关键词： 局域表面等离激元   折射率传感   纳米颗粒薄膜   时域有限差分法   消光光谱  

摘要： 银纳米颗粒具有显著的表面等离激元特性,可作为折射率传感的关键材料,广泛应用于化学催化、信息传感、医用生物和新能源等领域。然而,未包覆的纯银纳米颗粒在复杂介质环境下,无法维持折射率传感的长期稳定性。文章提出了一种用于折射率传感的Ag@SiO_(2)复合纳米颗粒薄膜,其结构单元由岛状银纳米颗粒和一层依附在银颗粒表面的二氧化硅核壳构成。利用有限时域差分法(FDTD),模拟计算了不同包覆厚度的Ag@SiO_(2)复合纳米颗粒光谱特性以及折射率传感性能。结果表明:岛状Ag@SiO_(2)纳米颗粒薄膜的共振峰强烈依赖纳米颗粒的包覆材料的厚度和周围介质的折射率。Ag@SiO_(2)复合纳米颗粒薄膜折射率灵敏度优于未包覆的纯银纳米颗粒。Ag@SiO_(2)复合纳米颗粒薄膜相对于岛状纯银纳米颗粒具有更优的指标参数,有望作为折射率传感的关键材料,应用于介质环境的检测中。

关键词： Ag_(3)Sn纳米颗粒   可靠性   润湿性   生长系数  

摘要： 选用氧化还原法制备Ag_(3)Sn纳米颗粒,以不同质量比(0、0.1%、0.15%、0.2%)添加到SAC305焊料中来探讨Ag_(3)Sn纳米颗粒对焊料显微组织、润湿性和可靠性的影响。采用X-射线衍射仪和扫描电子显微镜对制备的Ag_(3)Sn纳米颗粒进行物相分析和形貌观察,采用金相显微镜观察焊点的显微组织。将焊点在150℃高温时效不同时间后(0、50、100、150、200 h),采用金相显微镜对焊点界面进行观察,并采用Image J软件计算界面金属间化合物(IMC)层的厚度,得到生长系数。结果表明,向SAC305焊料中添加适量的Ag_(3)Sn纳米颗粒可以提高焊料的润湿性;Ag_(3)Sn纳米颗粒可以有效细化SAC305焊料的微观组织并抑制IMC层生长;随着时效时间的延长,Cu6Sn5金属间化合物层由扇贝状向平面状转变,同时出现Cu3Sn金属间化合物层。向SAC305焊料中添加0.15 wt.%的Ag_(3)Sn纳米颗粒可获得最佳综合性能,润湿性最好(铺展面积为167.447 mm2),生长系数最小(0.04),组织细化也较为明显。

关键词： 聚丙烯腈   MgO纳米颗粒   Ag纳米颗粒   纳米纤维   复合过滤膜  

摘要： 为提高聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜的性能,在PAN溶液中掺杂了MgO和Ag纳米颗粒(MgONPs和AgNPs),通过静电纺丝方法制备了不同质量分数的PAN/MgO/Ag复合纳米纤维过滤膜,采用扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱仪、紫外线透反射分析仪、过滤性能测试仪测试复合纤维过滤膜的微观形态、结晶结构、透气性、透湿性及过滤性能等。结果表明:纯PAN纳米纤维的直径为222.9 nm,PAN/MgO/Ag复合纳米纤维的直径为151.5 nm~258.6 nm。相对于纯PAN纤维膜,PAN/MgO/Ag复合纤维膜具有优良的过滤性能和紫外线防护性能,其紫外线防护系数为38.73~55.37,过滤效率为95.36%~97.59%,阻力压降为46.06 Pa~58.31 Pa。当MgONPs和AgNPs的质量分数都是0.75%时,PAN/MgO/Ag复合纤维膜的品质因子最高,为0.071 4 Pa^(-1),过滤性能最好,属于高效低阻且具有防紫外线功能的过滤膜材料。

关键词： 二氧化锡纳米薄膜   Ag纳米颗粒   异质结   气体传感器  

摘要： 采用磁控溅射法在p-Si衬底上沉积二氧化锡(SnO_(2))纳米薄膜并在其上负载银(Ag)纳米颗粒作为气体传感器的敏感材料。实验结果表明:负载Ag纳米颗粒提高了SnO_(2)纳米薄膜的灵敏度。Ag溅射时间为80 s,负载量为6%质量分数的SnO_(2)纳米薄膜对乙醇气体的响应值较未负载Ag纳米颗粒时提高了78.7%,这可以归因于Ag纳米颗粒与SnO_(2)纳米薄膜之间形成了异质结。实验测试了工作电压对SnO_(2)纳米薄膜灵敏度的影响,当工作电压均为5.5 V时,传感器对乙醇和丙酮气体的响应最佳,响应值分别为3.49和4.51。

关键词： 核壳结构   高密度   贵金属   表面增强拉曼散射   纳米纤维   染料  

摘要： 基于PA66片晶结构实现了银包金核壳纳米颗粒(Au@AgNPs)在PA66纳米纤维表面的原位高密度组装,系统探究了反应时间对复合纤维膜微观形貌的影响,并对复合纤维膜的SERS性能进行了研究。结果表明,复合纤维膜上组装的纳米颗粒粒径随反应时间增加而增大,复合纤维膜(反应时间为10 min)有着最高的SERS活性,对罗丹明6G(R6G)具有较高的检测灵敏性和信号再现性,同时,对染料分子罗丹明B､结晶紫(CV)和孔雀石绿(MG)均具有良好的检测灵敏性,检测限分别为10^(-9)､10^(-10)､10^(-10) mol/L。

关键词： 摩擦纳米发电机(TENG)   生物质材料   可降解   Ag纳米颗粒   TiN纳米颗粒  

摘要： 随着全球变暖和环境污染的加剧,探索一种可靠的清洁能源成为关注的焦点,而在众多的清洁能源之中,机械能由于分布广泛且受环境等因素限制较少而被关注。然而,如何有效地收集机械能是一个棘手的问题。因此,为了能够这种能量,在2012年,王中林等人发明了一种称为摩擦纳米发电机(TENG)的能量收集器,它可以有效的将低频机械能转化为电能。值得注意的是,TENG器件通常是由难以降解的材料构成,开发和使用生物质基的TENG成为必然。本文选取了两种典型的生物质材料,油菜秸秆和壳聚糖作为基底材料,立足于生物质材料在摩擦纳米发电机中的应用问题,围绕着“生物质基摩擦纳米发电机的输出性能的提高”,通过介电调控、表面改性和构建微纳结构的方法,有效地提高了TENG的输出性能,主要内容如下: (1)利用天然油菜秸秆粉末(RS)和聚乙烯醇(PVA)制备了天然薄膜(RS/PVA),并使用RS/PVA和聚四氟乙烯(PTFE)构筑了RS-TENG。油菜秸秆粉末的加入增加了RS/PVA薄膜的羰基、羟基和氨基酸官能团的含量,使得薄膜获得了更好的电学性能。油菜秸秆粉末的加入也使得薄膜表面的有效接触面积增加,这同样提升RS-TENG的输出性能。RS-TENG的开路电压为78V,短路电流为5.3μA。将RS/PVA薄膜浸泡在PBS溶液中,结果证明其具有高度可降解性和生物友好性。最后,通过将RS-TENG用于步态传感证明了其良好的应用潜力。 (2)壳聚糖是一种典型的动物生物质材料,分布广泛。使用壳聚糖材料和银纳米颗粒构筑了TENG(AC-TENG),基于介电调控、构建微纳结构的方法,进一步增强了AC-TENG的性能。结果证明,当掺杂浓度在6wt%时,性能最佳。此外,在3.5Hz和10N的条件下,AC-TENG最大的开路电压为74V,短路电流为4.7μA。同时本文创新性的使用漏电流这一概念解释了浓度与输出性能之间的关系。最后,通过发送摩斯电码的方式来验证其应用价值。 (3)为了进一步证明介电调控方法的有效性,通过掺入另一种导电颗粒TiN开发了基于TiN/壳聚糖薄膜的摩擦纳米发电机(TC-TENG),并使用Comsol Multiphysics 6.2对最佳输出性能的器件进行仿真,仿真结果与实测结果较好的吻合,这进一步的证明了介电调控方法的有效性。通过将TC-TENG用于为低功耗设备提供能源,成功地点亮了8个蓝色LED并为商用计算器供电。TCTENG在尺寸上的灵活性使其能够应用于人体传感器,这项工作为TENG在传感器方向的应用提供了一条可行的途径。 综上所述,本文搭建了TENG的测试平台,选取了两种典型的生物质材料作为基底,基于介电调控、表面改性和构建微纳结构的方法有效提高了TENG的输出性能,为生物质基的TENG开发和应用提供了一条新的研究思路。

关键词： 海水淡化   太阳能驱动界面蒸汽化   椰壳碳   多壁碳纳米管   Ag纳米颗粒  

摘要： 水是生命之源,淡水资源短缺已经成为制约人类社会可持续发展的一大问题。虽然利用传统海水淡化技术建造的海水淡化工厂已经可以向部分工业企业供应淡水,但这些技术都具有些技术都具有工艺复杂,设备昂贵的特点,而且还需要传统化石能源作为输入能量,不利于可持续发展。太阳能热脱盐为低成本、模块化和高效脱盐系统提供了一条途径。然而在实际应用中,太阳能驱动界面蒸汽化系统还存在着蒸发速率低、盐沉积、热损失、使用寿命短等问题。 本文以宽光谱高效吸收和强光热转换能力的碳基材料为光热转换材料、以三聚氰胺泡沫为载体,设计亲/疏水双层结构以实现界面蒸发,并对其提高光吸收效率、减少能量损失等方面进行研究,设计制备具有高速率、稳定和耐盐的光热转换膜。 首先,以椰壳碳作为光热转换材料、将其涂覆在三聚氰胺泡沫上制备了椰壳碳光热转换膜,通过对亲/疏水结构的设计,不仅使光热转换膜可以自漂浮在水面上,同时能够实现界面蒸发。测试表明,椰壳碳光热转换膜在400-2400 nm波长范围内具有超过78%的光吸收效率,并在实际海水测试中可实现1.37 kgm-2h-1的蒸发速率。 其次,以多壁碳纳米管（MWCNTs）作为光热材料、以三聚氰胺泡沫为载体制备MWCNTs光热转换膜,MWCNTs光热转换膜在400-2400 nm波长范围内具有超过90%的光吸收效率。在实际海水中的蒸发速率达到了1.69 kgm-2h-1。在连续9天的循环测试中,平均蒸发速率为1.56 kgm-2h-1且无盐沉积。对淡化后的海水进行离子浓度测试,Na+、Mg2+、K+、Ca2+的离子浓度相比于海水降低了3个数量级。 最后,以通过液相还原法在MWCNTs负载Ag纳米颗粒作为光热材料、以三聚氰胺泡沫为载体制备MWCNTs-Ag光热转换膜。Ag纳米颗粒负载量为6.7%时,在200-300 nm波长范围内的光吸收效率较MWCNTs光热转换膜提高20%,增加了光热转换膜在紫外光区的吸收效率。由于Ag纳米颗粒与MWCNTs相互协同作用,在实际海水测试中,蒸发速率达到了1.83 kgm-2h-1。在连续10天的循环测试中,平均蒸发速率为1.73 kgm-2h-1且无盐沉积。

关键词： CO2固定   Ag NPs   环加成   端炔羧基化  

摘要： 将CO2转化为高附加值化学品可以实现对资源的有效利用,减少对有限资源的依赖。CO2固定反应是减少CO2排放最具有前景的方法之一。然而,CO2在热力学和动力学的惰性限制了其高效转化。通过向催化体系中引入亲CO2基团（如含N、P、S等基团）可以显著提高CO2吸附捕集,从而促进CO2的催化转化效率。此外,银基催化剂也被公认为二氧化碳固定反应的优良材料。目前,CO2化学转化已经在均相催化和多相催化领域进行了大量研究,然而,催化剂制备复杂、成本高、活性位点少、反应条件苛刻等问题限制了CO2的工业化应用。为解决上述问题,本论文采用比表面积大、活性位点密度高、孔径分布均匀、孔结构可调的金属有机框架材料（MOFs）为前体,通过交叉偶联和原位合成法将高含氮化合物引入MOFs中,从而提高材料表面N物种的数量,促进材料对CO2的吸附,通过简单的原位浸渍还原法将Ag NP负载上去以制备新型Ag基催化剂,并将其应用于CO2环加成反应和羧基化反应中。结合相关表征,探究了Ag基催化剂在CO2固定反应中的作用机制及其构效关系。主要研究内容和结论如下: （1）采用聚乙烯亚胺（PEI）改性的UiO-66-NH2为载体,通过简单的原位浸渍还原法合成Ag/PEI@UiO-66-NH2催化剂,采用XRD、FT-IR、SEM、TEM、N2吸附/脱附、CO2吸附、XPS等表征技术探究了催化剂与环加成反应的构效关系。利用PEI@UiO-66-NH2表面大量的N位点（-NH和-NH2）和负载的Ag NPs对CO2气体的吸附和环氧化物C-O键的极化,提高CO2环加成反应的催化效率。实验分别考察了CO2压力、反应温度、反应时间和PEI引入量等参数对CO2和环氧丙烷生成碳酸丙烯酯反应的影响,经优化得出,在100 ℃,2.5 MPa,反应150 min,PEI引入量为50%时,碳酸丙烯酯的收率和选择性分别为94.5%和>99%。该催化剂循环性能较好,对其他含有不同取代基的环氧化物也具有良好的催化活性,最后提出了该催化体系可能的催化机理。 （2）采用溶剂热合成法和“AgNO3浸渍还原法”合成了Ag/UiO-66-mlm,随后在Ar氛围下焙烧以提高单位载体表面的活性位点密度,利用载体上的N位点对CO2的吸附和Ag NPs对末端炔烃C-H的活化,协同促进CO2与末端炔烃的羧基化反应。利用XRD、FT-IR、XPS、N2吸附/脱附、CO2吸附等检测手段对其结构进行了表征,并考察了不同反应参数对末端炔烃羧基化反应的影响,在最优反应条件下（反应温度为70 ℃,焙烧温度为400 ℃,Ag负载量为5%）反应24 h,苯乙炔的转化率为85%,苯丙炔酸的选择性为>99%。

关键词： 紫外光电探测器   锡酸锌   Ag纳米颗粒   异质结   光响应性能  

摘要： 锡酸锌（Zn2SnO4）纳米材料具有宽带隙、高电子迁移率、高化学和热稳定性、高可见-近紫外透明度等优异性能,在制备高性能低成本紫外光电探测器方面有着巨大的潜力。但是,目前对Zn2SnO4纳米材料的研究主要集中在光催化降解、透明导电电极、气体传感器等领域,在紫外光电探测方面的研究仍然较少。本论文采用水热法制备Zn2SnO4纳米材料,通过形貌调控、贵金属沉积以及构筑异质结等方式来提升Zn2SnO4基紫外光电探测器的性能。本论文的主要研究结果如下: （1）采用水热法制备了片状N-Zn2SnO4与八面体状O-Zn2SnO4,并将其与ITO透明导电电极构筑成肖特基结型紫外光电探测器。相比O-Zn2SnO4,N-Zn2SnO4具有较强的紫外光吸收率和较大的禁带宽度。Zn2SnO4基紫外探测器具有一定的整流特性和自供电特性,且在无外加偏压时探测器的光电流具有较好的稳定性和可重复性。N-Zn2SnO4基探测器具有较高的光电流、光暗电流比和响应度,这是因为片状结构利于紫外光的吸收,可以为光生电子提供更多的传输通道,并减少载流子的复合。因此,N-Zn2SnO4更适合用于紫外探测器件中。 （2）采用光还原法在N-Zn2SnO4表面沉积了Ag纳米颗粒（AgNPs）,构筑了AgNPs/Zn2SnO4基紫外光电探测器。结果表明,AgNPs附着 在N-Zn2SnO4表面,AgNPs/Zn2SnO4的禁带宽度相比N-Zn2SnO4略有减小,且在可见光区的吸收率增加。AgNPs/Zn2SnO4基探测器在紫外光照射下具有自供电特性和良好的稳定性,其中5%AgNPs/Zn2SnO4基探测器表现出较快的响应速度（τr=0.161 s,τd=0.154 s）、大的光暗电流比（829）和高的响应度（21.7 A/W）,其光电性能的提高归因于AgNPs提升了光生载流子的数量及分离效率。因此,AgNPs修饰是优化Zn2SnO4基紫外光电探测器性能的一种有效方法。 （3）采用一步水热法制备了ZnO/Zn2SnO4异质结复合材料。复合材料由松散堆叠的六角形纳米片组成,其结晶质量随着退火温度的升高而提高。与N-Zn2SnO4相比,ZnO/Zn2SnO4复合材料的紫外光吸收度略有降低,吸收边随着退火温度的升高发生红移。退火温度为500℃时,ZnO/Zn2SnO4中较大尺寸和排布松散的纳米片有利于对光的吸收,且其较好的结晶质量优化了电子的传输路径,同时ZnO与Zn2SnO4形成的II型能带结构有效促进了光生载流子的分离和输运。这些因素共同提升了ZnO/Zn2SnO4基紫外探测器的性能。