料的PL强度。这说明其发光机理为紫外光激发材料表面的发光中心,即PL强度决定于纳米材料的表面态。

不同表面活性剂对水热/溶剂热法制备ZnS∶Eu^(2+)形貌的影响

采用超声水热/溶剂热过程使Zn(CH3COO)2,Eu2O3和H2NCSNH2在不同混合溶剂下反应,通过改变表面活性剂的浓度、原料配比、反应温度等变量成功制备了不同形貌的Zn S∶Eu2+样品。采用XRD、SEM对样品结构和形貌情况进行测试表征。结果表明:控制不同的反应条件可以合成包括颗粒、絮状、微球及一维条状等Zn S∶Eu2+形貌,其中乙二胺对形成微球形貌具有明显影响。使用荧光光谱仪分析在乙二胺/水/无水乙醇反应系统中制备的样品,结果表明掺杂3.5mol%Eu2+的样品呈蓝光,且在乙二胺为10 m L时发光最强。

硫脲表面修饰的ZnS∶Cd纳米晶的合成及表征

采用硫脲做为表面修饰剂,合成了硫脲表面修饰的掺杂Cd2+的ZnS纳米晶(ZnS∶Cd/SC(NH2)2),用X射线粉末衍射、透射电子显微镜、红外光谱以及荧光光谱等手段进行了表征.实验结果表明,Cd2+掺入了ZnS纳米晶中,硫脲分子中的S原子与该纳米晶表面的金属离子存在配位作用,ZnS∶Cd/SC(NH2)2纳米晶为分散性较好、平均粒径7 nm的球形粒子且具有良好的荧光性质.

表面修饰ZnS纳米粒子的制备及在500SN中的摩擦学性能研究

采用萃取-沉淀法在有机相中制备了高负载量、稳定的ZnS纳米粒子,用XPS、TEM等手段对ZnS粒子进行了表征,分析了其在溶剂中的负载量和稳定性能。并用四球机和SRV微动摩擦磨损试验机对表面修饰的ZnS纳米粒子在基础油500SN中的摩擦学性能进行了研究,用SEM和XPS对磨斑表面进行了观察分析。结果表明:萃取剂Cyanex302对ZnS粒子具有良好的表面修饰作用;添加ZnS粒子能够有效改善基础油的极压性能和抗磨减摩性能;当添加量为0.25%(质量分数)时,其摩擦系数和磨损体积损失比纯500SN分别降低了76.9%和48.9%。

3英寸锗基HgCdTe表面ZnS钝化膜的应力研究

针对大面积碲镉汞表面钝化膜的应力问题,基于磁控溅射技术在3 in Ge基碲镉汞表面采用不同工艺条件沉积了ZnS钝化膜,并对其进行了退火处理。利用台阶仪和原子力显微镜(AFM)对ZnS钝化膜的应力及表面形貌进行了表征分析,结果表明:在磁控溅射方法中适当提高沉积温度和降低溅射功率,有效降低了ZnS钝化膜应力,平均应力由原来的924 MPa减小到749 MPa,且提高了应力分布均匀性;此外,退火处理有效降低了钝化膜的应力,并改善了ZnS薄膜的晶粒大小一致性和致密度。该研究为减小大尺寸碲镉汞表面钝化膜应力提供了思路。

表面修饰对ZnS基纳米材料光学性质的影响

针对表面态对Zn S基纳米材料发光影响问题,采用溶胶法制备Zn S及Zn S∶Mn量子点,并以多种修饰剂对样品进行表面处理。发现以巯基丙酸修饰可同时增强Zn S的缺陷发光和Mn离子相关的橙色荧光;以聚乙二醇修饰同样可增强Zn S缺陷发光,但会导致581nm处的Mn离子相关的橙色荧光强度下降;以叶酸修饰的量子点的荧光强度及峰位均发生了变化。通过对照实验分析了表面修饰后Zn S及Zn S∶Mn纳米材料发光性质变化的原因。

ZnS光学表面平坦化工艺研究

为了在ZnS光学晶体表面制备超光滑牺牲层,用于离子束沉积修正刻蚀抛光ZnS光学晶体表面,引入一种简单平坦化工艺.工艺实验所用的平坦化胶为苯并环丁烯树脂(BCB).研究了涂胶转速、胶的浓度及热烘温度对牺牲层表面粗糙度的影响,优化了平坦化工艺参数,并讨论了各因素对牺牲层表面粗糙度的影响趋势.采用自旋涂胶的方法制备平坦化牺牲层,研究结果表明:对于BCB-1500胶,可在ZnS晶体表面获得粗糙度低于1.4nm的牺牲层;对于BCB-700胶,可获得粗糙度低于1.2nm的牺牲层,两者均可用于离子束刻蚀抛光ZnS表面的牺牲层.

表面活性剂对纳米ZnS电极材料电化学性能的影响

采用溶剂热法通过表面活性剂PVP改性所合成纳米ZnS电极材料.XRD、SEM、TEM测试结果表明,经表面活性剂PVP改性后的纳米ZnS结晶度明显提升,具有更完整的晶体结构;并且改性后产物晶粒尺寸更加均一,球形形貌更加完整,团聚现象明显改善.电化学性能测试结果表明,PVP改性后的纳米ZnS负极材料表现出更佳的循环稳定性,其首次可逆比容量可达到557.7mAh/g,循环50次后可逆比容量仍保持在420mAh/g,电化学性能明显高于改性前ZnS电极材料.

“一步法”构建基于Zn^(2+)的抗菌表面

不依赖于抗生素的抗菌表面是生物材料及器械设计领域的重要研究内容,可以避免耐药性细菌问题。现有材料表面抗菌策略仍然存在步骤较为繁琐、反应条件过于苛刻等不足,因此,本研究以多巴胺和硫酸锌(ZnSO_(4))为原料,在常温、水相条件下采用“一步法”构建广谱性含锌聚多巴胺抗菌涂层(PDA@Zn)。水接触角、涂层厚度和X光电子能谱等结果证实PDA@Zn涂层成功构建。涂层中的锌以Zn^(2+)的形式与PDA中邻苯二酚官能团配位结合;涂层的表面Zn^(2+)密度可以通过改变ZnSO_(4)投料的浓度来调控。抗菌实验的结果表明ZnSO_(4)投料浓度为1 mg/m L时所构建的PDA@Zn涂层(PDA@Zn/1)具有优异的杀菌效果,对大肠杆菌和表皮葡萄球菌的抗菌率分别为99.7%和99.3%。体外细胞培养试验结果表明,PDA@Zn/1涂层上L929的24 h和72 h相对增殖率分别为63.63%及48.32%,具有一定的细胞毒性。该方法提供了一种高效、简单的表面抗菌策略,但该策略的生物相容性还有待进一步提升。

镁合金表面Zn改性MgO复合陶瓷层的微弧氧化制备及其抗菌性能

微弧氧化膜层经功能元素改性后引起的表面非均匀结构限制了其进一步发展。本文通过聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)包覆的ZnO纳米颗粒,结合微弧氧化技术制备了表面均匀的Zn改性MgO复合陶瓷层(Zn/MgO-PDDA),系统研究了其微观组织结构、物相成分、亲水性、耐蚀性及抗菌性。结果表明,PDDA促进了Zn-O-P无定形沉积物的均匀生成,并改善了陶瓷层的致密性和孔隙率。尺寸更小、面积更大的沉积物赋予了陶瓷层更理想的亲水性。陶瓷层的耐蚀性得到显著提高:相比于非均匀的复合陶瓷层,Zn/MgO-PDDA的自腐蚀电流密度降低了1个数量级,电化学阻抗为0.01 Hz时|Z|提升了1个数量级。沉积物合理的表面分布促使陶瓷层的抗菌率提升至91.3%。因此,PDDA可有效促进微弧氧化层的均匀化制备并显著提升功能性陶瓷层的各项性能。

4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑-N-(1-辛基壬烷基)咔唑在ZnS(100)表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法,在PW91/DNP水平上研究了4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑-N-(1-辛基壬烷基)咔唑(简称PC-DTBT)的低聚合物(PC-DTBT)n(n=1-5)的稳定性和化学活性.结果表明:随着聚合度增加,(PC-DTBT)n的稳定性降低,化学活性增强.采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,研究了PC-DTBT单体在ZnS(100)表面的吸附,通过吸附前后化合物PC-DTBT的Mulliken charge和前线轨道分析表明:当PC-DTBT吸附在ZnS(100)表面时,ZnS(100)表面向PC-DTBT转移0.200 e电荷,前线轨道能隙变窄.理论预测的结果与实验值吻合.

用密度泛函和XANES计算研究Zn^(2+)在水锰矿表面的吸附和沉淀

用密度泛函理论(densityfunctiontheory,DFT)和X射线近边结构(X-rayabsorptionnearedgestructure,XANES)模拟计算了不同酸度(pH=7.0,7.5和8.0)下Zn(II)在水锰矿表面的吸附.优化的几何结构表明,只有双边吸附方式的水解簇既能解释H+释放机制,又能与扩展X射线吸收精细结构(extendedX-rayabsorptionfinestructure,EXAFS)实验键长值相吻合.吸附能计算表明,各种吸附方式的稳定性双边(DE)>双角(DC)>B型单边(SE-B)>A型单边(SE-A);水解能计算表明各种吸附态Zn2+均比溶液中水合锌离子易水解.各种吸附簇模型的XANES计算谱未能与实验谱吻合,即,表面发生的并不是简单的吸附.pH=7.5和pH=8.0吸附样品的XANES实验谱与Zn5(OH)6(CO3)2的实验谱非常接近,因此认为pH=7.5和pH=8.0下Zn(II)在水锰矿表面发生沉淀,Zn(II)是Zn—O八面体和Zn—O四面体的混合,它们按类似Zn5(OH)6(CO3)2结构中的八面体和四面体排列方式排列.pH=7.0时,Zn(II)在水锰矿表面发生的主要是边连接方式的吸附.

Sn-Zn-Bi无铅焊料表面张力及润湿性研究

采用气泡最大压力法对Sn-9Zn-XBi焊料进行了表面张力测试,用平衡法测试焊料的润湿性。结果表明:Bi的添加大大降低了Sn-Zn系焊料熔体的表面张力;然而焊料暴露在空气环境下1min后,表面形成ZnO导致其表面张力增大;Bi的增加提高了焊料在铜片上的润湿力,缩短了润湿时间;Sn-9Zn-XBi焊料润湿力仍低于Sn-40Pb,其原因是焊料–铜界面能偏高。

水热法合成单分散ZnS微球

以醋酸锌、硫代乙酰胺为原料,P123表面活性剂为模板,采用水热法,成功合成ZnS微球,并提出其可能的形成机理.通过XRD,TEM,FT-IR,N2吸附-脱附表征,发现该微球由ZnS纳米颗粒组成,ZnS纳米颗粒尺寸为6～7nm;微球直径500～600nm,具有单分散性,表面光滑,大小均匀;在4000～400cm-1波段具有热红外透过性等特点,有望在光、电、磁等领域发挥其潜在的应用价值.

修饰ZnS纳米粒子的减摩抗磨性能研究

利用SRV摩擦磨损试验机考察了粒径约为 4nm的二烷基二硫代磷酸 (DDP)修饰ZnS纳米粒子作为润滑油添加剂的摩擦学性能 ,并采用XPS对其摩擦表面进行了研究。结果表明 :添加修饰ZnS纳米粒子在摩擦过程中会发生摩擦化学反应 ,形成一层边界润滑膜 。

ZnS光催化剂对不同偶氮类染料光降解的光催化性能的比较

在表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)存在时,合成了ZnS光催化剂。采用X射线衍射和透射电子显微镜等测试技术结果表明,制得的ZnS粒子尺寸均一,无团聚现象,平均粒径约为3.5nm。研究了ZnS光催化剂在紫外光下对不同染料的光催化降解效率,结果表明,ZnS光催化剂对一些含—N—N—基团的偶氮类染料,如甲基橙(MO)、酸性嫩黄(AY)、酸性橙Ⅱ(AOⅡ)光催化降解效率高达88%以上,甲基红(MR)的光催化降解效率也达59.63%。表明—N—N—基团容易降解。染料分子本身的吸光性也起一定的作用,虽然二甲酚橙(XO)和亚甲基蓝(MB)分子中均不含—N—N—基团,但由于XO的最大吸收峰分布于430nm的紫外光区,其光催化降解效率可达43.83%,而MB最大吸收峰分布于664nm可见光区,因此,其光催化降解效率则非常低。