扫描探针加工和自组装技术相结合的研究进展——表面图形可控的功能纳米结构的制备

随着扫描指针和分子组装技术的快速发展,人们不仅可以在固体表面构建纳米尺度的结构,而且也可以使表面的纳米结构进一步功能化,并且还能够更进一步制备出精确控制的复合功能材料及理想的原型器件.本文在简单介绍扫描探针加工技术和分子自组装膜制备的基础上,总结了原子力显微镜纳米刻蚀和分子组装相结合的最新进展,并着重介绍了具有广泛应用前景和研究进展的构筑纳米刻蚀法和蘸笔水刻蚀法.     

功能纳米结构的组装

对功能纳米结构组装体系进行了系统的分类，详细总结和评述了人工纳米结构组装体系、纳米结构自组装体系和分子自组装体系的最新进展．展示了该领域的一些重要进展和研究成果，列举了这类自组装体系的新特性和应用前景．不仅指出了现阶段研究中存在的问题。而且还提出了今后需要重视的发展方向．     

基于DNA的纳米结构自组装

分析了DNA适于作为纳米结构组装模板的结构特点,阐述了几种基于DNA的纳米结构自组装方式,提出DNA模板组装可作为“自下而上”的微纳器件加工新方式,从而克服传统“自上而下”加工方式的不足。     

自组装丝素蛋白纳米颗粒的制备

以家蚕丝为原材料,采用两种溶解体系来调控蚕丝蛋白的分级组装,制备了不同尺寸的丝素蛋白纳米颗粒。对颗粒的形貌及结构等进行了测试分析,结果表明:采用LiBr-FA溶液体系制备的丝素蛋白纳米颗粒呈扁平状,当FA质量分数在5%时,丝素蛋白纳米颗粒呈无规卷曲构象;增加FA含量,促使β-折叠结构形成,丝素蛋白纳米颗粒结构更加规整;采用CaCl_2/H_2O/C_2H_5OH-FA溶解体系制备出的丝素蛋白纳米颗粒呈球状,颗粒的粒径均一、分布均匀,基本呈稳定的β-折叠结构。通过调控丝素蛋白自组装过程制备丝素蛋白纳米颗粒,整个过程不涉及有机溶剂的添加和复杂设备的使用,所制备的丝素蛋白纳米颗粒尺寸均匀、结构规整,可以进一步拓展丝素蛋白在药缓释领域的应用范围。     

吖啶橙修饰金纳米自组装膜制备及其性能研究

采用水相硅烷化方法,将γ-氨基丙基三乙氧基硅烷[H2N(CH2)3Si(OC2H5)3](APES)组装在石英表面,在基底表面修饰上氨基为末端的单层膜,并进一步在这种功能化的单层膜基底上组装金纳米粒子得到金纳米粒子/APES/石英的纳米复合结构。以制备的金纳米粒子自组装膜修饰石英为基底、半胱胺酸为中介,利用吖啶橙(AO)和半胱胺酸的化学吸附作用,将吖啶橙间接组装在金纳米粒子自组装膜修饰石英基底表面,制备出具有荧光特性的超分子自组装膜AO/Cys/AuNP/APES/Quartz。文章着重研究了吖啶橙修饰金纳米粒子自组装膜的制备和组装条件,以及用原子力显微镜、紫外吸收光谱、荧光光谱对膜进行表征。基于膜具有的荧光性质,有望发展一种新型的荧光传感器。     

铜和铜合金表面自组装缓蚀膜的研究进展

在铜和铜合金表面构建自组装膜是一种有效简单的防护方法.综述了近年来铜和铜合金表面自组装缓蚀膜的研究进程及存在的问题,并指出了有关铜和铜合金自组装缓蚀膜的发展方向.     

蒲公英状ZnO纳米结构的水热自组装及表征

以柠檬酸为络合剂，在250℃成功地制备出新颖的蒲公英状氧化锌纳米结构。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和紫外可见光谱（UV-vis）等手段对产物晶体结构、形貌、光学和电学性能进行了表征，结果表明产物是由无数的氧化锌纳米薄片围绕某中心自组装而成的蒲公英状纳米结构，禁带宽度（E6）约为3．61eV，并对该纳米结构的自组装机理做了初步探讨。     

溶剂和温度诱导1,3,5-均苯三酸在高定向热解石墨表面上的自组装行为

利用扫描隧道显微镜研究了1,3,5-均苯三酸(TMA)在3种不同碳链长度的壬酸、庚酸和辛酸形成的液/固界面上超分子自组装结构。研究结果表明,TMA在壬酸和庚酸溶液中会分别形成蜂窝状和花状氢键网络结构,而在辛酸中则会形成花状和三聚体两种共存结构。最后将TMA饱和壬酸和庚酸溶液分别加热到60℃时,会发现TMA分子相嵌在蜂窝状和花状网格孔中。因此,溶剂和温度等外界因素对分子间的COOH……COOH氢键作用对形成不同的超分子纳米结构具有重要作用。     

硅基上端基为羧基自组装膜的制备及应用

通过液相硅烷化的方法,在硅基底上制备了端基为氰基的分子自组装膜,利用氰基水解的方法,通过改变水溶液中酸的浓度以及反应温度和反应时间,研究了氰基转化为羧基的过程.红外光谱表征结果显示:表面转化完成后,分子自组装膜在2 250 cm-1处和1 711 cm-1处羧酸中羰基吸收峰的出现,证明自组装膜的端氰基已大部分转化为羧基;同时,表面转化后硅基自组装膜表面对纯水的接触角(31.5°)较端基为氰基的自组装膜的接触角(58.1°)有所减少,说明羧基的生成使表面亲水性增加.利用Ag+和COO-之间的化学吸附和化学试剂的原位还原,在端基为羧基的自组装膜表面组装了银纳米粒子.研究结果表明,通过化学方法可以将硅基上端基为氰基的有序分子自组装膜转变为端基为羧基的有序分子自组装膜,并且该自组装膜可以用来作为制备金属纳米粒子的功能基底.     

植酸和钼酸钠自组装膜对铜表面的缓蚀作用

采用电化学阻抗谱(EIS)研究了植酸和钼酸钠单一配方及其复配自组装膜在质量分数3.5%NaCl溶液中对铜基底的缓蚀作用。结果表明:植酸与钼酸钠单一配方对铜基底均具有一定的缓蚀作用;因植酸分子的刚性结构,使自组装膜中含有缺陷,与钼酸钠复配自组装膜后,表面覆盖度明显增加,膜质量得到了改善,提高了对铜基底的缓蚀效率。     

刚棒-线团两亲性分子的水溶液自组装研究进展

综述了带有刺激响应功能水溶液自组装方面的最新研究成果.通过文献研究表明：两亲性分子在水溶液中自组装的超分子纳米结构确实存在刺激响应功能,通过外界条件可以改变它们的拓扑结构和性能,这些条件包括温度、光照、pH值、氧化还原的作用,而且这个转变通常是完全可逆的,一旦刺激被移除就会回复原有状态.这些奇特的性质可应用于环境科学、生物科学等领域.     

组合体投影变化规律的研究

指出了组合体是基本几何体经叠加和挖切等方式组合而成的，但组合体的投影并不是各基本几何体投影的简单组合，而是会发生相应的变化。阐明了组合体投影存在投影外接触、投影内接触、投影半包含和投影包含现象，分析了该现象与组合体投影变化的一般规律，提出了以两基本几何体接触处的投影变化的角度绘制组合体投影的、可操作性强的指导图解组合体作图方法。     

Si表面规则纳米结构AFM阳极氧化研究

为了研究如何采用AFM探针阳极氧化方法在大范围内加工高精度纳米结构,采用AFM与精密工作台结合建立了一套新型纳米加工系统.该系统中,采用导电探针静止的工作方式,通过AFM系统对其进行垂直表面方向的调节,使探针跟踪表面以及表面产生氧化反应.工作台由外控计算机控制作复杂运动,可以实现矢量和点阵两种加工方法.实验表明:该系统消除了AFM本身扫描陶管由于非线性、迟滞等因素影响其大范围内重复性定位精度不高的缺点.大气环境下,在N型硅(111)表面进行了阳极氧化的实验,得到了探针和样品之间的偏压,加工速度和脉冲时间对氧化物高度的影响规律以及加工纳米线时的极限速度为60μm/s.因此,在本文开发的纳米加工系统上采用阳极氧化的方法可以在大范围内加工出复杂纳米结构如线型结构以及复杂的汉字.     

ZnO一维纳米结构在金属基底上的原位生长和表征

以Cu—Zn合金片为基底并提供Zn源,在含氧气氛中通过调控反应温度和氧偏压,采用热氧化法直接在Cu-Zn合金片上大面积可控地合成了多种形貌的ZnO一雏纳米材料薄膜（包括纳米带、纳米片、纳米梳和纳米线等）,采用多种分析方法对产物的形貌、结构进行了详细的表征,并对其相应的生长模型进行了讨论。结果表明,反应温度和氧偏压对ZnO纳米结构的生长至关重要,随着反应温度升高或氧含量的减少,气相Zn／O物种的偏压比增加,ZnO纳米结构尺寸变小。     

纳米结构中浸入特性的非平衡分子动力学模拟

为明晰复杂纳米通道内流体流动规律,采用分子动力学方法研究压力驱动作用下不同润湿性纳米通道的液态水浸入特性。建立液态水/不同润湿性纳米通道的非平衡态分子动力学模型,研究驱动压大小、壁面润湿性及纳米粗糙元结构对液态水浸入特性的影响规律。模拟结果表明:相同驱动压条件下,液态水易于浸入亲水性纳米结构通道内,相比于光滑纳米通道,纳米粗糙元结构凸显液态水的表面张力作用,提高液态水持续浸入纳米通道的驱动压;纳米粗糙元结构对液态水浸入速度以及密度分布均有影响,纳米粗糙元距离入口处越近,浸入过程的阻力越大,即液态水浸入纳米通道内的体积通量越小,研究结果为明晰复杂纳米通道内液态水输运的微观机理提供理论基础。     

纳米结构中浸入特性的非平衡分子动力学模拟

为明晰复杂纳米通道内流体流动规律,采用分子动力学方法研究压力驱动作用下不同润湿性纳米通道的液态水浸入特性。建立液态水/不同润湿性纳米通道的非平衡态分子动力学模型,研究驱动压大小、壁面润湿性及纳米粗糙元结构对液态水浸入特性的影响规律。模拟结果表明:相同驱动压条件下,液态水易于浸入亲水性纳米结构通道内,相比于光滑纳米通道,纳米粗糙元结构凸显液态水的表面张力作用,提高液态水持续浸入纳米通道的驱动压;纳米粗糙元结构对液态水浸入速度以及密度分布均有影响,纳米粗糙元距离入口处越近,浸入过程的阻力越大,即液态水浸入纳米通道内的体积通量越小,研究结果为明晰复杂纳米通道内液态水输运的微观机理提供理论基础。     

水处理中电化学方法及其组合工艺的开发与应用

在总结有关文献的基础上,介绍了电还原,电氧化,电凝聚,电气浮和微电解在水处理中的应用.分析了电化学法水处理技术的发展动向主要体现在电极材料、供电方式、电化学反应器的结构及与其它技术组合等方面的研究和应用,提出针对不同的废水,探明反应机理、开发电极材料和高效反应器、并与其他技术的优化组合,达到提高处理效率并降低能耗的目的是目前亟待解决的问题.并指出三维电极的开发利用是电化学法水处理技术的一个重要发展方向.     

基于IOWGA算子的组合预测方法及其应用

针对汽车配件需求量的预测进行了预测模型的建立、选择并优化．特别是将灰色预测和神经网络预测与IOWGA算子相结合,提出了以对数误差平方和为准则的基于IOWGA算子的组合预测方法,从而提高了预测的精度。将该方法用于汽车配件需求预测取得了较好的效果,说明了算法的有效性．     

结合本体论和统计方法的跨语言信息检索模型

为了更有效地提高跨语言信息检索的性能,结合本体论和统计方法的特性,提出一种混合的跨语言信息检索模型.在该语言模型的结构上,提出一种本体描述框架,构造了一个形式化的语言本体知识表示,通过典型语料学习,融合了语法、语义、句法等多元信息,建立了源语言本体知识库.在跨语言信息检索的实际应用中,利用本体表示,获得初始的检索文档集,再基于源语言本体知识库,对全部候选文档重新排序,以提高TopN排列的精确度.利用NTCIR-3Workshop中的中英文跨语言信息检索数据集对该语言模型进行了评价,相关实验结果表明,该方法取得了较满意的实验效果.