1 南京工业职业技术大学机械工程学院, 南京 210000
2 东南大学机械工程学院, 南京 210000
本文针对单晶硅在不同温度、浓度、表面活性剂等多种刻蚀条件下的形貌模拟问题, 构建了硅原子结构模型并分析了其主要晶面刻蚀速率和对应原子结构之间的关系, 提出了适应于单晶硅刻蚀模拟的表层原子刻蚀函数(Si-RPF), 明确了晶面宏观刻蚀速率与原子微观移除概率之间的数值联系, 构建了基于遗传算法的动力学蒙特卡罗各向异性湿法刻蚀工艺模型(Si-KMC)。该工艺模型可以基于台阶流动理论,从原子角度解释单晶硅刻蚀各向异性的成因, 能够明确不同类型的原子在刻蚀过程中的作用和实现对不同刻蚀条件下单晶硅衬底三维刻蚀形貌的精确模拟。对比有无表面活性剂添加条件下的单晶硅刻蚀实验数据和模拟结果表明, Si-KMC刻蚀工艺仿真模型模拟结果可以达到90%以上仿真精度。
单晶硅 湿法刻蚀 表层形貌 晶面 各向异性 活性剂 蒙特卡罗 仿真 mono-crystalline silicon wet etching surface morphology crystal plane anisotropy surfactant Monte Carlo simulation
以镍铁渣为原料, 加入硝酸和表面活性剂对其矿物相改性, 制备改性镍铁渣吸附剂, 考察表面活性剂种类、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)掺量、吸附剂掺量、溶液初始pH值、Cr(VI)浓度对Cr(VI)吸附效果的影响。结果表明: 镍铁渣经改性后可制得结构疏松、比表面积高达180.6 m2/g的无定形SiO2; 改性镍铁渣对Cr(VI)的吸附率在10 min内可达到90%, 吸附等温线符合Langmuir模型, 最大理论吸附容量为42.55 mg/g, 吸附动力学符合拟二级动力学模型。改性镍铁渣吸附剂对Cr(VI)的吸附机理主要是物理吸附和氧化还原, 即吸附剂表面范德华力将HCrO -4吸附至吸附剂表面, CTAB提供的电子对将Cr(VI)还原为Cr(III)。对镍铁渣改性获得的高比表面积无定形SiO2不仅可以有效吸附净化Cr(VI), 同时可以实现镍铁渣资源化利用, 达到以废治污的目的, 具有良好的环境效应和经济效益。
镍铁渣 无定形二氧化硅 重金属 吸附机理 吸附剂 表面活性剂 ferronickel slag amorphous silica heavy metal adsorption mechanism adsorbent surfactant
1 甘肃自然能源研究所 兰州 730046
2 甘肃省太阳能光伏重点实验室 兰州 730046
铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)在可见光范围内光吸收系数高且具有良好的载流子迁移率,使其在光催化领域表现出了较好的应用前景。然而在实际应用中,其光催化活性及催化稳定性还需进一步提升。以氯化锌、氯化锡、氯化铜、硫脲为水热反应前驱体,添加PEG400、OP10为表面活性剂,通过水热反应制备Cu2ZnSnS4 (CZTS)纳米粉体;使用X射线衍射、Raman光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段表征所制备铜锌锡硫材料微观结构,并研究在水热法制备过程中添加不同表面活性剂对所制备Cu2ZnSnS4纳米粉体的光学带隙和光催化性能的影响。结果表明:所制备铜锌锡硫材料均具有锌黄锡矿相结构;水热法制备铜锌锡硫纳米粉体反应前驱体中添加PEG400和OP10可有效调控铜锌锡硫纳米粉体的微观结构、化学元素计量比及光学带隙,进而改变纳米粉体的光催化性能。添加PEG400后制备得到Cu2ZnSnS4在50 min内光催化降解亚甲基蓝的降解率可达到95.7%,具有最优的光催化性能。减小光学带隙和提升结晶性是改善CZTS材料光催化活性及稳定性的有效途径,为提高Cu2ZnSnS4材料的光催化性能提供了新的思路。
纳米材料 水热法 光催化 表面活性剂 nanomaterial hydrothermal method photocatalysis surfactant
辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁 阜新 123000
纳米材料的形貌可以影响其电化学性能,设计形貌和尺寸可控、导电性良好的金属氧化物纳米结构是将其应用于电化学超级电容器等储能器件的一个挑战。采用共沉淀法制备了不同聚乙烯吡咯烷酮(PVP)添加量的NiMn2O4电极材料,研究了表面活性剂PVP的添加量(0、0.2、0.4、0.8 g)对NiMn2O4微观形貌及电容性能的影响。结果表明:随着PVP添加量的增加,所制备的NiMn2O4的微观形貌由团聚的颗粒状变为疏松的团絮状和细粉末状。当PVP添加量为0.4 g时,NiMn2O4的电容性能最佳,在电流密度为1 A/g时比电容为1 464 F/g。添加量为0.8 g时由于过量的PVP在清洗过程中容易造成残留,在电化学测试过程中,实际参与氧化还原反应的活性物质NiMn2O4的量相对减小,导致NiMn2O4-0.8的比电容降低,在电流密度为1 A/g时的比电容为1 010 F/g。
表面活性剂 锰酸钴 微观形貌 超级电容性能 surfactant manganese acid cobalt microstructure supercapacitor performance
采用金属有机化学气相沉积技术,在半极性蓝宝石衬底上成功生长了具有高电子浓度和良好表面形貌的Si掺杂的非极性a面nAlGaN外延层。深入研究了铟(In)表面活性剂和无掺杂的AlGaN缓冲层对nAlGaN的结构特征和电学性能的影响。表征结果表明,利用In表面活性剂和无掺杂的AlGaN缓冲层,非极性a面nAlGaN外延层的晶体质量的各向异性被有效地抑制,同时显著改善了其表面形貌和电学性能。测得非极性a面nAlGaN的电子浓度及电子迁移率分别为-4.8×1017cm-3和3.42cm2/(V·s)。
非极性a面nAlGaN 表面活性剂 AlGaN缓冲层 电学性能 nonpolar aplane nAlGaN indium surfactant AlGaN buffer layer electrical properties
1 厦门理工学院机械与汽车工程学院, 福建 厦门 361024
2 福建省客车先进设计与制造重点实验室, 福建 厦门 361024
3 同济大学机械与能源工程学院, 上海 201804
通过数值模拟与试验研究相结合的方法, 针对SiO2活性剂的添加对激光焊接304不锈钢厚板熔池流场动态行为的影响规律展开深入研究。首先建立活性激光焊接不锈钢厚板的数学模型, 数值研究活性剂对熔池流体流动的影响; 然后基于钨粒子示踪原理, 采用高速摄像系统进行实时监测, 试验研究活性剂对熔池流场的作用机制。结果表明, 活性剂的涂敷会对熔池流体流动方式产生一定的影响。熔池上表面出现从熔池两侧到中心的速度向量, 熔池横截面出现从熔池边缘到中心的涡旋。结合示踪钨粒子由熔池边缘向中心运动的现象, 说明涂覆活性剂后流体的流动方向发生了改变, 由熔池边缘流向熔池中心。同时, 活性剂的涂敷会改变熔池流体的流速, 涂敷活性剂的试样上表面、纵截面和同一位置横截面的流体流动最大速度较未涂敷活性剂分别增加了25.8%、8%和33.8%。
激光技术 流体流动 熔池 焊接 活性剂 laser technique fluid flow molten pool welding active agent
1 盐城工学院机械工程学院,盐城 224051
2 北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081
本文利用单因素及正交试验探究磨粒种类、抛光液pH值、表面活性剂种类、磨粒粒径对C面蓝宝石化学机械抛光材料去除率的影响, 试验结果表明: 采用二氧化硅作为磨粒能得到较高的材料去除率及较好的表面形貌; 材料去除率随抛光液pH值的增大呈现先增大再减小的趋势, 其中pH值在9附近能得到较好的去除率; 材料去除率还随着磨粒粒径的增大而增大; 使用三乙醇胺(TEA)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作表面活性剂能得到较高的材料去除率; 各试验因素对蓝宝石晶片材料去除率的主次顺序为磨粒粒径、表面活性剂、抛光液pH值; 其中当磨粒粒径为50 nm, 表面活性剂选CTAB, 抛光液pH值为9既能得到较高的材料去除率又能获得较好的表面质量。
抛光液 单因素试验 正交试验 材料去除率 化学机械抛光 表面活性剂 蓝宝石加工 polishing slurry single factor test orthogonal test material removal rate chemical mechanical polishing(CMP) surfactant sapphire processing
暨南大学生物矿化与结石病防治研究所, 广东 广州 510632
人体尿液中存在大量具有生物表面活性的物质, 而这些物质与尿液中不同形貌的草酸钙微晶间的吸附关系并未得到人们广泛关注。 挑选了常用的阴离子表面活性剂磺基琥珀酸钠二辛酯(AOT)作为吸附物质, 研究了不同形貌的二水草酸钙(COD)晶体对AOT的吸附差异, 探究草酸钙结石的形成机理。 采用X射线粉末衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)表征, 并通过谱图差异分析了吸附AOT前后棒状、 圆钝形、 花状、 十字形和双锥形COD晶体的组分变化; 采用Zeta电位分析仪测定吸附AOT后晶体表面的Zeta电位随AOT浓度的变化; 采用比色法通过紫外可见分光光度计测定不同浓度AOT存在下晶体的吸附量变化并绘制吸附曲线。 随着AOT浓度的增加, COD的吸附量逐渐上升, 最后达到吸附饱和状态, 各吸附曲线均呈S型。 不同形貌COD对AOT的最大吸附量大小顺序为: 棒状COD (41.0 mg·g-1)>圆钝形COD (37.5 mg·g-1)>花状COD (35.0 mg·g-1)>十字形COD (27.2 mg·g-1)>双锥形COD (20.9 mg·g-1)。 COD晶体的比表面积越大, 表面提供的活性位点也越多, 越有利于表面活性剂AOT在晶体表面的吸附; 富含Ca2+的(100)晶面更利于阴离子的AOT的优先吸附; 此外COD晶体的内能越大, 越会抑制AOT在COD表面的吸附, 导致吸附量降低。 吸附了AOT的COD晶体稳定性显著增加, COD向COM转变的速度明显降低。 基于AOT在不同形貌的COD晶体表面的吸附特点, 提出了COD晶体吸附AOT的分子模型。 COD晶体对AOT的吸附与晶体形貌密切相关。 容易吸附AOT的COD晶体形貌更容易粘附在带负电荷受损伤的细胞表面, 加大草酸钙结石形成的风险。
X射线粉沫衍射 傅里叶变换红外光谱 Zeta电位 二水草酸钙 形貌 表面活性剂 吸附 XRD FTIR Zeta potential Calcium oxalate dihydrate Morphology Surfactant Adsorption 光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1079
1 中国计量大学 光学与电子科技学院, 杭州 255000
2 科技部微纳制备与光电子检测国际科技合作基地, 杭州 310018
以纳米二氧化钛(nano-TiO2)为原料, 选取六偏磷酸钠(SHMP)、曲拉通X-100(Tritor-X-100)、聚乙二醇(PEG)400、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)做分散剂, 采用超声手段在去离子水中制备得到nano-TiO2分散液。通过UV-Vis分光光度计测量样品的吸光度, 分析了超声时间、分散剂种类与浓度对样品稳定性的影响, 并对样品的光学性能进行检测。研究结果表明: 加入SHMP, 超声处理35min可获得吸光度维持在0.1左右的稳定nano-TiO2分散液, 且在LED光源(CCT=10000K)照射下, 可以实现模拟天空光照射环境的瑞利散射效果。
人工天窗 瑞利散射 人体节律 纳米二氧化钛 表面活性剂 artificial skylight Rayleigh scattering human body rhythm nano-TiO2 surfactant
胆酸钠相较于常规表面活性剂有着特殊的自组装行为, 这是由于胆酸钠具有独特的刚性类固醇骨架以及双亲面式结构导致的。通过小角X射线散射并辅以等温滴定量热实验、Zeta电位测量对胆酸钠的自组装行为进行表征, 发现了胆酸钠受浓度变化影响的自组装行为发生变化以及胆酸钠自组装体存在最大尺寸。分析讨论了导致自组装行为变化的两种驱动方式, 即疏水作用驱动的结合方式与分子间羟基形成氢键的结合方式, 并发现在20 mg/mL浓度范围时, 两种驱动方式达到平衡, 随着浓度进一步升高, 逐渐变为以分子间羟基形成氢键的驱动方式为主导。通过对小角X射线散射结果进行模型拟合分析, 得出具体的胆酸钠形貌尺寸信息, 胆酸钠自组装体长轴半径在13.5~41.2之间, 短轴半径在9.6~11.4 之间, 达到40 mg/mL浓度范围时, 胆酸钠自组装体达到最大尺寸不再继续增大。
生物表面活性剂 胆酸钠 自组装 小角X射线散射 模型拟合 Biosurfactant Sodium cholate Self-assembly Small-angle X-ray scattering model fitting