仿生特殊浸润性界面在化学工程与工艺中的应用

仿生特殊浸润性界面材料是一类新兴的功能材料。此类界面材料与特定流体之间存在极致的相互作用,如完全浸润、完全不浸润及可调性浸润等,使其在物理学、化学、工程学、生命科学等学科都发挥出特殊的功能。通过学习自然界具有特殊结构与化学组成的生命体,研究人员可以构筑多种对流体具有排斥、吸引、疏导等作用的特殊浸润界面材料,从而优化目前科研及生产中的流体操控过程。"三传一反"中存在大量的固/液/气多相作用过程,这为仿生特殊浸润界面材料提供了重要的应用场所,同时也对此类材料的设计提出了新的要求。介绍了仿生特殊浸润界面材料在传统化工相关领域的几类应用,包括冷凝换热、多相分离体系、设备防腐防污,非均相催化,以及定向流体传质等方向,并总结仿生特殊浸润界面材料在化工过程中应用的挑战与机遇,对此类界面材料在化工过程中的发展前景进行展望。     

超强水下胶黏剂,黏附强度可通过温度调节!

正大多数胶黏剂在空气中具有优异的粘接强度,而在水中却很快丧失效果,这主要是因为水分子进入粘合界面处对胶黏剂分子产生水化/溶胀/降解作用,从而使得粘接性能迅速丧失。因此,水下高黏附材料一直是工程材料领域的研究难点与热点。科研人员通过仿生多巴胺、界面超分子作用、聚电解质络合作用等手段发展了不同类型的水下黏附材料,但均很难实现材料的水下可逆黏附性调控。近日,中国科学院兰州化学物理研究所周峰课题组与香港城市大学王钻开课题组合作设计制备了一种仿生水下"胶     

仿生合成技术及其应用研究

90年代以来,出现了一种模仿生物矿化中无机物在有机物调制下形成过程的新合成方法－仿生合成,利用仿生合成技术制备的纳米微粒,薄膜,多孔材料等物质具有特殊的物理和化学性能,潜在着广阔的应用前景,这使得无机材料的仿生合成技术已成为材料化学研究的前沿和热点。     

多相/多组分LBM模型及其在微流体领域的应用

多相/多组分流体在化工领域中广泛应用,通常伴随有组分传递、相变、界面的产生与运动、化学反应等复杂的物理、化学过程,建立描述相应复杂体系的理论模型和模拟方法面临着极大的挑战。格子Boltzmann方法(lattice Boltzmann method,LBM)是近年来备受关注的一种介观模拟方法;多相/多组分格子Boltzmann模型具有易于追踪多相动态界面、壁面性质设定简单等优点,从物理模型到计算精度和速度都有很大的优势,尤其适合于模拟微化工系统下的多相多组分流动问题。以格子Boltzmann方法为基础,重点介绍了气液及液液体系多相/多组分LBM模型的研究进展以及其在微流体系统中的应用。     

多相/多组分LBM模型及其在微流体领域的应用

多相/多组分流体在化工领域中广泛应用,通常伴随有组分传递、相变、界面的产生与运动、化学反应等复杂的物理、化学过程,建立描述相应复杂体系的理论模型和模拟方法面临着极大的挑战。格子Boltzmann方法（lattice Boltzmann method,LBM）是近年来备受关注的一种介观模拟方法;多相/多组分格子Boltzmann模型具有易于追踪多相动态界面、壁面性质设定简单等优点,从物理模型到计算精度和速度都有很大的优势,尤其适合于模拟微化工系统下的多相多组分流动问题。以格子Boltzmann方法为基础,重点介绍了气液及液液体系多相/多组分LBM模型的研究进展以及其在微流体系统中的应用。     

蛋清蛋白模板法仿生制备球霰石

引言 高效、高选择性、与环境友好的绿色化学,已成为现代化学发展的趋势。科学家努力探寻．找到了在环境友好介质中的“理想的”合成——在温和条件下。高效、高选择性、高原子经济性的仿生合成。仿生合成就是将生物矿化的机理引入无机材料的合成中．通过有机大分子和无机矿物离子在界面处的相互作用。从分子水平控制无机矿物相的析出．从而使生物矿物具有特殊的高级结构和组装方式．仿生合成以有机物的组装体为模板控制无机物的形成．制备具有独特的显微结构的无机材料．从而使材料具有优异的物理和化学性能。因此这种利用生物矿化原理调控合成特定形貌的无机材料成为研究热点。     

仿生材料的构建及其在水环境化学领域中的研究进展

仿生材料是模仿生物形貌或分子结构并具有相似功能的合成材料,在水环境化学领域的研究中被广泛关注。综述了仿生材料在该领域的研究现状。首先,总结了仿生材料的构建方法,包括生物活性单元负载或重构、活性中心结构仿生、催化环境仿生和形貌仿生。其次,梳理了仿生材料在水中污染物的氧化去除、还原去除以及检测方面的研究进展。总体而言,其独特的结构、作用机制与优异效能使其具有较强的实际应用潜力,其微观结构与效能的相关关系及最优化结构的可控合成方法是后续研究要关注的关键问题。最后,论述了水环境化学领域中仿生材料研究所面临的挑战和未来的发展方向。     

微通道内CO2吸收与传质及资源化利用的研究进展

由于在流体流动、传质、传热及反应等方面良好的调控能力,微化工技术成为化工学科重要的发展领域。综述了近年来以CO₂应用为背景的微化工系统中的多相流与传质的研究进展。从流体流动和传质机理出发,分别介绍了物理吸收和化学吸收过程的传质规律。总结了二氧化碳资源化利用的应用进展。展望了微化工技术在二氧化碳吸收与传质方面的发展前景。     

仿生超疏水表面在建筑和生物医药领域的研究进展

仿生超疏水表面材料具有特殊微纳米结构,相比一般的材料具有优秀的性能和特殊的性质。目前人们已经制备出诸多具有防污、抗冻、微流体、生物医药等特性的仿生超疏水表面材料。文章综述了仿生超疏水材料制备的经典模型和方法,重点介绍了仿生超疏水材料在建筑和生物医药领域的研究进展,如:提高建筑防污耐水性能,增加材料浮力,提高管道运输能力,控制药物释放,控制蛋白质的吸附和生长,控制细胞生长行为,提高血液相容性等。最后对仿生超疏水性表面材料在建筑和生物医药领域的研究进行了展望。     

论化工原理教学改革与微流控芯片的关系

化工原理是研究实际化工过程中各种单元操作的客观规律,并利用这些规律进行设备构造设计、计算和优化。微流控芯片是一种微流体界面精确操作技术,是以化工原理为基础的最为重要的前沿性分析技术之一,其作用日益明显。我们通过化工原理与微流控芯片结合实例,阐述化工原理在分析化学、微流控芯片等其他学科或领域的应用,有利于提高学生学习的积极性和创新能力。     

Preparation, properties and applications of polysaccharide nanocrystals in advanced functional nanomaterials: a review

Intensive exploration and research in the past few decades on polysaccharide nanocrystals, the highly crystalline nanoscale materials derived from natural resources, mainly focused originally on their use as a reinforcing nanophase in nanocomposites. However, these investigations have led to the emergence of more diverse potential applications exploiting the functionality of these nanomaterials. Based on the construction strategies of functional nanomaterials, this article critically and comprehensively reviews the emerging polysaccharide nanocrystal-based functional nanomaterials with special applications, such as biomedical materials, biomimetic optical nanomaterials, bio-inspired mechanically adaptive nanomaterials, permselective nanostructured membranes, template for synthesizing inorganic nanoparticles, polymer electrolytes, emulsion nano-stabilizer and decontamination of organic pollutants. We focus on the preparation, unique properties and performances of the different polysaccharide nanocrystal materials. At the same time, the advantages, physicochemical properties and chemical modifications of polysaccharide nanocrystals are also comparatively discussed in view of materials development. Finally, the perspective and current challenges of polysaccharide nanocrystals in future functional nanomaterials are outlined.     

Self-Assembling Peptide-Based Functional Biomaterials

Peptides can self-assemble into various hierarchical nanostructures through noncovalent interactions and form functional materials exhibiting excellent chemical and physical properties, which have broad applications in bio-/nanotechnology. The self-assembly mechanism, self-assembly morphology of peptide supramolecular architecture and their various applications, have been widely explored which have the merit of biocompatibility, easy preparation, and controllable functionality. Herein, we introduce the latest research progress of self-assembling peptide-based nanomaterials and review their applications in biomedicine and optoelectronics, including tissue engineering, anticancer therapy, biomimetic catalysis, energy harvesting. We believe that this review will inspire the rational design and development of novel peptide-based functional bio-inspired materials in the future.     

纤维素化学研究进展

为了研究当前纤维素化学发展现状,综述了纤维素超分子结构及其成因,介绍了纤维素自组装的结构模型,讨论了纤维素的多种原材料（细菌纤维素、人工化学合成纤维素、棉花、木材、禾草植物、韧皮纤维以及农业废弃物）,着重介绍了细菌纤维素的制备与商业用途以及人工化学合成纤维素,综述了目前纤维素化学研究的热门课题：选择性取代、新纤维素溶剂、纤维素的预处理、纤维素衍生物以及纤维素功能材料的发展现状、再生纤维的研究发展现状、纳米纤维素的制备与表面化学改性.选择适宜的原材料,对天然纤维素进行可控物理、化学结构设计,从而可以制备特殊功能的精细化工产品.纤维素化学是21世纪可持续发展的化学工程研究的重要课题之一.     

A Statistical Thermodynamic Model of Vapor-Liquid Interfacial Tension for Liquid Mixtures at High Pressure

1 INTRODUCTIONInterfacial tension of pure fluids and their mixtures is an important property for the development,design and simulation of many chemical processes.The interfacial behavior has important prac-tical applications in material science,environment science and chemical engineering separationprocesses as well as in secondary or tertiary recovery of petroleum.Although interfacial phenom-ena are rather complicated,interfacial tension of free vapor-liquid interface is considered as a firstand fundamental step of the study.For example,enhanced carbon dioxide“flooding”technique     

化学工程中的分子动力学模拟

综述了计算机分子动力学（MD）模拟的原理及其在化学工程,尤其是化工新技术研究方面的应用．文中提及的实例涉及表面及界面、复杂流体、超临界流体和膜等领域．对MD模拟今后的发展,包括其在化工研究中的作用也进行了评述．     

CF/PPES界面结构的XPS表征

复合材料中增强材料与基体间的界面具有复杂的结构，具有传递应力的能力。通过对界面结构的研究和表征，促进对复合材料界面近程结构的认识，扩大其应用领域。利用X射线光电子能谱(XPX)研究了碳纤维／杂萘联苯聚醚砜(CF／PPES)的界面状态和结构，证明了CE／PPES的界面上确有新的化学结构出现，使CF／PPES的宏观性能优异。     

复杂流体-固体界面相互作用热力学机制

具有复杂结构的纳微界面往往是界面复杂作用和宏观实验现象的主导因素。要准确描述界面处复杂流体的行为,需要引入能描述复杂流体-固体界面相互作用的分子热力学模型。本综述围绕分子热力学模型化方法拓展至纳微界面传递问题,提出“分子热力学建模+分子模拟+纳微实验”三者有机配合新思路。并针对复杂流体-固体界面相互作用的定量研究,着重综述了作者在热力学建模,分子模拟以及采用原子力显微镜 (atomic force microscopy,AFM) 实验方面的研究进展,创新性地提出将AFM定量化分析作为桥梁,用于构建分子模拟模型,描述复杂界面作用,揭示分子热力学机制,为构建纳微界面传递模型以及分子热力学模型由体相拓展至界面提供了可能。     

Structure and dynamics of water in TiO2 nano slits: The influence of interfacial interactions and pore sizes

The interaction of water with TiO₂ surfaces is of enduring interest because of wide applications of the TiO₂ materials in aqueous environments. The structure and dynamic properties of water molecules in TiO₂ nanopores are crucial as increasingly TiO₂ materials are synthesized into nanoporous structures. In this work, the structural and dynamic properties of water molecules in nanoscale slit pores of TiO₂ are investigated, by using three sets of force field models for the water- TiO₂ interaction, as well as four TiO₂ slit pore widths. It is concluded that the water- TiO₂ interaction dominates the interfacial structure of water molecules, while the dynamic properties of water molecules are primarily influenced by the slit width in both interfacial and central regions. These findings indicate that both of the fluid properties and the interactions of fluids with pore wall will determine the transport properties of fluid in nanopores. If the pore size is large enough, e.g. 1.0 nm or larger in this work, the transport properties will be determined most by the fluids themselves. For the cases of pores whose sizes are in the range of interfacial region, the influences of pore size and interfacial interaction will interfere each other.     

Natural polyphenols as versatile platforms for material engineering and surface functionalization

Polyphenols, the ubiquitous secondary metabolites of plants, are an important part of human diet and are essential for plant functions. They have attracted considerable interest due to their important biological activities as well as intriguing chemical and physical properties. Polyphenols allow a whole panoply of chemical and physical interactions with interesting molecules and surfaces to be established. Thus, polyphenols can serve as versatile building blocks for the preparation of various functional materials, such as capsules, antibacterial and antioxidant films, micro/nanoparticles, membranes, electronic and energy storage materials, hydrogels, and cell encapsulants, with fascinating structures and properties. In addition to their important roles in engineering of functional materials, they also emerge as pivotal components in the construction of versatile surfaces, including antifouling, antibacterial, antioxidant, cell adherent and proliferable, enzyme-immobilized, patternable and peptide-embedded surfaces. This review will describe the main interactions/reactions involving polyphenols for the design of functional materials and the construction of versatile surfaces. This review will also illustrate and discuss current applications of polyphenols in material and surface sciences.     

材料化学工程科学内涵及方法初探:从介观尺度界面流体行为出发认知材料

作为一门新兴的交叉学科,材料化学工程科学内涵的进一步凝练和方法论的建立显得十分重要和迫切。介观尺度下界面流体的研究对于材料化学工程具有重要意义,材料化学工程的科学内涵在于通过认识介观尺度下界面处流体行为来"认知"材料,以期建立材料结构、性能(应用)与制备(生产)三者之间的关系。其中,弄清介观尺度下复杂作用和复杂结构对界面流体行为的影响,是"认知"材料的关键。分子模拟技术作为单因素遴选介观尺度各影响因素的有效手段,在实际应用中存在两大难点:如何同时获得界面流体反应和传递两个方面的信息;如何实现分子层面认识在材料应用层面的转化。基于此,初步讨论了材料化学工程研究方法的发展趋势。