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揭示水合离子的微观结构和幻数效应的研究
众所周知,盐放入水中会发生溶解,溶解的离子与水分子结合在一起形成的团簇称为水合离子或离子水合物。水合离子的微观结构和动力学一直是学术界争论的焦点。早在19世纪末,人们就意识到离子水合作用的存在并开始了系统的研究,最早的实验研究可以追溯到1900年德国著名物理化学家Walther Nernst的迁移实验(Transference experiments)。虽然经过了一百多年的努力,离子的水合壳层数、各个水合层中水分子的数目和构型、水合离子对水氢键结构的影响、决定水合离子输运性质的微观因素等诸多问题,至今仍没有定论。究其原因,关键在于缺乏原子尺度的实验表征手段,以及精准可靠的计算模拟方法。传统的谱学和衍射技术空间分辨能力较差,只能得到平均效应,无法探测局域环境的影响,实验数据的解释异常困难,甚至得出完全矛盾的结论,因此受到很大的限制。另一方面,由于水分子具有全量子化效应,且水分子与离子相互作用也非常微弱,这对理论计算也是巨大的挑战。图2 钠离子水合物的原子级分辨成像。从左至右,依次为五种离子水合物的原子结构图、扫描隧道显微镜图、原子力显微镜图和原子力成像模拟图。图像尺寸:1.5 nm ×1.5 nm。 为了突破实验上的瓶颈,研究人员基于扫描隧道显微镜发展了一套独特的离子操控技术,在氯化钠表面上可控的制备出了单个水合钠离子,水分子的数目精确可调,为高分辨成像创造了条件。在此基础上,他们利用之前发展起来的非侵扰式原子力显微镜成像技术,依靠及其微弱的高阶静电力,克服了针尖对弱键合水合离子的扰动并首次实现了原子级分辨表征,精确确定了其微观吸附构型(图2)。这也是水合离子的概念提出一百多年来,首次在实验中直接“看到”水合离子的原子级图像。 进一步,研究人员利用带电的针尖作为电极,控制单个水合离子在氯化钠表面上的定向输运,发现了一种有趣的幻数效应:包含有特定数目水分子的钠离子水合物具有异常高的扩散能力,迁移率比其他水合物要高1-2个量级,甚至远高于体相离子的迁移率(图3)。结合第一性原理计算和经典分子动力学模拟,他们发现这种幻数效应来源于离子水合物与表面晶格的对称性匹配程度,而且可以在很大一个温度范围内存在(包括室温)。此外,研究人员还发现这种幻数效应具有一定的普适性,适用于相当一部分盐离子体系。图3 钠离子水合物在NaCl表面输运的幻数效应。a,效果图:包含3个水分子的水合物具有异常强的扩散能力。 b,分子动力学模拟得到的不同离子水合物在225K-300K下1ns时间内扩散的均方位移。 水溶液中的离子输运研究长期以来都是基于连续介质模型,而忽略了离子与水相互作用以及离子水合物和界面相互作用的微观细节。该工作首次建立了离子水合物的微观结构和输运性质之间的直接关联,刷新了人们对于受限体系中离子输运的传统认识。该项研究的结果表明,可以通过改变表面晶格的对称性和周期性来控制受限环境或纳米流体中离子的输运,从而达到选择性增强或减弱某种离子输运能力的目的,这对很多相关的应用领域都具有重要的潜在意义,比如:离子电池、防腐蚀、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等等。此外,该工作发展的实验技术也首次将水合相互作用的研究精度推向了原子层次,未来有望应用到更多更广泛的水合物体系,开辟全新的研究领域。 该工作得到了Nature三个不同领域审稿人的一致好评和欣赏(Overall, I enjoyed reading this manuscript),认为该工作“会马上引起理论和应用表面科学领域的广泛兴趣”(The results presented in this manuscript are of immediate interest to the communities dealing with theoretical and applied surface science),“为在纳米尺度控制表面上的水合离子输运提供了新的途径并可以拓展到其他水合体系”(This result may open a venue for controlling diffusion transport on nano-engineered crystal surfaces and it may be also extended to other hydration systems)。
北京大学 2021-04-11
一种基于微流控芯片粒子捕获式的单粒子散射测量方法
本发明公开了一种基于微流控芯片粒子捕获式单粒子散射测量 方法,包括微流控芯片的设计制作、测量环境配置、对准、单粒子的 捕获和单粒子环境的构建以及单粒子大角度的散射分布的测定等相关 方法。与现有技术相比,由于结合了微流控芯片粒子捕获技术,克服 了单粒子的大角度散射、大动态范围内的光散射特性测量方法的不足, 实现了单粒子大角度散射分布的测量
华中科技大学 2021-04-14
聚苯乙烯泡沫粒子保温砂浆
本发明涉及一种建筑内外墙用聚苯乙烯泡沫保温砂浆及其制备方法领域。本发明所 述的预混聚苯乙烯泡沫粒子保温砂浆,各组份的质量份数如下:胶凝材料 65-88、矿物 掺合料 2-22、增稠剂 0.1-2、引气剂 0.1-0.4、增粘剂 1-2.5、聚苯乙烯颗粒 3-9、建筑 用砂 0-6。本发明所述的聚苯乙烯泡沫粒子保温砂浆比传统保温砂浆有更好的保温效果; 对施工者来说,除了配料快以外,还具有施工快和质量保证的优点;可以根据不同的环 境条件与保温要求,配制不同密度与不同性能要求的保温砂浆;与EPS板保温体系相比, 保温砂浆保温体系的整体性更好,保温砂浆与墙体材料紧密结合成一个整体,外层砂浆 与保温砂浆的结合力强,制作成本也较低。
同济大学 2021-04-13
聚苯胺纳米粒子合成方法
本方法制得的聚苯胺纳米粒子粒径均匀、排列规则,粒径在 50~100nm。
扬州大学 2021-04-14
滨海软土微观结构、固结特性和沉降预测研究及应用
将微结构研究方法,引入到对滨海新区软土的固结沉降特性研究之中,从而将软土的宏观固结沉降现象与其初始微结构参数及微结构再造过程研究结合起来,在土微结构和土压缩性指标之间架起一座桥梁。根据建立的软土固结沉降微结构预测模型,可以由微结构参数、应力水平,得到软土的固结参数和压缩性指标。或者根据固结压缩性指标,得到微结构参数的变化。 天津二建建筑工程有限公司、天津永盛岩土技术有限公司、天津建工总承包有限公司等三家公司,从2012年开始采用本项目研究得到的适用于滨海软土固结的微结构参数预测模型,以及基于此模型的软土地基沉降预测技术进行了相应的沉降预测。通过在实际工程中的应用,证明了本技术的先进性。
天津城建大学 2021-04-11
近红外荧光磁性微乳纳米粒子
恶性肿瘤是一类严重威胁人类健康的多发病和常见病。 研究表明,癌细胞在温度打到 43℃时即呈现死亡,而人体正常的细胞加热到 48℃亦 能健康生存。因此,利用正常细胞与癌细胞之间的耐热差别,将癌细胞部位加热到 43℃ 左右的温热疗法引起了研究者们极大的兴趣。肿瘤热疗的方法包括组织间射频消融热疗, 高能聚焦超声,微波热疗,以及通过全身加热使体温升高到 39.5℃-41.5℃维持 2-4 小 时来进行热疗等。 本发明将近红外荧光量子点纳米粒子或近红外荧光有机染料分子与磁性纳米粒子一 起包埋到油包水的微乳中,通过磁性纳米粒子的磁导向作用,将微乳包埋的近红外荧光 物质靶向到肿瘤部位并固定在肿瘤部位,在近红外光的激发下,通过近红外荧光物质发 射的近红外荧光所产生的热来治疗肿瘤,或同时利用近红外荧光所产生的热和磁性纳米 粒子在交变磁场下产生的热共同杀伤肿瘤,或在微乳中进一步包埋抗癌药物,使其与纳 米粒子产生的热效应一起来治疗肿瘤。 
同济大学 2021-04-13
粒子束激发磁光谱-测试服务及设备
可以量产/n该项目来源于国家自然科学基金、科技部对俄合作专项、一带一路专项。目前测试服务用户40 多个,来自国内20 个省市、国外个别单位。投产后年产值可达600-800 万元,净利润150-200 万元。主要技术指标:(1)紫外磁光谱:提供紫外偏振光谱、磁圆二向色性、磁圆偏振荧光谱测试服务,磁场1.5T,温度12-300K,波长380-980nm。设备为自研,可生产紫外磁光谱仪。(2)深紫外磁光谱:研发100-300nm
武汉大学 2021-01-12
纳米粒子辨识系统装置及其识别方法
【发 明 人】彭国平;李红阳;郑云枫 【摘要】 纳米粒子辨识系统装置及其识别方法,包括光散射系统和数据处理系统,还包括检测池,所述光散射系统包括至少两组含有顺序平行排列设置的激光源,短焦透镜、光栅、长焦透镜、光栅滤波器和多点散射光接收器,所述的检测池设于长焦透镜和光栅滤波器之间;所述数据处理系统包括光电转换模块、数据处理模块和显示器,数据处理模块计算得到曲线相似度和粒子浓度定量数据,结果显示在显示器上。该方法通过采用激光粒径检测仪对溶液中目标粒子和干扰粒子激光照射,通过计算曲线相似度,实现对溶液中的纳米粒子特征辨识,可以对水溶液中粒径相似粒子进行针对辨识检测。
南京中医药大学 2021-04-13
粒子过程晶体产品分子组装与形态优化技术
本项目属于化学工程及制药工程领域。该专利核心技术还成功应用于药用氨基酸、盐酸大观霉素、头孢曲松钠等十余种产品,建成17条精制生产线,均通过国家验收或省部级鉴定,专家鉴定为:质量及技术经济指标(节能、降耗、减排)均达到并部分超过了国际先进水平。直接经济效益显著,近三年累计新增产值12.44亿元,新增利税2.86亿元,创收外汇3171万美元;且社会效益突出,如地塞米松磷酸钠产品已击败国际竞争对手,占有50%以上海外市场和60%以上国内市场;帕罗西汀产品打破了国际专利封锁,国内领先的产品已进入了国际规范
天津大学 2021-04-14
模拟驾驶人主观感知与反应的交通流微观仿真方法
本发明公开了一种模拟驾驶人主观感知与反应的交通流微观仿真方法,该方法包括以下步骤:(1)确定元胞的总数和仿真车辆的个数,初始化仿真系统;(2)仿真系统按照如下步骤进行演化:根据驾驶人的最大期望速度,对车辆进行加速操作;根据交通状况对车辆进行速度调整操作;根据交通状况,对车辆进行随机慢化操作;更新车辆在下一仿真时刻的位置;(3)计算交通流的密度、速度和流量关键交通参数。本发明在速度调整操作和随机慢化操作等关键技术环节更加真实地考量了驾驶人的主观感知与反应特征,使得模型能够更好地分析驾驶人的主观因素对交通流运行的影响,为道路交通系统的规划、设计与管理提供支持。
东南大学 2021-04-11
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