为了实现对工件表面的超精密抛光, 建立了紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工系统。对不同型腔结构的两种喷嘴的光耦合纳米颗粒胶体射流抛光的流体动力学特性、抛光工艺、超光滑表面形貌特性进行了研究。首先, 根据光-液耦合要求设计了锥柱和余弦光液耦合喷嘴。接着, 对所设计的两种光液耦合喷嘴进行了非淹没射流三相流仿真, 对比分析了纳米颗粒的流动径迹及流场分布情况。然后, 用TiO2纳米颗粒胶体作为抛光液, 用两种喷嘴对同一单晶硅工件分别进行了光耦合射流抛光试验。最后, 对抛光前后的表面进行了表征及对比分析。结果表明: 相同条件下余弦喷嘴获得的流动速度(20.73 m/s)和动压力(2.5 MPa)均高于锥柱喷嘴的流动速度(7.12 m/s)和动压力(0.2 MPa), 纳米颗粒在余弦喷嘴内的平均停留时间(0.005 s)比锥柱喷嘴的平均停留时间(0.023 s)更短。相同参数下余弦喷嘴射流抛光后的工件表面粗糙度(Rq=0.810 nm, Ra=0.651 nm)更低。光耦合纳米颗粒胶体射流抛光中利用余弦喷嘴可获得比锥柱喷嘴更低的表面粗糙度。

文章主要研究叶酸修饰硫掺杂二氧化钛(FA-S-TiO2)纳米颗粒光催化灭活作用并初步探讨FA-S-TiO2增强了TiO2光催化灭活效率的作用机理。利用固相反应的方法制备了S-TiO2, 并利用表面修饰的方法制备了FA-S-TiO2。通过紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis),荧光光谱, 傅里叶红外光谱(FTIR), 透射电镜(TEM)等手段对样品进行了表征。利用Cell Counting Kit-8(CCK-8)法分别检测TiO2、S-TiO2、FA-S-TiO2对HL60细胞的灭活效应, 并采用活性氧检测等方法进行了分析研究。细胞实验结果表明, 在暗室条件下, 随着叶酸修饰S-TiO2的比例增加, 细胞的存活率随之减少; 在光照条件下, 细胞的存活率明显下降。其中FA-S-TiO2样品1对HL60细胞的灭活效率最高, 达到72%。其相应的活性氧含量也是最高。同时, 通过荧光光谱推测FA-S-TiO2提高HL60细胞对该纳米颗粒摄取效率, 进而增强PDT灭活效果。

为了实现亚纳米级超光滑表面的加工, 建立了紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工系统, 同时研究了加工过程中纳米颗粒与工件表面间的相互作用机理。首先, 对实验所用锐钛矿TiO2纳米颗粒及单晶硅工件表面进行表征测量。然后, 用第一性原理的平面波赝势计算方法研究了纳米颗粒胶体射流加工中TiO2分子团簇在单晶硅表面化学吸附的表面构型结构及其体系能量。最后, 开展了TiO2纳米颗粒及单晶硅工件表面间的吸附实验。实验结果表明: 胶体中的OH基团在TiO2团簇表面及单晶硅表面分别发生化学吸附, 在TiO2纳米颗粒及单晶硅表面吸附过程中形成了新的Ti-O-Si键及化学吸附的H2O分子。红外光谱实验结果显示:TiO2纳米颗粒与单晶硅界面间存在新生成的Ti-O-Si键。这种界面间的相互作用证实了紫外光诱导纳米颗粒胶体射流抛光过程可实现材料去除的化学作用机理。

本文研究了核壳结构CdS-TiO2纳米颗粒光对HL60细胞光催化灭活作用, 并初步探讨了CdS量子点增强TiO2光催化灭活效率的作用机理。实验利用超声法制备了核壳结构CdS-TiO2纳米颗粒, 使用CCK-8法检测了其对白血病HL60细胞的光催化灭活效果, 并采用活性氧分析和荧光发光光谱等分析手段对CdS量子点增强TiO2光催化灭活效率的作用机理进行了分析。细胞实验结果表明, 在暗室条件下, 随着CdS包裹的TiO2外壳的增厚, 细胞的暗室存活率从28.5%逐渐上升至80%; 在可见光照下, 细胞的存活率显著下降。CdS-TiO2纳米颗粒对HL60细胞的光催化灭活率均超过60%, 其中CdS-TiO2样品0.6对HL60细胞的光催化灭活效率最高, 达到95%。根据荧光光谱和活性氧含量分析的结果推测, 这可能是由于核壳结构的CdS内核与TiO2外壳之间产生了有效的电子转移, 抑制了TiO2的空穴电子的复合, 增强了TiO2外壳的光催化活性, 最终增加了TiO2对HL60细胞的PDT灭活效果。

以四氯化钛为钛源,叔丁醇为溶剂,采用非水溶胶-凝胶法制备了TiO2纳米颗粒,利用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等技术手段对其进行了结构表征。基于定量菌落计数法考查了TiO2纳米颗粒对大肠杆菌和枯草杆菌的抑菌特性。结果表明,通过该方法合成的TiO2纳米颗粒粒径小,对这两种细菌的抑菌率都在93%以上,具有良好的抑菌效果。同时,简要分析了纳米TiO2抑菌机理,并对TiO2光催化材料的未来发展趋势进行了展望。