精准纳米气体治疗具有低毒高效等特性, 作为一种新兴的疾病治疗手段受到越来越多的关注。研究表明, 纳米气体治疗不仅能在特定疾病部位选择性杀死癌细胞, 还能保护正常细胞。本文总结了国际最新研究成果, 对精准纳米气体治疗的最新研究进展进行了总结归纳和展望。首先, 阐述了纳米气体治疗的治疗作用和特点; 然后, 总结了实现精准纳米气体治疗的主要途径, 包括靶向气体传输、可控气体释放、医学成像引导和监控气体治疗、基于治疗性气体的多模式联合治疗等; 最后, 对纳米气体治疗存在的问题和发展前景做出了总结和展望。

光热治疗是近年来受到广泛关注的一种低副作用的癌症治疗方法, 治疗中使用的纳米光热剂的制备和性能是决定光热治疗效应的关键因素。本研究采用热解和表面配体置换相结合的方法制备得到二氢硫辛酸(DHLA)修饰的Ag₂S纳米晶材料, 这种材料具有良好的水溶性、光热稳定性和生物相容性。研究结果显示浓度大于40 μg/mL的Ag₂S纳米晶在波长为980 nm、功率密度为5 W/cm²的红外激光照射下对宫颈癌细胞具有明显的杀伤效果, 且光热稳定性良好。Ag₂S纳米晶的光热效应与其良好的荧光成像功能相结合, 可实现光热治疗的可视化和精准化。

硫化钴纳米材料是一种重点研究的染料敏化太阳能电池对电极材料。本工作以氟掺杂二氧化锡导电玻璃为基片, 采用反向恒压电沉积法制备透明硫化钴薄膜。实验结果表明: 电镀溶液的pH是硫化钴薄膜表面形貌形成的关键性因素, 而电沉积圈数可以有效控制硫化钴薄膜的厚度。电化学测试结果表明: 硫化钴薄膜对电极展现出了良好的电催化活性, 尤其是在电镀溶液pH为7.2、电沉积圈数为12圈的最佳条件下制备的硫化钴对电极具有大量的纳米薄片状结构, 有利于增加电催化活性位点, 使得其展现出了比铂电极更加优异的电催化性能。由此电极组装的染料敏化太阳能电池的能量转换效率达到7.26%, 10个电池器件的平均效率为7.18%, 高于相应铂电极器件的电池效率(6.94%)。

采用气相生长法在介孔SiO₂球的表面上制备了ϕ 8~10 nm的TiO₂纳米纤维, 采用相同的方法, 还成功地制备了氮掺杂的TiO₂(N-TiO₂) 纳米纤维, 它具有更高的可见光催化活性。采用X射线光电子能谱(XPS)、紫外光电子能谱(UPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外–可见分光光度计(UV-Vis)、荧光分光光度计(PL)等对样品进行了测试分析。TiO₂纳米纤维具有高结晶度的锐钛矿晶型, 掺氮后的TiO₂纳米纤维带隙变窄, 在可见光波段有明显的吸收, 同时, 光生电子还原能力更强, 大大提高了可见光下催化还原CO₂合成甲醇的产率。在300 W氙灯光照2 h后, 用纯TiO₂纤维催化CO₂合成甲醇, 产率为493.4 μmol•g^-1∙h^-1, 转换频率(TOF) 为0.089 h^-1; 以N-TiO₂为催化剂合成甲醇产率提高了40.1%, 达695.1 μmol∙g^-1∙h^-1, 转换频率(TOF) 提高了40.4%, 为0.125 h^-1。

氧化铈的电子导电性较低、氧空位数量少, 难以单独用作为电催化剂。但是掺杂过渡金属或非金属元素可以提高氧化铈的CO催化能力, 同时在氧化物中掺杂钴可有效提高材料的电催化能力, 因此本工作开展了对钴掺杂的氧化铈电催化性能的研究。采用均相沉淀法制备了钴掺杂的氧化铈纳米粒子, 电化学测试发现当钴掺杂比例为20mol%时, 氧化铈纳米粒子对氧气还原反应(ORR)和氧气析出反应(OER)的综合催化能力最强。经过10 h的长时间催化作用, ORR、OER过程中的电流密度分别下降了20%、5%左右, 远优于贵金属和未掺杂氧化铈纳米粒子催化剂, 显示出良好的催化稳定性。拉曼光谱、阻抗图及XPS谱图等的测试分析表明钴掺杂后材料的电荷转移阻抗降低(电子导电性的提高)、氧活性物种和氧空位增加是氧化铈催化性能提高的主要原因。本工作通过钴掺杂大幅度提高了氧化铈的电催化性能, 同时为其它离子导体作为双功能电催化剂的使用提供了借鉴。

锌空气电池具有能量密度高、成本低及环保等优势, 其空气电极的优劣对电池的输出性能起到决定性的作用。本研究采用一种新型的多孔钙钛矿氧化物La_0.7Sr_0.3CoO_3-δ(LSC)作为陶瓷基底, 负载银纳米颗粒作为催化剂, 研究其作为锌空电池空气电极的性能。β通过调整制备过程中造孔剂(淀粉)的含量, 优选出性能最佳的Ag-LSC空气电极(阴极), 与锌阳极组装成锌空气电池, 进行电化学性能测试。β结果表明, 当LSC基底的孔隙率为~32%且银含量30 mg/cm²时, 制备的多孔陶瓷负载银阴极组装的锌空气电池功率密度最高(141 mW/cm²)。β在Ag-LSC空气电极表面涂一层聚四氟乙烯(PTFE)疏水材料后, 锌空气电池的使用寿命得到显著延长。

采用中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC, Intermediate Temperature-Solid Oxide of Fuel Cell)封接玻璃BaO-CaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂体系探究三种熔制工艺(1300℃保温1 h; 1400℃保温1 h; 1400℃保温3 h)对玻璃原料BaCO₃的残余量及玻璃热性能的影响。利用差热-热重分析(DTA-TG)对配方粉体和不同熔制工艺获得玻璃的热性能进行表征, 根据DTA-TG数据进行了计算并验证BaCO₃的残余量。通过傅里叶红外光谱、XRD和热膨胀系数测定仪对样品进行了表征。结果表明: 采取1300℃保温1 h制备的玻璃中仍有59wt% BaCO₃未分解, 并且析出的单斜BaAl₂Si₂O₈晶体降低了玻璃的膨胀系数; 1400℃保温3 h制备的玻璃由于Al₂O₃含量增加, 玻璃软化点(T_s)明显升高(>800℃), 1400℃保温1 h制备的玻璃在室温到玻璃温度转变点范围内的膨胀系数为10.3×10^-6 K^-1。因此对于本实验玻璃配方, 1400℃保温1 h是最为合适的熔制工艺, 可以用于SOFC电堆的封接。

采用静电纺丝与气相还原氮化相结合的方式制备了Ca_0.68Si₉Al₃(ON)₁₆:Eu²⁺带状荧光纤维薄膜。利用FE-SEM、XRD、PL和万能材料试验机等测试方法对材料进行了表征。样品在微观上保持带状纤维结构, 宏观上保持薄膜的状态, 并具有一定的强度、温度、防水及化学稳定性。样品在1500℃, Eu²⁺的浓度为0.1下保温4 h后的XRD图谱与Ca_0.68Si₉Al₃(ON)₁₆的标准卡片相符合。纤维膜可以被蓝光有效激发, 表现为400~700 nm的宽峰发射光谱。将该荧光纤维膜用于盾构盘型滚刀的磨损检测, 在主控室既可以实时掌握每把滚刀的磨损程度, 又减少了带压和高风险地质段的人工检测, 大大节约了投入成本和降低了换刀作业人员的职业风险。

采用温度梯度法生长了0.5at% Nd、xat% Sc:CaF₂(x=0, 2, 5, 8)系列晶体, 测试了晶体的吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命。研究发现发射强度和荧光寿命随着Sc³⁺离子浓度的增加而提高。通过改变Sc³⁺离子的浓度发现, 当掺杂5at% Sc³⁺时可以获得最大的吸收截面为1.42×10^-20 cm²。另外, 掺入Sc³⁺使共掺晶体在吸收光谱796 nm处产生新峰。综上, 通过调节Sc³⁺离子浓度, 可以改变Nd³⁺离子的局域结构, 优化晶体的光谱性能。

晶体的生长原生面在一定程度上能反应出晶体生长机制和晶体缺陷分布的丰富信息。采用激光共聚焦显微镜偏光拼接技术和原子力显微镜对物理气相传输法生长的4H、6H-SiC单晶原生小面的表面形貌进行了观察和测试。偏光显微镜和原子力显微镜测试结果显示4H-SiC原生小面扩展后, 其周边趋向于形成六边形的生长台阶; 而6H-SiC原生小面扩展后, 其周边趋向于形成圆形的生长台阶。基于Jackson双层界面模型, 从热力学角度计算了4H、6H-SiC单晶的Jackson因子α分别为33.15和31.87, 故导致4H、6H-SiC单晶原生小面台阶形貌差异的是生长界面的粗糙程度和生长温度。原生面上的微管缺陷是生长台阶的起源, 借助原子力显微镜对多个微管进行了测试。由测试结果可知, 微管直径分布在760 nm-6.0 um之间, 相应的伯格斯矢量绝对值分布在5c~14c, 微管直径与伯格斯矢量平方值的商D/B²分布在11.1~23.6 nm^-1之间, 即通过原子力显微镜测试获得的微管结构数据不严格遵守Frank理论。

采用固相反应工艺, 按化学计量百分比BaAl₂Si₂O₈-x(ZnO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃)(x=0, 1%, 2%, 3%, 4%)制备样品, 研究了不同含量ZnO-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃(ZBAS)玻璃相对BaO-Al₂O₃-SiO₂系介电材料显微结构及微波介电性能的影响。结果表明: 添加ZBAS玻璃相可以适当降低烧结温度, 促进六方钡长石转变为单斜钡长石。当x≥3%时, 六方钡长石可以完全转变为单斜钡长石。随着ZBAS玻璃相含量的增多, 样品的密度、介电常数(ε_r)、品质因数(Q×f)和谐振频率温度系数(τ_f )增大。在x=3%, 烧结温度为1360℃时, 可以获得综合性能相对较好的单斜钡长石, 其介电性能: ε_r=6.72, Q×f=28058 GHz, τ_f =-29.79×10^-6℃^-1。

热电器件的界面稳定性是决定其服役可靠性和寿命的关键因素。对于方钴矿热电器件, 为了抑制高温电极与方钴矿材料之间的相互扩散, 需要在两者之间加入阻挡层。本工作选用Ti₈₈Al₁₂作为阻挡层, 利用一步法热压烧结制备n型Yb_0.3Co₄Sb₁₂/Ti₈₈Al₁₂/Yb_0.3Co₄Sb₁₂和p型CeFe_3.85Mn_0.15Sb₁₂/Ti₈₈Al₁₂/CeFe_3.85Mn_0.15Sb₁₂样品, 研究Ti₈₈Al₁₂阻挡层与热电材料间的界面接触电阻率及微结构在加速老化实验中的演化规律。结果表明: 在相同的老化条件下, n型样品的界面接触电阻率增加速度比p型样品慢, 其激活能分别为84.1 kJ/mol和68.8 kJ/mol。对于n型样品, 由元素扩散反应生成的金属间化合物中间层的增长及最终AlCo/TiCoSb层的开裂是导致界面接触电阻率增加的主要原因; 而p型热电材料与Ti₈₈Al₁₂的热膨胀系数的差异加速了p型样品中界面裂纹的产生。

采用超音速等离子喷涂设备制备WC-10Co4Cr涂层, 通过调整喷涂功率得到了具有不同孔隙结构特征的涂层, 以液氮为冷却介质收集不同熔化状态下的飞行粒子, 并通过镜面钢收集熔滴撞击铺展之后所形成的扁平粒子, 采用扫描电子显微镜观察涂层、收集的飞行粒子及扁平粒子形貌, 采用透射电镜观察涂层显微组织结构。结果表明: 随着喷涂功率的增大, 涂层的大孔隙含量逐渐降低, 而当喷涂功率上升到60 kW时, 涂层内部出现较多的热裂纹, 涂层的显微硬度则随着功率的增加而先增大后减小, WC扁平粒子主要有四种类型, 包括熔化不佳、破碎型、气泡型及花瓣型, 孔隙的形成主要是由于“遮蔽效应”、微区气体作用、熔滴不充分润湿及气孔迁移等。

采用电感耦合等离子体增强物理气相沉积法制备了Yb掺杂ZnO薄膜, 并采用不同剂量质子对薄膜进行了辐照实验, 重点采用X射线衍射、光电子能谱、正电子湮灭图谱和磁测量系统对Zn_0.985Yb_0.015O薄膜的缺陷和磁性能进行了研究。磁性测试结果表明: Zn_0.985Yb_0.015O薄膜经质子辐照后其饱和磁化强度随辐照剂量的增加逐渐增大, 当辐照剂量为6 × 10¹⁵ ions/cm²时, 其饱和磁化强度达到最大, 随着辐照剂量的进一步增加, 其饱和磁化强度反而变小。正电子湮灭图谱结果显示薄膜中主要存在锌空位相关的缺陷, 并且锌空位相关的缺陷随辐照剂量的变化与饱和磁化强度随辐照剂量的变化相一致。本研究从实验上揭示了在含有各种缺陷的Yb掺杂ZnO薄膜中, 锌空位缺陷是影响质子辐照Zn_0.985Yb_0.015O薄膜磁性的主要原因。

采用磁控溅射的方法制备了Si₃N₄/FePd/Si₃N₄三层膜, 研究了非磁性材料Si₃N₄作为插入层对磁记录FePd薄膜结构与磁性能的影响。结果表明, 热处理后Si₃N₄分布在FePd纳米颗粒之间, 抑制了FePd晶粒的生长, 与纯FePd薄膜相比, Si₃N₄/FePd/Si₃N₄薄膜的颗粒明显得到细化; 通过添加Si₃N₄层, FePd薄膜的晶体学参数c/a从0.960减小到0.946, 表明Si₃N₄可以有效促进FePd薄膜的有序化进程, 同时提升了矫顽力和剩磁比, 分别提高到249 kA/m、0.86; 随着600℃退火时间的进一步延长, 添加Si₃N₄的薄膜磁性没有迅速下降, 在较宽的热处理时间范围内磁性能保持在比较高的水平, 提高了抗热影响的能力。Si₃N₄作为插入层对FePd薄膜的磁性能具有较大的提升作用, 这对磁记录薄膜的发展具有重要意义。

以正硅酸乙酯(TEOS)与硅氧烷共水解缩聚反应制备得到粘结剂,然后与作为固化催化剂的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)和作为光学颜料的ZnO粉末混合,制备了一系列有机-无机杂化热控涂层(TCCS)。所制备的热控涂层可以在室温下自然固化, 且具有较低的太阳吸收比α_S和较高的发射率ε_H。红外光谱(FT-IR)和凝胶色谱(GPC)分析结果表明,所制备的混合粘结剂含有大量的活性羟基,聚合度适中。热重分析(TGA)表明,所制备的热控涂层在200℃以下具有良好的热稳定性。通过增加涂层厚度可以降低α_S/ε_H值,通过提高TEOS含量,可以降低涂层在红外波段的光学吸收。这为获得具有低α_S/ε_H值的室温固化TCCS提供了有效途径。

采用萃取-反萃-热分解法以辉铋矿的盐酸浸出液为原料制备了层片状的β-Bi₂O₃。所制备的样品分别用X衍射仪及透射电镜对其物相及形貌进行表征, 以罗丹明B为污染物研究了其光催化活性。结果表明: 所制备的β-Bi₂O₃是一种层状的纳米片, 具有较低的禁带宽度。在实验条件下, 对罗丹明B进行4 h的降解, 降解率达到99.23%, 样品的重复降解实验还表现出良好的循环稳定性。