纳米结构材料

在众多类型的膜材料中，醋酸纤维素（Cellulose Acetate-CA）是最古老的材料之一，改性后的CA具有生物相容性好、脱盐性好、电位通量高、韧性好、成本相对较低等特点，使其仍然是一种非常有前景的材料。最近，混合基质膜材料（Mixed Matrix Membrane Materials-MMMS）受到高度重视，这主要归功于它们在增加机械稳定性、较低的塑化和抑制降解等方面的性能改进。纳米碳材料作为合适的填料在最终混合基质制备的膜上产生了新的先进性能。碳纳米管（CNTs），包括单壁和多壁SWCNTs和MWCNT碳纳米管、氧化石墨烯和石墨烯纳米板结构（GO，GNPS）目前处于膜技术用填料的第一线，可提高最终膜材料的各项物理化学性能。本论文使用高纯度碳纳米管、醋酸纤维素和二丙酮醇制备了混合基质膜，并研究了分散方法（主要是超声和转子-定子系统）对混合基质稳定性的影响，以及最终膜结构特性的影响。

磷酸铁锂是商业锂电池中一种常用的正材料。虽然磷酸铁与锂离子相互作用经过一相变终变成纯的磷酸铁锂是已知的，但是充放电过程中的磷酸铁锂去锂离子的具体工作机制还是存在争议的。I. T.Lucas等人利用Neaspec公司的纳米傅里叶变换红外光谱技术(nano-FTIR)对磷酸铁锂在锂电池的充放电过程中的相位分布进行了具体的研究。根据对不同充放电阶段的正材料红外吸收光谱的研究，实验结果直接证明，充放电的中间过程部分脱锂的正材料同时存在磷酸铁锂与磷酸铁两种相位。通过建立三维层析成像的模型建立与分析，由磷酸铁组成的外壳包围由磷酸铁锂组成的核心的“外壳-核心结构”模型适合解释该实验所得结果。分析表明在脱锂的过程中，核心部分的磷酸铁锂慢慢的变小直至终消失。

碳纳米管(CNTs)是具有圆柱形纳米结构碳的同素异形体。由CNTs构成的复合材料展示了有趣的和新颖的特性，这使得它们可以应用于多个领域，如材料科学、电子，光学或其他领域等。聚合物/多壁碳纳米管的复合材料可以使用SAXSess mc² 进行测量。 碳纳米管的内部结构可以通过碳纳米管横截面的电子密度分布计算得出。

在过去数十年里，人们的气候保护意识有所提高，生物纳米技术也取得了重大进展。因此，考虑到迫切的可持续性需求，木基纳米材料已在能源、生物医学、建筑等众多领域得到应用，或作为石油基聚合物的替代品[1]。尽管如此，更详细地了解植物细胞壁的纳米尺度结构将极大地提高这些材料的性能[2]。

本论文通过将分析化学中金属离子鉴别和分离的特征反应应用到金属纳米材料的合成与制备路线中，丰富和发展了纳米材料的液相化学合成方法。该合成思想具体通过采用室温液相、水热、回流等技术，辅以多种还原手段，选择性地合成了Ni，CO等金属纳米材料，并研究了所制备样品的结构、形貌、尺寸及其与性能之间的关系。主要内容归纳如下:1.发展了液相法合成多级结构纳米材料技术。把以往用来鉴别Ni+2的丁二酮肪作为配位剂引入Ni纳米材料的合成中，在表面活性剂SDBS的辅助下，水热合成了橙状结构的Ni纳米晶。其矫顽力Hc为120oe。2用金属还原方法制备了金属纳米材料。在水溶液中，用锌粉还原氯化镍在室温制得了镍纳米管。纳米管的平均内径30一150unl，壁厚约5一20mn。其矫顽力Hc为195Oe。在乙醇溶液中，合成了锌掺杂的镍纳米管。纳米管的平均内径100一Zoounl，壁厚10一20mn。其矫顽力Hc为5巧.6oe。选择活性Rnaye镍作为还原剂，晶种引导生长法合成了骨架结构的银。利用所合成的Ni纳米管作为还原剂制备了Ag树枝晶。丘.室温下制备金属钻纳米晶体。在室温下乙醇溶液中以水合胁还原合成了树枝状钻纳米晶体。研究表明影响产物形貌的根本因素是反应速度，树枝晶的形成可以用扩散限制模型解释。其矫顽力Hc为500Oe。为了控制反应速度从而控制最终产物的形貌，将广泛用于从废物中提取Cu，Fe，Co，Ni和其它一些金属离子的萃取剂N53o引入实验体系，利用N530与co+2离子的络合作用，制备了片状聚集的花状C。晶体。其磁矫顽力Hc为360Oe。

增材制造的方法，如纳米打印可以大大简化高比表面积的纳米多孔薄膜的制备工艺。这种薄膜材料的应用很多，包括电催化、化学、光学或生物传感以及电池和微电子产品制造等。因此，VSParticle 提出了一种基于气溶胶的直写方法。VSP-P1 纳米印刷沉积系统能够实现具有独特性能的无机纳米结构材料的打印直写。

纳米复合材料是一类高性能材料，在各个行业都引起了人们的关注，例如汽车行业。它们包括一系列低成本但高性能的材料，具有对汽车制造有价值的机械、热和加工性能。这些整体性质由纳米尺度上的结构决定，因此，小尺度结构的准确分析对于纳米复合材料的表征和开发至关重要。 X 射线散射技术可以对影响纳米复合材料性能的许多参数提供前所未有的洞察力。纳米复合材料是由一种或多种材料组成的纳米颗粒或纤维(填充物)分散在大块(基体)材料中的复合材料。填料和基体都保留了它们本体材料的特性元素，而填料的纳米级参数为纳米复合材料提供了新的特性。 这些参数包括填料颗粒的分散、形状、取向和尺寸分布，以及它们与本体基质的相互作用。 1-4因此，纳米复合材料是一种非常广泛的材料，在生产过程中可以通过改变组成材料的物理和化学性质来精细地调整其性能。

西班牙巴斯克大学的Hillenbrand教授利用nano-FTIR实现了多组分高分子材料的纳米成分分析。研究人员通过检测聚苯乙烯（PS），聚丙烯酸（AC）以及聚偏氟乙烯（FP）混合样品的纳米区域的红外光谱，并与标准样品的纳米红外光谱做对比，得到样品组分的纳米分布图，分辨率达到了30 nm。通过分析样品C-F（1195cm-1），C=O（1740cm-1）及C-O（1155cm-1）峰的强度及波数的空间分布图，可得到对应的高分子组分及组成结构的空间分布。相关研究成果发表于Nature Communications, 2017, 8，14402. Nano-FTIR可以得到材料纳米分辨率的化学信息，分辨率高可达10 nm，是传统FTIR和ATR-IR无法企及的。

这项工作的中心目标是获得稳定的纳米复合物，用于胰岛素的输送。聚电解质纳米复合材料很少能保持稳定状态，并且经常发生聚集。通过钙离子诱导和聚电解质间的静电相互作用，制备了由海藻酸钠、硫酸葡聚糖、聚乙二醇4000、泊洛沙姆188、壳聚糖（CS）和牛血清白蛋白组成的胰岛素口服纳米复合物。壳聚糖对于纳米复合材料的最终尺寸至关重要，并且存在最适含量，可以合成400-600 nm尺寸的纳米复合材料。使用不同分子量（MW）和不同浓度的CS来制备具有强抗聚集性的纳米复合材料，合成后，用LUMiSizer评估纳米复合材料的稳定性。

这项工作的中心目标是获得稳定的纳米复合物，用于胰岛素的输送。聚电解质纳米复合材料很少能保持稳定状态，并且经常发生聚集。通过钙离子诱导和聚电解质间的静电相互作用，制备了由海藻酸钠、硫酸葡聚糖、聚乙二醇4000、泊洛沙姆188、壳聚糖（CS）和牛血清白蛋白组成的胰岛素口服纳米复合物。壳聚糖对于纳米复合材料的最终尺寸至关重要，并且存在最适含量，可以合成400-600 nm尺寸的纳米复合材料。

半导体纳米金属线，因其物理特性可控，所以未来有望应用于光学器件上。尤其是异相聚合机构或者核壳结构的材料，富有多重物理特性，应用范围也会变得更广泛。图1是化合物半导体核壳结构纳米金属线的SE/STEM观察结果。图1(a)是二次电子图像显示了纳米金属线的表面形貌。图1(b)(c)的BF-STEM/DF-STEM图像，可以清楚观察到纳米金属先端的内部构造，可以确认核，内壳层和外壳层的三层结构。图2是化合物半导体核壳结构纳米金属线的EDX面分布。核壳层和外壳层检测到Ga和As，内壳层检测到Al和As，能够清楚地分离出三层的结构的各种成分分布。SU9000与大立体检测角的X-MaxN 100TLE相结合，可实现超高空间分辨率的EDX面分布。

布鲁克TI系列纳米材料机械性能，压痕，划痕，摩擦磨损具有高精度，结合原位AFM功能，可获得精准数据，排除环境因素，底材因素。

微塑料是一种新兴的环境污染物，已经威胁到了人类健康。本文采用岛津台式质谱仪MALDI-8030对0.11μm的聚苯乙烯和聚乳酸微塑料进行了谱图采集及结构分析，结果显示，MALDI-8030对低浓度、小粒径的纳米级塑料可以实现聚合单元的结构表征。

NanoTest 纳米力学测试系统的液体池模块能对生物材料、组织、细胞器、细胞层、软骨、静电支架、牙釉质等在液体环境中进行力学性能表征，不仅为生物材料以及组织研究人员和工程师提供完美的解决方案，也是组织工程和再生医学的研究者衡量他们感兴趣材料刚度的良好选择。

本仪器采用 3ω测试方法， 利用微/纳米薄膜材料导热引起加热器电信号的变化来检测其热导率。主要应用范围为微/纳米薄膜材料的热导率测量，可广泛应用于辅助各种功能薄膜材料的研究与开发，其涵盖范围包括高等院校及科研院所、集成电路散热材料、航空航天材料、热电材料与器件、信息存储与光电器件。

纳米材料因特殊表面能而产生荧光，在通常拉曼测试中无法消除。时间门控拉曼很好地解决了此类荧光干扰的问题，可以检测到样品真实的拉曼信息，为分析此类材料提供了有力的分析工具。

用快速原位聚合工艺制备了盐酸(HCl)和磺基水杨酸(sulfosalicylic acid，SSA)共掺杂聚苯胺(polyaniline，PANI)/凹凸棒黏土(attapulgite，ATP)纳米复合材料(HCl–SSA–PANI/ATP)，用热重–差热分析、X 射线衍射、Fourier 红外光谱、紫外–可见光谱、透射电镜、循环伏安法和Raman 光谱等对所得的复合材料进行了表征。结果表明：HCl 和SSA 所组成的混合酸溶液能快速促进苯胺聚合和PANI 掺杂反应。反应15 min，所制得的纳米复合材料的体积电阻率可达2 Ω· cm。HCl–SSA–PANI 以晶态形式包覆在ATP 表面，形成核壳棒状纳米结构，包覆层厚度在3 nm 左右。纳米复合材料中HCl–SSA–PANI 的包覆率约为27.79%，与纯HCl–SSA–PANI 相比，其耐热性得到了提高，且具有较高的电化学活性。纳米复合材料中由对位聚合生成的HCl–SSA–PANI 为翠绿亚胺结构，其与ATP 之间存在物理作用。

以碳纳米管(CNTs) 为基体材料,用浓硝酸回流处理碳纳米管,TEM(透射电子显微镜) 研究表明碳纳米管的端帽被部分打开,通过液相反应对碳纳米管进行表面改性,制备CNTs/ Mo 复合电极材料,复合电极使电解液和导电材料的接触面积增大,使电极反应的有效表面积增大,反应场所有所增加,从而提高电极电化学反应的活性。基于此复合材料的超电容器具有高比电容、高稳定性、良好的可逆性和长寿命等特点。循环伏安结果表明:CNTs/ Mo 复合电极的比电容比纯CNTs 电极要高出20 %。

在微纳集成器件进一步微型化和集成化的发展趋势下，现有器件特征尺寸已缩小至深亚微米和纳米量级，以突破常规尺寸的极限实现超微型化和高功能密度化，成为近些年来的热点研究领域。微纳结构器件不仅对功能薄膜本身的厚度和质量要求严格，而且对功能薄膜/基底之间的界面质量也十分敏感，尤其是随着复杂高深宽比和多孔纳米结构在微纳器件中的应用，传统的薄膜制备工艺越来越难以满足其发展需求。ALD 技术沉积参数高度可控，可在各种尺寸的复杂三维微纳结构基底上，实现原子级精度的薄膜形成和生长，可制备出高均匀性、高精度、高保形的纳米级薄膜。

碳纳米管以其独特的结构和优异的性能，在纳米、生物、能源、催化、电子材料等领域有很大的应用潜力。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来；目前碳纳米管的合成和应用已经成为材料科学研究的前沿热点。然而，由于其分散性以及与基体材料的相容性问题制约着碳纳米管材料的发展；为解决这两个问题，很多科研工作者致力于碳纳米管表面改性的研究，以提升其分散性和相容性。XPS作为一种表面分析技术，由于其表面敏感性，这就使XPS成为碳纳米管研究过程中一种必不可少的研究手段。本文通过ESCALAB Xi+对改性前后的碳纳米管进行检测分析，探索不同改性工艺获得的改性碳纳米管的结构与组成信息，文章中将详细介绍如何利用XPS准确的获得材料表面组成和化学态信息。

对于新材料的研究和新工艺的开发一直需要一个完备的实验室要求。制备统一的纳米粒子对储能的高电容开发来说是一个关键点，同样，合适的粒径分布对于高性能热电材料和核热推进系统也起着至关重要的作用。从市面上购买的陶瓷材料通常粒径分布范围很大，不能很好的满足研发的需求。为了解决这样的一个问题，我们通过行星式球磨机和振动研磨的探索，也开发出了能够很好降低D50粒径和产生完美的粒径分布，但是我们为了进一步的达到理想的粒径要求，经过几年的科研攻关，我们开发出了PULVERISETTE7premium line机型。她可以达到更小的粒径分布和更统一的粒径范围，可以实现纳米级的研磨。在实验室水平上实现超细研磨。

本文报告了脂质纳米管 (LNTs) 作为碳模板用于制造纳米结构的 TERS 表征。据悉，这些脂质纳米管 (LNTs) 是最小的具有表面图案的有机模板。TERS 成像能够以数十纳米的空间分辨率识别 LNTs 的化学特征。

前言来自巴西UFSC（UFSC）的吉尔赫梅· 奥利维拉· 内维斯 Universidade Federal de Santa Catarina 开发出一种新方法，包括化学提取和高温处理，制造出具有二维涡层结构的纳米碳材料。该材料能够显著降低摩擦系统的摩擦磨损和干磨损，在 1400 ℃ 合成的材料的磨损率比商业3D石墨的磨损率低 70% 左右。由于良好的分散性是流体润滑油的基础，为了探究其作为润滑油添加剂的应用潜力，进行了为期30天的静置实验，并使用LUMiSizer进行了长期稳定性测试。实验目的评估新型碳基固体添加剂作为润滑油摩擦改进剂的可能性。

ATAGO（爱拓）阿贝折光仪NAR-1T，又称：阿贝折射仪，折射率检测仪测量各类纳米材料、复合材料折射率（nD），帮助企业研发中心进行材料分析、产品研发。

在5 mmolPL H2 PtCl6 的稀硫酸溶液中,采用循环伏安法(CV) ,扫描电位为- 012～016V 和010～016V ,分别扫描30 和15 循环,在碳纳米管P纳米TiO22聚苯胺复合膜上实现了Pt 纳米粒子的高度有效分散,得到多壁碳纳米管P纳米TiO22聚苯胺载铂四组分纳米结构复合电极,通过CV 法和计时电位法并结合扫描电镜对复合电极的电化学性质和结构进行表征,研究了复合电极对葡萄糖的电催化氧化性能。结果表明,该复合电极对葡萄糖的电氧化有高催化活性,具有性能稳定、重现性好、抗毒化作用强、能耐高温、易保存且使用寿命较长的优点。

材料在纳米尺度上的力学性能是其在生物学，工业以及结构材料中应用的基础。原子力显微镜探针和样品的相互作用过程中受多种力的影响-弹性力，粘性力，引力，范德华力等等。因此非常有必要利用不同的测试方式对材料进行可重复的精确测试。

嵌段共聚物(BCP)纳米复合材料由于独特的纳米结构形态以及碳纳米管（CNTs）的定向掺入使得开发具有特殊热、机械和电学性能的功能材料成为可能。CNTs具有优良抗拉强度，优异导电性，高导热性，密度低等众多特点。通过将CNTs选择性地定向掺入到非混相共混物的合适相形态中，可以特异性地调整电学、热学和力学性能。碳纳米管的长径比较大阻碍了碳纳米管在纳米级BCP结构域中的定向掺入，碳纳米管的平均长度为1.5µm，明显超过了嵌段共聚物相的结构域尺寸。使用短CNTs比较容易将CNTs选择性掺入嵌段共聚物，但随着长径比的减小，电渗透阈值增加，即需要更多的填料含量来生产导电复合材料。对碳纳米管进行不同时长的球磨处理，并分别与BCP进行混合制备成复合分散体，利用LUMiSizer®分散体分析仪进行分散稳定性表征，研究不同研磨时间对稳定性的影响。

隧道纳米管（TNTs）是一种纳米级的、富含肌动蛋白的、用于细胞间通讯的瞬时细胞间管。结构的复杂性和空间组织所涉及的组成部分的TNTs仍然未知。在本次研究中，STORM超分辨率成像技术被运用到结构组织的微丝和微管在细胞间的TNT在纳米尺度上。作者的研究结果揭示了不同的分布的微丝和交织结构的微管在TNT，促进TNT通信。

对二氧化碳的透过性能是保鲜膜材料的重要性能指标之一。本文利用压差法设备VAC-VBS压差法气体渗透仪测试了纳米保鲜膜的二氧化碳透过量，并通过对试验原理、设备参数及适用范围、试验过程等内容的介绍，为塑料薄膜材料二氧化碳透过性能的测试与研究提供参考。

近年来在纳米复合材料方面引起了大家极大的兴趣-采用小尺寸微粒填料-来改善热塑性和热固性材料的特性。通过测量复合材料玻璃化转变（Tg）过程中比热容（Cp）变化情况是快速定量颗粒填料对基体材料性能影响的方法之一。克里斯多佛• 希克证明了可以利用高速扫描DSC（Hyper DSC）技术来测试刚性无定形部分，也可以用于探寻刚性无定形部分是否在玻璃化转变温度与受到升温速率抑制的分解起始温度之间存在刚性无定形部分的反玻璃化转变过程。在本文的研究中，我们引用了克里斯多佛希克讨论过的结论，证明了高速扫描DSC表征纳米复合材料的强大能力。采用本文中证明的快速升-降温方法，可以将精确的比热测定范围扩展到较高温度区间。这有助于鉴定无定形聚合物体系的反玻璃化作用-纳米复合材料键的松弛过程。这种方法进一步扩展了功率补偿型DSC在亚稳态聚合物体系中的应用。