关键词： 辣椒   石墨烯   产量   品质  

摘要： 为了增多茬口的安排,使农产品提早上市等目的,在冬春季节,常会进行蔬菜等作物的育苗,但在湖南冬春季节低温寡照的气候会造成幼苗生长不良。石墨烯远红外电暖因其具备热转换效率高且绿色环保的优点近些年在农业生产中出现了较多的应用,然而石墨烯处理对辣椒的生长发育、产量及果实品质缺乏研究。本研究以丰抗21号辣椒和湘研14号线椒为供试品种,在湘潭蔬菜种苗中心基地的大棚内设置石墨烯远红外电暖加温处理辣椒幼苗,以不加石墨烯处理的大棚育苗为对照,观察石墨烯远红外电暖加温处理对辣椒幼苗生长发育、产量及果实品质的影响。具体研究结果如下: 1.石墨烯处理对辣椒生长环境的影响。经测定,在1月份白天气温2℃的阴雨天气,对照大棚里的气温5℃,空气湿度85%,石墨烯处理的大棚温度11.5度,湿度是76%,气温比对照棚提高了6.5度,湿度降低了10%。因此石墨烯处理能明显的增加大棚内的温度,降低大棚内的湿度,增加了大棚的能见度,提高了幼苗的光合效率,有利于辣椒幼苗的生长。 2.石墨烯处理对辣椒种子萌发的影响。将辣椒种子直接播种于穴盘内,放置于大棚内进行发芽,石墨烯处理的大棚辣椒萌发率为91%,对照棚内辣椒萌发率为83.58%。石墨烯处理因增温效果明显提高了辣椒种子的萌发率。 3.石墨烯处理对辣椒幼苗生长的影响。在相同播种方式和管理措施条件下,日历苗龄42d时,测定辣椒幼苗的各生长指标:石墨烯处理辣椒幼苗株高是18.42 cm、茎粗是0.32 cm、叶片数为10片;主根长度是11.49cm、地上部分鲜重是6.4004g、地上部分干重是1.5505g、根系鲜重是1.0808g、根系干重是0.1628g。对照组辣椒幼苗相对应株高是7.46cm、茎粗是0.18cm、叶片数为4片、主根长度是7.06cm、地上部分鲜重是0.48g、地上部分干重是0.0518g、根系鲜重是0.1588g、根系干重是0.0119g。达到相同规格的壮苗标准,石墨烯处理只要72天,对照棚苗期为102 d,石墨烯处理缩短苗期30 d左右,幼苗各项测定指标的结果表明:石墨烯处理能缩短苗龄,提高种苗质量。 4.石墨烯处理对栽培后辣椒植株生长的影响。在辣椒栽培试验中辣椒幼果期(生长至第90 d),石墨烯处理辣椒株高是84.03cm,主茎粗是11.20mm、叶面积是2175.38 cm2、胚根数是220.67根、地上部分干重是73.35g、地下部分干重是1.81g。对照组辣椒株高是67.77 cm、主茎粗是9.64mm、叶面积是1734.32cm2、胚根数是165.82根、地上部分干重是47.54g、地下部分干重是1.39g。这些结果表明,石墨烯处理在一定程度上促进辣椒植株的生长。 5.石墨烯处理对栽培后辣椒植株病虫害的影响。根据统计:在辣椒栽培试验中对照组的花叶病毒病发病率为19.91%、褐斑病发病率为4.34%、白粉虱的发病率为78.72%、烟青虫发病率为4.95%、茶黄螨发病率是52.79%;而石墨烯处理的花叶病毒病的发病率为16.51%、褐斑病发病率为2.33%、白粉虱的发病率为54.18%、烟青虫的发病率为3.96%、茶黄螨发病率43.15%;石墨烯处理与对照组相比花叶病毒病的发病率降低了3.40%、褐斑病发病率降低了2.01%、白粉虱的发病率下降了24.54%,烟青虫的发病降低了0.99%。茶黄螨发病率降低了9.64%.这些结果表面石墨烯在一定程度上减轻了病虫害的危害程度。 6.石墨烯处理对辣椒产量和品质的影响。经测定:石墨烯处理辣椒果实长度为25.21cm,单果重为2403.77g;对照组辣椒果实长度为23.96cm,单果重为2230.15g;石墨烯处理显著增加了果实的长度和重量。在破色期,石墨烯处理下辣椒果实的Vc含量达到最高值,为159.65 mg/100g,较CK处理增加了11.66%,之后开始出现下降趋势,红熟期辣椒果实Vc含量为122.35 mg/100g,对照组此时的Vc是94.54 mg/100g;在红熟期,石墨烯处理的辣椒可溶性糖和可溶性蛋白含量分别为21.44 mg/g和34.55mg/100g,对照分别为为20.70 mg/g和19.85 mg/100g,石墨烯处理辣椒内的Vc、可溶性糖、可溶性蛋白含量得到显著提高.可见,石墨烯处理提高了辣椒的产量和果实品质。 综上所述,石墨烯处理提高了大棚内温度,降低大棚湿度,促进辣椒幼苗的生长发育,减轻了病虫害的危害程度,提高了辣椒产量及果实品质。其研究结果为冬春季节低温时期蔬菜育苗和栽培技术提供参考。

关键词： SF6/N2气体   密度泛函理论   气敏特性   石墨烯  

摘要： 六氟化硫/氮气（SF6/N2）混合气体分解气体的在线检测是判断SF6/N2混合气体绝缘设备早期潜伏性绝缘故障有效手段之一,气体传感技术是实现SF6/N2混合气体绝缘设备在线检测的核心内容。通过对气体传感器气敏机理以及气敏材料的制备研究,从而实现SF6/N2混合气体绝缘设备的在线监测和故障诊断。 本文主要以SF6/N2混合气体的两种特征分解组分NF3和N2O气体为研究对象,首先是基于密度泛函理论的第一性原理建立出本征石墨烯、掺杂石墨烯以及其对NF3和N2O气体的吸附模型,从微观层面仿真研究本征石墨烯和掺杂石墨烯对特征气体的吸附特性。其次制备本征和掺杂石墨烯传感材料,研究NF3和N2O分子在石墨烯表面的响应特性,最后结合微观的理论计算探讨其内在的气敏机理。其主要工作和结论如下: （1）选用Material Studio仿真软件建立了4×4×1本征石墨烯、NF3和N2O模型,基于密度泛函理论GGA、PBE泛函,对基态进行结构优化,将最大原子位移设定为5×10-3?,1.0×10-5Ha,0.002 Ha/?,0.005 Ha。在此基础上,选取了1.0x10-6Ha截距半径,以确保系统的总能值的准确性。布里渊区k点网格被设定成2x2x1。利用DFT-D（格林）法来进行色散作用力的处理。在优化后的本征石墨烯基础上,将NF3和N2O气体分子以不同的姿态靠近本征石墨烯,分别把它们放在石墨烯的三个高对称的T、B和H位上,从而构建出十五种吸附体系,并对这十五种吸附体系进行结构优化,最后得到稳定的结构。计算结果显示,本征石墨烯对NF3和N2O气体分子的吸附过程为物理吸附。 （2）在本征石墨烯吸附研究的基础上,用Al、Ga和Pt原子取代石墨烯平面中的一个碳原子得到掺杂石墨烯,研究了掺杂石墨烯对两种特征分解组分NF3和N2O气体分子的吸附特性、态密度、能带结构以及差分电荷密度。计算结果表明,铂掺杂石墨烯对NF3和N2O两种特征气体的气体为较强烈的化学吸附,结构发生了明显的变形,伴随着大量电荷的转移、旧键的断裂和新键的形成,增强了体系的导电性,为后文铂掺杂石墨烯传感器材料的制备提供理论支持。 （3）采用化学还原法制备本征以及铂掺杂石墨烯纳米薄膜材料。表征结果分析发现铂金属纳米粒子的负载可以提高石墨烯片层的表面利用率。对NF3和N2O气体的响应明显,电阻变化率分别为-15.78%和-5.36%。结果表明,铂掺杂石墨烯纳米薄膜材料对NF3气体具有更高的选择性。

关键词： 高速角接触球轴承   油气润滑   石墨烯   热流场  

摘要： 有效降低高速角接触球轴承的温升一直以来都是研究热点,而且众多研究成果也是围绕着如何有效提高轴承润滑效率来展开。为保障润滑能有效降低轴承腔的温升,本文提出在大功率高速电主轴用角接触球轴承的油气润滑中加入石墨烯,并在建立的气液固三相流的热流分析数学模型的基础上,探讨了轴承腔内由压缩气体、润滑油、石墨烯颗粒形成的气液固三相流对轴承腔热流场的影响规律。研究结果表明加入石墨烯颗粒的油气润滑油降温效果优于普通油气润滑,且石墨烯润滑油浓度为0.06%时降温效果最佳。研究结果对大功率高速电主轴用角接触球轴承的油气润滑技术提升有一定的借鉴意义。主要研究结果如下:(1)形成石墨烯润滑油环状流最佳条件的确定。基于流体力学守恒方程,建立了高速角接触球轴承腔内压缩气体、润滑油、石墨烯颗粒形成的气液固三相流的热流分析数学模型,为油气通道中石墨烯润滑油环状流动有限元分析提供边界条件,分析不同压缩气体速度时石墨烯润滑油在油气通道中的流动状态,确定了压缩气体速度30m/s,且石墨烯润滑油速度与压缩气体速度之比为1:10时,可形成稳定的石墨烯润滑油环状流。(2)高速角接触球轴承腔热边界条件的确定。经分析滚珠转动特性后得出轴承生热量,进而求得工况下轴承热流密度,并将此作为轴承腔生热边界条件;在此基础上,分析压缩气体与石墨烯润滑油在轴承腔中的对流换热,利用传热理论得出轴承腔的对流换热系数,并将此作为轴承腔换热边界条件。(3)含石墨烯的油气润滑对轴承腔温度场的影响规律。利用上述边界条件首先得到了轴承腔初始温度场,之后采用含石墨烯的油气润滑对轴承腔进行降温模拟。结果表明:在含石墨烯的油气润滑条件下,轴承腔初始温度场明显降低,且随着石墨烯润滑油浓度的增加轴承腔温度出现先降低后升高的趋势,石墨烯润滑油浓度为0.06%时轴承腔温度降到最低。(4)石墨烯油气润滑对轴承腔热流场的影响规律。以轴承腔中石墨烯润滑油体积分数、流体速度、石墨烯颗粒分布为影响因素,分析了其对轴承腔热流场的影响规律。研究结果表明:轴承腔中石墨烯润滑油体积分数越大的区域温度越低;轴承腔内圈与滚珠接触区域流体速度最大,该区域表面对流换热系数最高,换热能力也最强;石墨烯润滑油浓度相同时,随着轴承转速增大石墨烯颗粒扩散范围越广;当石墨烯润滑油浓度越大时轴承腔中石墨烯颗粒分布越密集,导致轴承腔温度场出现先降低后升高的结果。

关键词： 二维碳材料   离子截留   水处理   二硫化钼  

摘要： 近些年来,二维材料一直是研究热点,在医疗、航空航天、电子信息、水处理等领域都展现出良好的应用前景。作为代表性的二维材料,一类是石墨烯及其衍生物,另一类是二硫化钼（MoS2）。石墨烯和MoS2在水处理方面都有着十分优异的表现,它们已经被设计出多种不同种类的纳米膜,多层以及含孔的石墨烯和MoS2薄膜都有相关报道。虽然单层的纳米多孔材料在水处理上有着巨大的应用潜力,但是实验中获得单层膜材料却非常困难。相对来说,多层膜材料更易制备,然而其在水处理能力上的研究目前却很少;另一方面,尽管石墨烯和MoS2都可以作为纳滤膜应用于水处理,两者的性能却没有进行系统的比较。本论文使用分子动力学模拟的方法,首先研究了石墨烯和MoS2膜的吸附性能,然后通过比较水通量与截留率确定孔的大小,最后,比较了含孔单层和双层MoS2和石墨烯膜的水通量以及对Na Cl的离子截留率。模拟结果表明:单层纳米含孔薄膜比双层纳米含孔薄膜具有更高的水通量,但同时离子截留率会更低;MoS2膜的水通量要优于石墨烯膜;进一步的机理探索表明,由于MoS2孔洞的外部疏水边缘和内部亲水边缘,MoS2孔洞中的水分子比石墨烯孔洞中的水分子具有更快的通过速度和更高的质量密度。随着孔周围钼原子的带电量越来越高,截留率也越来越高但水通量越来越低。也就是说,增加孔洞边缘的极性会导致水通量降低,同时能提升离子截留能力。这些研究结果可能会为水处理中的MoS2膜的设计提供理论参考。基于含孔MoS2膜优异的水通量和截留率,本论文接着研究了孔的大小和孔的含量对膜的脱盐性能的影响。在给定总的孔面积的前提下,研究孔的大小对膜的脱盐性能的影响,以及确定孔的大小的情况下,研究孔与膜的面积之比对膜的脱盐性能的影响。同时,被截留的离子由一价钠离子拓展到二价钙离子和三价铁离子,使得截留率更具一般性。在本项研究中,设定MoS2总孔洞面积为200?2,单孔洞面积分别为20?2、30?2、40?2、50?2、60?2,通过比较水通量与截留率找到。为进一步了解机理,对水分子的膜表面法向速度、平均力势、孔洞内水分子数进行统计。模拟结果表明随着孔洞的面积的增大,水分子通过的速度加快,能垒降低,孔内分子数增多,水通量也随之上升。本项研究还在总的孔面积不变的基础上,探究了不同单孔面积对不同离子的截留效果。由于钙离子和铁离子的水合半径更稳定,并且离子自身速度也比较慢,因此离子截留率更高。总结如下:1)随着单孔洞面积的增加水通量增加,截留率减小;2)在孔洞面积从30?2过度到40?2时,水通量有明显的提升;2)不同离子溶液的水通量规律为:Na+>Ca2+>Fe3+,不同离子截留率规律为:Na+2+3+。另一方面,施加压力会导致更高的水通量,但离子截留率更低。本项研究探究了改变MoS2单孔大小以及含孔量对脱盐性能的影响,为将来MoS2含孔薄膜材料应用于水处理奠定理论基础。

关键词： 第一性原理   异质结构   电子性质   石墨烯   界面接触  

摘要： 石墨烯（graphene）作为一种典型的二维材料,因其优异的电子特性而备受关注,但是,由于其缺乏明显的电子带隙,这在很大程度上限制了其在场效应晶体管（FET）等电子器件中的应用。目前大量的二维材料被科学家们发现和研究,其中本文研究的二硫化钼（Mo S2）和二硫化钨（WS2）就是二维过渡金属二硫化物（TMDs）的典型代表,与石墨烯不同的是,其拥有较大的带隙,在兼顾超薄、体积小的同时又具备了传统三维半导体优异的电学性质,并且能够分别与石墨烯匹配,组成范德华异质结构（vd WH）,解决晶格失配问题的同时,还能有效改善两者的电子特性,这使其在未来研发和制造新一代电子器件时具有非常大的潜力。在实际研发和制造FET时,将石墨烯分别与二维Mo S2、WS2组成vd WHs,其接触界面存在应力,并且应力的改变会影响界面处的电荷转移,对整个体系的电子特性产生巨大的影响。外加电场模拟的是在FET栅极加电压调控导电沟道的情况,其对界面接触性质的影响也是显著的,但是这些因素对于整个体系的电子结构以及电输运性质影响及其微观机制有待于进一步研究。为探究上述问题,本文通过第一性原理计算,系统地分析了石墨烯分别与二维Mo S2、WS2构成的vd WHs的接触性质以及应力和外加电场对其电子性质的影响。具体研究的内容如下:1.分别构建石墨烯与Mo S2、WS2的vd WHs,通过第一性原理计算,对其接触界面的基本电学性质进行探究。石墨烯分别与Mo S2、WS2组成vd WHs,与两薄膜的相对堆叠方位无关。两个体系层间距离分别为3.2（?）和3.4（?）时,达到平衡状态,并且两个体系在平衡状态下都形成了n型肖特基接触。2.通过改变层间距,模拟应力导致应变的情形,计算结果表明,在一定范围内增大层间距离,可有效减小接触界面处由石墨烯向Mo S2、WS2转移的电荷,从而影响其接触界面的电子性质,当层间距增大至4.0（?）时两个体系的界面接触性质都转变为欧姆接触。3.通过施加外加电场,研究其界面接触和电子性质的影响,其中一定强度的正电场能够有效促进电子从石墨烯向WS2、Mo S2转移,从而调节肖特基势垒高度（SBH）,进而使得界面接触性质发生转变,而反向电场则有相反的效果。4.探究了应力改变对graphene/WS2vd WH的电输运性质的影响,分别计算了不同层间距下的I-V曲线,结果表明,在一定范围内改变层间距离能有效影响graphene/WS2vd WH的电输运性质。随着层间距离的减小,体系的电阻率增大,电输运的能力以及对于压强的敏感性也随之减小。以上发现为未来研发和制造相关的FET和压力传感器提供了理论指导,具有重要的现实意义。

关键词： 石墨烯   磷化镍   电子结构   复合材料   析氧反应  

摘要： 全球能源需求的持续增长,使环境污染问题日益严重,开发新型清洁可再生能源迫在眉睫。氢能具有高能量密度、环境友好、可持续等优势。电解水制氢原料来源广泛,但阳极析氧反应（OER）动力学缓慢制约其效率。贵金属基电催化剂（如Ru O2、Ir O2等）具有优异的催化活性,但由于储量不丰富、成本高昂,其大规模应用受到一定的限制。因此需要开发廉价高效的析氧反应电催化剂。基于以上背景,研究内容如下:（1）以改进Hummers法制备氧化石墨烯（GO）,尿素为氮源采用水热法制备氮掺杂还原氧化石墨烯（N-r GO）载体,以Ni Cl2·6H2O镍源,红磷为磷源通过溶剂热法制备Ni2PX/N-r GO（X为1,2,3,代表3种不同磷镍摩尔比）系列催化剂。结果表明,当磷镍摩尔比为4:1时,在碱性溶液中Ni2P2/N-r GO催化剂电流密度达到10 m A/cm2,所需过电位较低为292 m V,塔菲尔斜率较小为82.67 m V/dec,表明其具备良好的OER性能,且具有良好的OER稳定性及耐久性。（2）以三聚氰胺为前驱体采用热缩聚法制备g-C3N4-r GO,以Ni Cl2·6H2O为镍源,红磷为磷源通过水热法制备Ni2P/g-C3N4-r GO催化剂,使磷镍摩尔比为8:1。结果表明,Ni2P与g-C3N4-r GO之间的协同作用可提高反应中电子转移速率,在碱性溶液中Ni2P/g-C3N4-r GO催化剂电流密度达到10 m A/cm2,所需过电位较低为299 m V,塔菲尔斜率较小为92.56 m V/dec,表明其具备良好的OER性能,且具有良好的OER稳定性及耐久性。（3）采用化学氧化法制备ppy/r GO,以Ni Cl2·6H2O为镍源,红磷为磷源通过水热法制备Ni2P/ppy/r GO催化剂,使ppy与r GO的质量比为1:2。结果表明,ppy的存在会诱导镍离子的电子离域从而提供更多的活性位点;Ni2P/ppy与r GO之间的共轭作用可提高反应中电子转移速率,在碱性溶液中Ni2P/ppy/r GO催化剂电流密度达到10 m A/cm2,所需过电位较低为258 m V,塔菲尔斜率较小为74.01 m V/dec,表明其具备良好的OER性能,且具有良好的OER稳定性及耐久性。

关键词： 聚四氟乙烯/石墨烯   分子模拟   摩擦学性能  

摘要： 自润滑关节轴承因其结构紧凑、承载能力强,被广泛应用于航空航天领域,自润滑材料的摩擦学性能对自润滑关节轴承的使用寿命至关重要。自润滑材料聚四氟乙烯(PTFE)具有较低的表面能,在摩擦过程中分子之间易产生相对滑动,并黏附于对摩副表面形成转移膜以达到减摩效果。然而摩擦过程中转移膜的形成机理有待进一步探索。此外,PTFE在复杂工况下服役时发生摩擦化学反应,导致其结构变化,形成交联PTFE。本文以PTFE及PTFE/石墨烯复合材料为例,研究了摩擦过程中转移膜的形成机理及分子结构变化对材料摩擦学性能的影响。本文基于Materials Studio软件构建了PTFE及PTFE/石墨烯复合材料的摩擦模型。以XRA12型自润滑关节轴承为研究对象,建立载荷与接触应力之间的关系。将接触应力施加到摩擦模型中,通过分析摩擦过程中PTFE分子构象变化,质心位移、接触面积等揭示转移膜的形成机理。随着载荷的增加,PTFE及PTFE/石墨烯复合材料形成的转移膜厚度增加,但会加剧转移膜的破裂。PTFE/石墨烯复合材料相比于纯PTFE形成的转移膜更稳定。基于分子动力学理论,建立了含有不同交联度的PTFE/石墨烯复合材料模型,模拟不同交联度下PTFE/石墨烯复合材料与上层Fe的摩擦过程。通过分析摩擦过程中基体能量变化和磨痕深度变化,分析交联度对PTFE/石墨烯复合材料摩擦学性能的影响。本文还基于分子动力学方法研究了不同载荷对交联PTFE/石墨烯复合材料的摩擦学性能的影响,随着载荷的增加摩擦系数逐渐变小,磨痕深度逐渐变大。通过分析摩擦界面处原子间的非键相互作用和键相互作用,揭示了载荷对摩擦系数的影响,发现原子间键相互作用比非键相互作用对摩擦力的影响更大。通过研究磨痕深度和分子链沿z方向的MSD变化分析了载荷对磨损量的影响。为验证模拟结果的合理性,本文还通过溶液共混和冷压烧结等工艺制备了石墨烯含量为2wt.%的PTFE/石墨烯复合材料样件。基于UMT-3摩擦磨损试验机,结合磨损形貌和SEM照片,分析了载荷和速度对PTFE/石墨烯复合材料的摩擦系数和磨损量的影响。

关键词： 有机太阳能电池   石墨烯   微腔共振   表面等离激元  

摘要： 有机太阳能电池(Organic Solar Cells,OSCs)作为环保的新型能源之一,具有可大面积制造,环保,储备丰富,灵活性好等优点。但由于其激子扩散距离短,电荷输运及收集率低、稳定性差、吸收光谱范围有限,器件的大面积化和柔性化会导致光电转换效率进一步下降。所以,提高OSCs的光电转换效率(P ower Conversion Efficiency,PCE)成为现在人们所关注的主要方向。本论文针对OSCs光吸收效率低的问题,在OSCs中引入石墨烯(Graphene)来代替传统惰性金属作电极,同时在OSCs有源层中引入不同形貌的纳米结构,利用严格耦合波算法(Rigorous Coupled Wave Analysis,RCWA)和时域有限差分法(Finite Difference Time Domainmethod,FDTD)对OSCs器件的吸收光谱和磁场分布进行分析,最终有效提升OSCs有源层光吸强度。本文的具体研究包括以下几个方面:(1)金属纳米光栅提升基于石墨烯电极OSCs光吸收的研究。在石墨烯作为金属阳极的OSCs器件中引入金属银纳米光栅(Ag Nano Gratings,Ag NGs),并通过改变Ag NGs的位置,利用RCWA算法对OSCs光吸收特性进行理论计算,结果表明Ag NGs在OSCs器件有源层内部时光吸收性能最佳。再将金属光栅材料分别用Au和Al来代替,通过采用FDTD算法对比不同惰性金属光栅材料OSCs器件有源层的吸收,研究发现采用金属银材料光栅的OSCs光吸收提升效果最佳。(2)金属纳米颗粒提升基于石墨烯电极OSCs光吸收的研究。在基于石墨烯OSCs的不同位置处引入了银纳米粒子(Ag Nano Particles,Ag NPs),采用RCWA算法和FDTD算法对OSCs器件光吸收性能进行对比研究。研究表明Ag NPs受到热点效应以及尖端效应的影响,Ag NPs在OSCs有源层内部时器件有源层的光吸收相比于石墨烯作为金属阳极的OSCs器件有源层的光吸收增强了10.38%。(3)金属纳米锥提升基于石墨烯电极OSCs光吸收的研究。通过在OSCs器件中引入Ag NPs与Ag NGs确定纳米结构位于OSCs有源层内部及纳米材料采用银时,使得OSCs器件的光吸收效果最佳。依据其结论,在基于石墨烯OSCs有源层中引入银纳米锥结构。通过横磁(Transverse Magnetic,TM)模式,研究发现由于银纳米锥表面等离子体激元(Surface Plasmon Polariton,SPP)的激发,从而增强OSCs器件的光吸收性能。(4)基于以上的工作,由此提出了两种复合结构来进一步提升基于石墨烯电极OSCs光吸收的研究,两种复合结构分别为金属纳米粒子金属纳米锥复合结构和金属纳米颗粒金属纳米光栅复合结构。采用RCWA算法和FDTD算法对OSCs器件光吸收进行分析。研究数据结果表明:由于金属纳米颗粒金属纳米锥复合结构的引入,产生了多样化的光作用机制,使得引入纳米复合结构后的有机太阳能电池有源层光吸收相比于平板器件石墨烯作为金属阳极有机太阳能电池的有源层光吸收提升了12.87%,而有机太阳能电池的整体光吸收提高了49.92%。

关键词： 鼻咽癌   石墨烯量子点   小分子多肽GE11   荧光成像  

摘要： 研究背景化疗是晚期鼻咽癌重要的治疗方法之一,但全身给药靶向性弱,单药应用疗效差,因此,迫切需要一种新型靶向载多药纳米材料。石墨烯量子点(GQD或GQDs)是一种低毒性纳米材料,被广泛用于载药递送系统构筑。GE11是通过噬菌体肽库技术获得的小分子多肽,可靶向EGFR阳性肿瘤细胞。因此,为了进一步提高晚期鼻咽癌的化疗疗效,降低全身毒副作用,有必要构建基于GQD靶向EGFR的载药递送系统,并对其功能及作用机制进行初步探讨。研究目的(1)构建基于GQD靶向EGFR的载体GQD@GE11,并验证其靶向能力及组织相容性。(2)基于GQD@GE11构建靶向药物递送系统(GQD@GE11/DOX/CDDP),并于体内外研究其功能及可能的作用机制。(3)探究GQD@GE11及GQD@GE11/DOX/CDDP的组织相容性,为其可能的临床应用奠定基础。研究内容与方法(1)GQD@GE11合成和表征以石墨粉为原料合成GQD,将GQD与GE11通过酰胺反应合成GQD@GE11,负载阿霉素(DOX)和顺铂(CDDP)得到GQD@GE11/DOX/CDDP,并对其进行表征。(2)GQD及其复合物体外功能研究检测GQD及GQD@GE11的细胞毒性,并评估GQD@GE11/DOX/CDDP的靶向、成像、药物递送及抗肿瘤能力。(3)GQD@GE11/DOX/CDDP的体内抗肿瘤及机制研究建立裸鼠荷瘤模型,观测肿瘤体积、重量等,收集肿瘤组织,并对其进行病理学分析。通过活体成像仪,评估GQD@GE11/DOX/CDDP的靶向能力。(4)GQD@GE11及其复合物生物相容性评估通过红细胞溶血率、红细胞形态、主要器官病理组织及凝血系统研究,评估其生物相容性。研究结果(1)GQD@GE11的合成和表征顺利合成GQD@GE11,透射电镜显示其直径为6.5±1.5nm。基于GQD与DOX能量共振转移,成功构建GQD@GE11/DOX/CDDP靶向载药递送系统,当pH=7.4,CDDP 释药率仅 24.57%,当 pH=5.5,CDDP 释药率可达 57.7%。(2)GQD@GE11的体外功能研究GQD@GE11具有低毒性及靶向性特点。GQD@GE11/DOX/CDDP经胞吞进入CNE-2细胞,DOX药物释放后,最终进入细胞核,可明显抑制肿瘤细胞增殖,并可诱导肿瘤细胞的凋亡。(3)GQD@GE11/DOX/CDDP体内抗肿瘤作用及机制研究病理学研究显示,GQD@GE11/DOX/CDDP可明显抑制肿瘤的生长,可能与下调Ki67表达及诱导细胞凋亡相关。活体成像显示,GQD@GE11/DOX/CDDP具有更强的肿瘤靶向性。(4)GQD@GE11及其复合物生物相容性评估GQD@GE11的安全具有浓度依赖性,当浓度达到0.2mg/ml,有引起红细胞聚集的可能。GQD@GE11及各治疗组的器官组织形态未出现明显的损伤,且其PT及APTT亦无明显差异。研究结论基于石墨烯量子点构建的GQD@GE11/DOX/CDDP靶向载药递送系统,有良好的组织相容性,且可通过单个癌细胞水平成像,实现细胞内药物释放过程的监测;具有靶向鼻咽癌细胞、载多药以及pH依赖性的药物释放特点,可增强对鼻咽癌的化疗效果并降低全身副作用,其抗肿瘤机制可能与抑制肿瘤细胞增殖及诱导细胞凋亡相关。因此,这种新型靶向荧光药物递送系统为研究药物释放过程以及鼻咽癌的靶向治疗提供了新的思路。

关键词： 硼烯   泡沫镍   化学气相沉积   锂离子电池   石墨烯  

摘要： 硼烯是一种新兴的单元素二维材料,具有独特的结构和丰富的物理性质,一直受到研究者们的强烈关注。然而,体相硼在层与层之间存在较强的共价键结合力,因此从中直接分离出单层硼烯几乎是不可能的。另外,硼原子的缺电子特性,使其化学性质活泼、成键复杂,致使硼烯有很多同素异形体。虽然关于硼烯结构和性能的理论研究层出不穷,但其直到最近几年才被少数课题组成功制备,所以关于硼烯的实验制备仍是一个新兴领域。本论文采用化学气相沉积（CVD）法在H2和Ar混合气氛环境下,直接在金属泡沫镍基底上成功制备出硼烯。硼烯的优越性能与其多态性结构密切相关,因此探索硼烯的稳定结构是挖掘硼烯物理性质及应用的首要任务,而对其生长条件的摸索就显得尤为关键。本文第一部分对晶体硼烯的制备及其储锂性能进行研究,重点围绕CVD法制备过程中温度、时间、气体流速的调控,系统地揭示了硼烯的生长机制;第二部分针对不同气体流速下制备的硼烯与石墨烯复合后的形貌结构、物相组成、键合特征及其储锂性能展开研究。主要开展了以下三方面工作:（1）以高纯硼粉和三氧化二硼粉末为硼源,氢氩混合气作为还原气体/载气,通过化学气相沉积法在泡沫镍上成功沉积出超薄硼烯,在HRTEM下观察到明显的晶格结构,测得其原子间距约为0.33 nm,结合XRD结果进一步确认制得的硼烯为β12相。通过XPS、Raman等表征手段进一步揭示其形貌结构、物相组成和键合特征;（2）通过调控沉积时间、沉积温度、反应温度和气体流速等变量,制备出一系列硼烯材料,对其进行SEM、EDS、XRD等表征,分别探究硼烯的表面形貌、元素种类和物相组成等,进而揭示了硼烯的生长机制。进一步地,将这些材料做为锂离子电池负极,研究其电化学性能,揭示其储锂机制。（3）通过盐酸刻蚀法制备硼烯溶液,利用水热反应和高温炭化等方式得到硼烯/石墨烯（B/rGO）复合材料,TEM结果分析可知,硼烯以插层和负载两种形式存在于石墨烯之中。在电化学性能方面,复合结构表现出优异的储锂性能和长循环稳定性。结果表明复合阳极B/rGO-100在0.05 A g-1的电流密度下具有3588 mAh g-1的超高容量,在0.1 A g-1的电流密度下循环至209圈仍有2009 mAh g-1的容量。进一步地,通过电极动力学研究发现,当扫速为0.1 mV s-1时,B/rGO的电容行为贡献比例为53%。随着扫速的逐渐增加,电容效应的贡献占比逐渐增加,当扫描速率增加至5 mV s-1时,电容贡献达到98%,表明电容行为贡献占据主导地位。综上所述,B/rGO电极在快速充放电过程中的电荷存储以电容过程为主导,有利于实现电荷的快速存储和长期循环,从而使材料表现出优异的倍率性能。