前言：中文期刊网精心挑选了纳米微晶技术范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
纳米微晶技术范文1
关键词：高承压含水层；微裂隙；双液纳米材料；注浆
1 煤层底板注浆改造其含水性的机理
岩石注浆机理：众多的地面灌浆工程证实，对于裂隙性注浆，只有当注浆材料的粒度是裂隙宽度的1/4以下时才能被挤入。煤层底板岩石注浆改造时浆液的制取和浆液的质量、粒度也必须遵循这一规律才能实现安全注浆和安全开采。
2 注浆管路及注浆泵的设计选型
2.1 注浆管路内径与流量的关系：
（1）对于加压注浆的管路内径的选择，其管路流量取决于受注对象或受注层的裂隙、溶隙、溶洞发育情况和注浆钻孔在注浆段的净直径。从 1985年开始的煤矿底板注浆改造到如今已有 20 多年，注浆实践证明，施工的加压注浆钻孔在受注层的直径一般在 50-73mm，最大的也没有超过 80mm，注浆钻孔在单位时间的吸浆量一般在 9-15m3/h，因此，注浆改造管路选取内径 44-50mm 较为适宜。
（2）对于大流量灌浆注浆，即能满足向陷落柱注浆，又能满足向采空区或其它较为开放的空间灌浆，注浆管路的选型可以考虑按 30-40 m3/h 的流量选择管路内径。
2.2 注浆管路管内径的选择
（1）立管或立孔段管径的选择：底板注浆站改造时的立管选择：内径不低于 48mm 的地质管。
（2）水平管路或巷道管路内径的选择：底板注浆改造时的水平管路：选择内径不 44-48mm 的地质管。实践证明，浆液的实际流速在负压状态下会大于 2.5m/秒的经济流速，在正压状态下会小于 2.5m/秒的经济流速。因此在选择注浆管路管径时按 2.5m/秒的经济流速验证流量的合理性是可靠的。
（3）满足 15m3/h 流量的管路选择内径 48mm 较为合适。
2.3 注浆站注浆管路系统阻力计算
2.3.1 注浆管路系统阻力损失计算
（1）计算方法：阻力损失系数经验值计算法，按最远路径计算：
取值：沿程压力损失值为 0.04，局部损失为沿程损失的 15%即为沿程损失的 1.15 倍。
（2）地面注浆站到-550m 水平注浆管路阻力计算
1）从地面注浆站到工作面注浆管路末端的压力损失
H1=2530×0.04×1.15=116 （米・ 水柱）=1.2MPa
2）从地面注浆站到工作面注浆孔口的有效静压
（采区工作面最高标高取-450m，最低标高取-550）
P1=（（97.0-（-450） ） ）-116）÷100=4.31MPa
P2=（（97.0-（-550） ） ）-116）÷100=5.31MPa
浆液自流能到达工作面
2.3.2 地面注浆站泵口压力计算：
根据肥城矿区注浆经验注浆压力一般为孔口水压的 2.5～3.5 倍，-550m 水平孔口水压近 6MPa，孔口水压的 2 倍压力即注浆钻孔的孔口注浆压力在 8-12MPa 之间时进浆量最大，注浆改造效果好，封孔时注浆压力在 15MPa 比较好。
3 粘土粉煤灰水泥浆
3.1 使用粘土粉煤灰水泥浆的注意事项
粉煤灰粘土水泥浆，一般适用于充填较大裂隙的含水灰岩含水层。一般情况下，要先注粘土水泥浆。粘土水泥浆的比重控制在 1.20-1.30 之间。当单孔涌水量小于 20m3/h 且升压很快时，直接用水泥浆注浆封孔。
3.2 粘土粉煤灰水泥浆造浆
粘土浆的配制以比重控制，按 1.12-1.18 配制，粉煤灰水泥浆比重一般控制在 1.2-1.5，粉煤灰掺入量一般在 10-30%，最高达 50-60%，最终的粘土粉煤灰水泥浆比重按 1.25-1.3 控制。当注浆压力逐渐增大时，可减小粉煤灰的加入量，直到停止加入。
3.3 向井下压注
每次注浆前都要进行一次注浆管路耐压试验，压力达到设计终孔压力。注浆时先注水泥浆，视情况及时改注粉煤灰水泥浆。开始将注浆泵吸浆笼头放入吸浆池开启注浆泵，浆液注浆泵电磁流量计注浆管路送料孔井下注浆管路注浆孔受注层。
3.4 注浆方式
在钻孔注浆过程中，一般要遵循连续注浆原则，目的是减少钻探工程量，有效封堵导水通道。若仅对工作面底板进行改造时，若单孔注浆量超过1000吨干料时，可考虑间歇注浆，间歇期间必须及时将注浆管路冲洗干净。
3.5 注浆终孔
达到设计的注浆终孔要求时（井下注浆孔压力的2.5～3.5倍或设计压力，泵量为60-80l/min）即可结束注浆。
4 注浆孔的布设
有条件的先要进行物探，再根据物探资料布设钻孔。当前没有可靠的物探手段，要按扩散半径20-50m均匀布设钻孔。一般在工作面的轨中巷每隔60-80m施工一个钻机房，钻机房内以不同的方位、倾角分别向面的上中下各部施工2-4个钻孔。工作面初压及周压地段、构造发育段（尤其断层交叉部位）、含水层的富水段、隔水层变薄区都要酌情加密，并尽量与裂隙方向垂直或斜交。同时对工作面四周还要考虑足够数量的镶边钻孔。
5 效果
工程以7300采区的首采工作面7302为地点开展工作，该面共施工钻孔12孔/1367.5m，采用连续注浆方式注浆，共注粘土水泥6619吨，其中水泥4170吨、粘土2449吨。注6、注7、注8钻孔注浆量达4189吨，证明该区域徐灰岩溶裂隙发育，存在径流带。水与注浆干料比为1：10.4，平均单孔进浆量413.7吨，注浆封孔压力达1.5～1.7MPa，浆液比重1.12～1.4t/m3，符合设计要求。
6 结语
纳米微晶技术范文2
论文摘要：介绍了纳米磁性材料的用途,阐述了纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类纳米磁性材料的研究和应用现状。
1引言
磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱与基础，广泛地应用于电信、自动控制、通讯、家用电器等领域，在微机、大型计算机中的应用具有重要地位。信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能方向进展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向发展。纳米磁性材料是指材料尺寸限度在纳米级，通常在1～100nm的准零维超细微粉，一维超薄膜或二维超细纤维（丝）或由它们组成的固态或液态磁性材料。当传统固体材料经过科技手段被细化到纳米级时，其表面和量子隧道等效应引发的结构和能态的变化，产生了许多独特的光、电、磁、力学等物理化学特能，有着极高的活性，潜在极大的原能能量，这就是“量变到质变”。纳米磁性材料的特殊磁性能主要有：量子尺寸效应、超顺磁性、宏观量子隧道效应、磁有序颗粒的小尺寸效应、特异的表观磁性等。
2纳米磁性材料的研究概况
纳米磁性材料根据其结构特征可以分为纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类。
2.1纳米颗粒型
磁存储介质材料：近年来随着信息量飞速增加，要求记录介质材料高性能化，特别是记录高密度化。高记录密度的记录介质材料与超微粒有密切的关系。若以超微粒作记录单元，可使记录密度大大提高。纳米磁性微粒由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很高的特性，用它制作磁记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。
纳米磁记录介质：如合金磁粉的尺寸在80nm，钡铁氧体磁粉的尺寸在40nm，今后进一步提高密度向“量子磁盘”化发展，利用磁纳米线的存储特性，记录密度达400Gbit/in2，相当于每平方英寸可存储20万部红楼梦小说。
磁性液体：它是由超顺磁性的纳米微粒包覆了表面活性剂，然后弥漫在基液中而构成。利用磁性液体可以被磁场控制的特性，用环状永磁体在旋转轴密封部件产生一环状的磁场分布，从而可将磁性液体约束在磁场之中而形成磁性液体的“O”形环，且没有磨损，可以做到长寿命的动态密封。这也是磁性液体较早、较广泛的应用之一。此外，在电子计算机中为防止尘埃进入硬盘中损坏磁头与磁盘，在转轴处也已普遍采用磁性液体的防尘密封。磁性液体还有其他许多用途，如仪器仪表中的阻尼器、无声快速的磁印刷、磁性液体发电机、医疗中的造影剂等等。
纳米磁性药物：磁性治疗技术在国内外的研究领域在拓宽，如治疗癌症，用纳米的金属性磁粉液体注射进人体病变的部位，并用磁体固定在病灶的细胞附近，再用微波辐射金属加热法升到一定的温度，能有效地杀死癌细胞。另外，还可以用磁粉包裹药物，用磁体固定在病灶附近，这样能加强药物治疗作用。
电波吸收（隐身）材料：纳米粒子对红外和电磁波有吸收隐身作用。由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3-4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。
2.2纳米微晶型
纳米微晶稀土永磁材料：稀土钕铁硼磁体的发展突飞猛进，磁体磁性能也在不断提高，目前烧结钕铁硼磁体的磁能积达到50MGOe，接近理论值64MGOe，并已进入规模生产。为进一步改善磁性能，目前已经用速凝薄片合金的生产工艺，一般的快淬磁粉晶粒尺寸为20-50nm，如作为粘结钕铁硼永磁原材料的快淬磁粉。为克服钕铁硼磁体低的居里温度，易氧化和比铁氧体高的成本价格等缺点，目前正在探索新型的稀土永磁材料，如钐铁氮、钕铁氮等化合物。另一方面，开发研制复合稀土永磁材料，将软磁相与永磁相在纳米尺寸内进行复合，就可获得高饱和磁化强度和高矫顽力的新型永磁材料。
纳米微晶稀土软磁材料：在1988年，首先发现在铁基非晶的基体中加入少量的铜和稀土，经适当温度晶化退火后，获得一种性能优异的具有超细晶粒（直径约10nm）软磁合金，后被称为纳米晶软磁合金。纳米晶磁性材料可开发成各种各样的磁性器，应用于电力电子技术领域，用作电流互感器、开关电源变压器、滤波器、漏电保护器、互感器及传感器等，可取得令人满意的经济效益。
2.3磁微电子结构材料
巨磁电阻材料：将纳米晶的金属软磁颗粒弥散镶嵌在高电阻非磁性材料中，构成两相组织的纳米颗粒薄膜，这种薄膜最大特点是电阻率高，称为巨磁电阻效应材料，在100MHz以上的超高频段显示出优良的软磁特性。由于巨磁电阻效应大，可便器件小型化、廉价，可作成各种传感器件，例如，测量位移、角度，数控机床、汽车测速，旋转编码器，微弱磁场探测器（SQUIDS）等
磁性薄膜变压器：个人电脑和手机的小型化，必须采用高频开关电源，并且工作频率越来越高，逐步提高到1～2MHz或更高。要想使高频开关电源进一步向轻薄小方向发展，立体的三维结构铁芯已经不能满足要求，只有向低维的平面结构发展，才能使高度更薄、长度更短、体积更小。对于10～25W小功率开关电源，将采用印刷铁芯和磁性薄膜铁芯。几个微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三维立体结构，而是二维平面结构，其物理特性也与原来的立体结构不同，可以获得前所未有的高性能和综合性能。
磁光存储器：当前只读和一次刻录式的光盘已经广泛应用，但是可重复写、擦的光盘还没有产业化生产。最具有发展前途的是磁性材料介质的磁光存储器，其可以像磁盘一样反复多次地重复记录。目前大量使用的软磁盘，由于材料介质和记录磁头的局限性，其存储密度已经达到极限；另外其已经不能满足信息技术的发展要求，无法在一张盘上存储更多的图象和数据。采用磁光盘存储，就能在一张盘上记录数千兆字节到数十千兆字节的容量，并且能反复地擦写使用。
纳米微晶技术范文3
【关键词】薄膜太阳电池；硅基薄膜；多元化合物薄膜；纳米晶薄膜；有机薄膜
随着煤、石油、天然气等能源日益枯竭和环境污染日益加剧，人们迫切需要寻找清洁可再生新能源。作为地球无限可再生的无污染能源。太阳能的应用日益引起人们的关注，将太阳能转化为电能的太阳能电池的研制得到了迅速发展。目前以商品化的晶体硅太阳能电池的光电转化效率最高，但受材料纯度和制备工艺限制，成本高，很难再提高转化效率或降低成本。薄膜太阳能电池只需几um的厚度就能实现光电转换，是降低成本和提高光子循环的理想材料[1]。本文综述了各种薄膜太阳能电池的研究现状及生产现状，对薄膜太阳能电池的发展趋势进行了展望。
一、薄膜太阳能光伏产业发展现状
在目前多晶硅原材料成本居高不下的情况下，各厂商纷纷转而寻求技术创新，而近期薄膜技术领域的突破使其成为太阳能电池产业新的热点。以目前的技术水平来说，在非晶硅薄膜太阳能电池应用方面，还存在一些问题：
（1）效率低
单晶硅太阳能电池，单体效率为14%-17%（AMO），而柔性基体非晶硅太阳电池组件（约1000平方厘米）的效率为10-12%，还存在一定差距。
（2）稳定性差
其不稳定性集中体现在其能量转换效率随辐照时间的延长而变化，直到数百或数千小时后才稳定。这个问题一定程度上影响了这种低成本太阳能电池的应用。
（3）相同的输出电量所需太阳能电池面积增加
与晶体硅电池相比，每瓦的电池面积会增加约一倍，在安装空间和光照面积有限的情况下限制了它的应用。
薄膜技术的进步给厂商带来了新的发展思路，也正是看到2007年First Solar在薄膜太阳能电池领域的出色表现，各厂商纷纷投产进军薄膜领域。2005年4月夏普开始正式受理薄膜太阳能电池定单。2007年11月底建设新生产线，并于2008年10月夏普举行了供货仪式，将薄膜硅太阳能电池的年生产能力从15MW提高到160MW。国内厂商如津能、南通、孚日股份、金太阳等厂商已经制定投产或扩产计划[3]。
二、薄膜太阳能光伏产业发展趋势
CdTe（碲化镉）薄膜、CIS（铜铟硒）/CIGS（铜铟硒镓）薄膜和硅基薄膜广泛用于光伏发电，将占据市场主流，成为薄膜太阳能电池中的佼佼者。其发展趋势分别如下：
CdTe太阳能电池具有技术成熟、转换效率高、发电量高、成本低等优势，在2007年其全球出货量约180MW（仅次于硅基薄膜，在薄膜领域排名第二），目前CdTe电池商业化产品效率已超过12。截至2008年1月，美国部分企业实验室CdTe组件的转换率高达16.5%，具体到商业化生产中，短时间内很难达到这个水平[4]。
CIGS在高光电效率低材料成本的好处下（在实验室完成的CIGS光电池，光电效率最高可达约19，就模块而言，最高亦可达约13）。面临三个主要困难要克服：
（1）制程复杂，投资成本高；
（2）关键原料的供应；
（3）缓冲层CdS潜在毒害。
截至2008年2月，全球CIS/CIGS电池的实验室最高转换率达19.5%，具体到商业化生产中，短时间内很难达到这个水平。
截至2008年2月，全球硅基薄膜组件主要有三种：单结非晶硅和双结非晶硅组件转换率5%-8%，双结非晶硅/微晶硅组件转换率8%-10%，三结非晶硅组件转换率8%左右。不过由于硅基薄膜的基数比较大，就算到2013年依然是薄膜中的霸主。而目前新上的项目主要是单结非晶硅、双结非晶硅和非晶/微晶硅。其中亚太地区（中国台湾地区等）主要是单结、双结非晶硅日本地区主要是非晶/微晶硅。欧洲主要是双结非晶硅和非晶/微晶硅。美国三结非晶硅占据不错的地位，同时其他非晶薄膜也有涉及。从成本的角度来看，非晶/微晶的成本在硅基薄膜中最高，其次就是三结非晶硅，双结非晶硅，成本最低的就是单结非晶硅，非晶硅薄膜设备投资占据主要成本，而转换率数据除了跟设备有关系外，自己的调试和开发能力也有一定的重要性。
目前，国内外厂商的纷纷投产促进了薄膜电池市场的快速增长，未来两年伴随各厂商投产产能的释放，薄膜电池市场将稳步提升，2012年其市场份额有望达到25%。
薄膜技术的兴起带动了国内新一轮太阳能光伏产业投资热潮，未来3-5年随着薄膜技术的日趋成熟，碲化镉（CdTe）和CIGS等技术将会有新的突破，卷式（Roll-to-roll）设备和可印刷铜/铟/镓/硒（CIGS）墨水等设备应用的技术创新也会取得新进展。这将有望进一步带动中国太阳能光伏产业新一轮增长[5]。
特别是2008年由于美国应用材料，瑞士Oerlikon，日本ULVAC等顶级的设备厂商大量推出标准设备，同时韩国Jusung，美国XsunX等设备企业的介入促使全球范围大规模生产非晶硅成为可能，另外一些小尺寸的非晶硅设备企业（比如中国国内的普乐新能源，上海思博露科技，北京的北仪创新，美国的EPVNano PV，香港的华基光电，匈牙利的EnergoSolar，欧洲的STF等相继推出低成本的5兆瓦生产线也获得了客户的青睐，设备的驱动及大量资本的进入促使2007年和2008年称为非晶硅大规模应用的元年，也因此导致晶硅和非晶硅的格局将会因此而改变。
三、结语
薄膜太阳能电池是缓解能源危机的新型光伏器件。太阳能电池开发和制备过程中必须考虑的两个因素是提高转化率和降低成本。而电池的薄膜化无疑是降低成本的有效途径。目前所开发研制的薄膜太阳能电池中硅基薄膜和多元化合物薄膜太阳能电池效率较高，并部分实现了商品化，但受材料制约，与其他薄膜太阳能电池相比成本相对较高。纳米晶薄膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池原料易得、成本低，但目前转化效率和稳定性不够好，所以研制新的低成本光电材料、开发新的大面积薄膜电池制备工艺以提高纳米晶薄膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池的稳定性和光电转换效率仍是未来薄膜太阳能电池的研究热点.
【参考文献】
[1]BonnetD.Cadmium-telluride-materialforthinfilmsalarcella，[J].MaterRec.1998.13（10）.2740～2753
[2]梁宗存，沈辉，李戢洪.太阳能电池及材料研究[J].材料导报2000，14（8）：38-40.
[3]StaeblerDL，WroskiCR.，eta.lReversibleconduc2tivitychangesindischarge2producedamorphousSilicon[J].ApplPhysLett，1977，31：292.
[4]钟迪生.硅薄膜太阳能电池研究进展[J].应用学，2001，22（3）：34-40.
纳米微晶技术范文4
关键词：煤沥青，稻壳木质素/SiO2复合物，改性，成焦行为
中图分类号：TQ522.65 文献标识码：A
煤沥青是一种组成和结构非常复杂的混合物，它的确切成分尚不清楚，但其基本组成单元是多环芳烃、稠环芳烃及其衍生物。炭材料由于其优异而独特的性质在高科技领域得到广泛应用，而煤沥青具有来源丰富、价格便宜、含碳量高、流动性好、易石墨化等优点，使其成为炭材料的基本原料。但普通的煤沥青残炭率低和高孔隙率使其炭素产品机械性能不好。为此，制备高性能的炭材料，往往通过向炭材料中引入硼、硅、钛和锆等元素来提高炭材料的性能。而通过添加稻壳木质素/SiO2复合物（LSH）来改性煤沥青可提高其残炭率并降低孔隙率，同时能够有效地改善炭材料的氧化性。
煤沥青的炭化过程形成以缩合稠环芳香族结构为主体的液晶状态，这种液晶称为中间相。中间相的光学各向异性等区域的大小和结构即反映了中间相沥青的质量，也决定了其进一步利用的方向。有序结构的中间相在炭化、石墨化后将得到高比强度、高比模量、高抗震性、耐烧蚀、高导电、热膨胀系数小、耐化学腐蚀和抗氧化性能好的材料。为此，本文针对稻壳木质素/SiO2复合物（LSH）改性煤沥青中间相进行了研究，讨论LSH含量、炭化温度和保温时间等对其炭化后焦化产物中间相的影响。
1 实验部分
1.1 原料与试剂
工业煤沥青，武钢集团焦化公司生产，性能指标如下：软化点103℃，喹啉不溶物含量12.7%，吡啶不溶物含量28%，甲苯不溶但吡啶可溶物含量18%，甲苯可溶物含量54%，密度1.329 g/cm3，残炭率60%，碳/氢原子比为1.73；稻壳，福建三明生产，性能指标如下：灰分：18.3%，木质素：20.6%，纤维素：39.0%，半纤维素：19.4%；浓硫酸，国药集团化学试剂有限公司，分析纯。
1.2 稻壳木质素/SiO2复合物（LSH）的制备
将预处理过的稻壳粉碎后进行气爆。将8g气爆后处理好的稻壳与20ml浓度为72%的浓H2SO4在容器中浸泡24h后，然后将其稀释十倍，在电子万用炉上煮沸1h，趁热过滤并用去离子水洗涤至中性，得到的稻壳木质素/SiO2复合物（LSH）在100℃下干燥24h，然后粉碎至200目，其产率为42.5%。该复合物中木质素含量为57.1wt.%，SiO2含量为42.9wt.%。
1.3 煤沥青的改性与炭化工艺
在氮气保护下，LSH和煤沥青按表1中的配比倒入三口烧瓶中进行加热搅拌得到改性煤沥青。将LSH改性煤沥青和焦炭粉研磨后压制成炭块，最后取3g左右的样品采用包埋法以5℃/min的升温速率进行炭化。
1.3 性能测试
3）场发射扫描电镜（FESEM）和能谱（EDS）。采用美国FEI公司型号为NANOSEM的场发射扫描电镜测定。
2 结果与讨论
2.1 LSH含量和炭化工艺对中间相光学组织结构的影响
2.1.1 LSH含量的影响
图1为440℃保温6h，LSH改性煤沥青（PL0，PL10，PL20，PL40）的光学组织结构。由图可知，LSH添加的多少对LSH改性煤沥青的光学组织结构有很大的影响。其中（d）是LSH改性煤沥青（PL40）炭化产物的光学组织结构，其光学各向异性单元尺寸为1.5～5mm中粒镶嵌（MM）结构。由此可知，随着LSH含量的增加，改性煤沥青炭化产物光学组织结构变差，当添加LSH含量超过20%时，其光学结构变得非常差。
2.1.2 炭化温度的影响
图2为保温6h不同炭化温度，LSH改性煤沥青（PL20）炭化产物的光学组织结构。由图可知，一定的保温时间，炭化温度对LSH改性煤沥青光学组织有非常大的影响。可见炭化温度对LSH改性煤沥青中间相的形成有非常重要的影响，当温度低于400℃时，即使足够长的保温时间依然不能使LSH改性煤沥青形成中间相小球，当温度为440℃时，能够得到较好的中间相。
2.2 LSH改性煤沥青焦化产物微晶结构分析
图4为添加不同含量LSH的改性煤沥青在800℃下炭化1h的XRD图谱。在X射线衍射图谱中表现出石墨微晶结构所产生的特征衍射即衍射峰（002）和（100）由图可知，其XRD谱呈现出明显的不对称，说明煤沥青和LSH改性煤沥青焦化产物的晶体结构不完善。XRD谱图中（002）晶面衍射峰和（100）晶面衍射峰逐渐变得漫散和模糊，表明焦化产物的结构随LSH物含量的增加其有序度和规整度逐渐减小，由此可知随LSH含量的增加LSH改性煤沥青越来越难石墨化。
依据公式（1）至（3）计算LSH改性煤沥青焦化物的微晶结构参数，结果如表2所示。由表可知，随着LSH含量的增加，其微晶层间距d002增大，平均微晶高度Lc减小，平均微晶宽度La减小。
2.3 LSH改性煤沥青焦化产物的场发射扫描电镜分析
图5为LSH改性煤沥青（PL20，PL30）在800℃保温1h的场发射扫描电子显微图。从图可见，小块状的是LSH炭化后的产物，其中SiO2纳米粒子镶嵌在其中。比较这两张图，可以得出，当LSH添加量为20%时，其SiO2纳米粒子团聚较小，分散均匀，当LSH添加量为30%时，其SiO2纳米粒子含量明显增多，团聚更厉害而且颗粒大小分布不均匀。图6为图5（a）中点S的能谱。这白色颗粒是LSH炭化产物，主要由Si、C和O组成，其中Si、O、C所占的质量百分比分别为58.88%、26.21%、14.91%。由图可知，炭化后，LSH中Si含量明显增加，主要由于在此温度下，LSH发生热解缩聚反应。同时木质素自由基分子与煤沥青也会发生缩聚加成反应，使LSH颗粒与煤沥青的界面得到改善，这样有助于提高炭材料的力学性能。
3 结论
（1）LSH改性煤沥青的光学显微结构随LSH含量的增加，其光学结构变差，由纯煤沥青的小域结构变成中粒镶嵌结构。当LSH含量超过20%时，其光学组织结构明显变差。
（2）炭化温度对LSH改性煤沥青光学结构影响很大，炭化温度过低将不能得到光学性能较好的炭材料。
（3）随LSH含量的增加， LSH改性煤沥青焦化产物微晶层间距增大，平均微晶高度、宽度减小，使其越来越难石墨化。
（4）随着LSH含量的增加，体系粘度增加，使得LSH与煤沥青混合的越来越不均匀。
参考文献
纳米微晶技术范文5
关键词：纤维素酶；微/纳纤丝；机械处理
中图分类号：TQ340.1 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.11.002
21世纪以来，随着资源的严重匮乏和人们对环保的日益重视，可再生生物质资源的利用具有了重要意义[1]。纤维素是地球上极为丰富的可再生生物质资源之一，占地球总生物量的40%[2-3]，广泛应用于造纸、塑料、炸药、电工及科研等方面。从天然纤维中分离出的微/纳纤丝具有高强度、高结晶度、高纯度、生物可降解、亲水性强等特性，因此，微/纳纤丝在高性能复合材料中显示出广阔应用前景。微/纳纤丝（micro/nanofibrils）包括微纤丝（microfibril）和纳米纤丝（nanofibril）两种。微纤丝被定义为直径在0.1～1 μm，长度在5～50 μm的纤维，纳米材料则包括至少一维空间的尺寸为纳米级（1～100 nm）[4]。
微/纳纤丝的制备方法有化学法、机械法、生物法、人工合成法、静电纺织法、酶处理法等[5]。相比较来说，酶处理法制备微/纳纤丝具有反应条件温和、能耗低、设备要求相对简单、经济环保等优势[6]，且所用的试剂酶与纤维素酶均为可再生资源[7]，因此，酶处理工艺更适合今后的大量生产微/纳纤丝。
本研究以杨木纸浆纤维为原料，通过纤维素酶协同机械法处理，致力于以环境友好方式制备出微/纳纤丝，运用高效液相色谱、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对制备出的微/纳纤丝进行表征分析，研究其细化后的性能变化。
1 材料和方法
1.1 材 料
杨木纸浆纤维：购置于江苏某造纸厂，纤维素含量为77.44%，半纤维素含量为15.72%，酸不溶木素为5.1%，结晶度为68.2%。纤维素酶：购置于宁夏和氏璧公司，是由青霉菌发酵液精制而成，滤纸酶活为48.86 FPU·g-1。主要试剂：柠檬酸、过氧化钠、亚硫酸钠、硫酸、3，5-二硝基水杨酸、偏重亚硫酸钠等分析纯均购于南京化学试剂有限公司。
主要仪器：高效液相色谱（美国安捷伦公司），高压均质仪（定制于日本某研究公司），超声波细胞粉碎机（南京先欧仪器制造有限公司），马尔文激光粒度仪（马尔文公司），X射线衍射仪（岛津/KRATOS公司），JSM-7600F场发射扫描电镜（日本电子）等。
1.2 酶解杨木纸浆纤维中纤维素/半纤维素的测定[8]
称取（300.0±10.0） mg已用酶处理过的杨木纸浆纤维置于干燥皿中，加入（3.00±0.01） mL72%硫酸，充分润湿混匀。将干燥皿置于（30±3） ℃水浴中振荡反应（60±5） min，振荡须保证所有纳米纤维素浸润于硫酸溶液中，完全水解。水解完成后，从水浴槽中取出干燥皿，加入（84±0.04） g纯水，将硫酸浓度稀释至4%。将样品置于高压灭菌器中，温度设置为121 ℃，时间60 min。反应结束后，冷却至室温。用已准备好的磨成粉状的脱水Ba（OH）2，中和样品pH值至5～6。离心后，取上清液作高效液相分析用，从图谱中计算出葡萄糖、木糖浓度。从而可以计算出样品中纤维素和半纤维素的绝干百分比。公式（1）如下：
纤维素/半纤维素含量=×100%（1）
式中，C为水解后单糖的浓度，单位为g·L-1；MC为杨木纸浆纤维的含水率，0.087为水解液的总体积，单位为L；0.3为酸水解原料的质量，单位为g；0.9为纤维素和半纤维素水解葡萄糖对应的系数。
用蒸馏水洗涤残渣，后将残渣在105 ℃下干燥至恒质量并称质量，将其作为酸不溶木质素的质量；取一定量的水解上清液用分光光度法在205 nm处测定其吸光度AOD，然后按式（2）计算相应的酸溶木素。
酸溶木素=×8.7%（2）
1.3 杨木纸浆纤维预处理
（1）杨木纸浆纤维的粉碎。由于纤维过于粗，用植物粉碎机对杨木纸浆纤维再加工，过0.18 mm筛。
（2）化学处理[9]。由于杨木纸浆纤维中仍然有少量半纤维素、木素及其它杂质，这会影响微/纳纤丝的制备，因此要将其去除。选择固液比为1∶30，在NaSO3浓度为3%，蒸煮时间为2 h，温度为200 ℃，脱去杨木纸浆纤维中的木质素，水洗至中性，收集滤渣；选择固液比为1∶30，NaOH浓度为8%，碱处理时间3 h，温度80 ℃，脱去杨木纸浆纤维中的半纤维素，水洗至中性，收集滤渣；选择固液比为1∶40，H2O2浓度5%，处理时间1 h，温度45 ℃，脱去果胶等杂质，水洗至中性，收集滤渣。经高效液相得出图谱，通过公式（1）和（2）分别计算得出纤维素含量为92.85%、半纤维素含量为1.87%、木质素含量为0.88%，适合作为酶解纤维素的底物。
1.4 正交试验
为了考察最优条件，选择加酶量、酶解时间和料液比作为考察因素，运用3因素3水平作正交试验，确定微/纳纤丝的最佳工艺参数，具体因素水平如表1所示。
1.5 纤维素酶解杨木纸浆纤维
将碱预处理后的纤维素与缓冲溶液以一定的料液比加入纤维素酶液，在适宜的温度以及pH值下酶解反应一定时间，达到纤维素酶的平衡聚合度，灭酶5 min，过滤，滤渣风干，粉碎，即得杨木纸浆微/纳纤丝。
1.6 机械法处理杨木纸浆纤维
由于纤维素酶选择性地酶解掉无定形的纤维素而剩下部分纤维素晶体[10]，因此，可以用机械法加以辅助酶解微/纳纤丝，以较为环保的方式获得结晶度较高、粒径较小的产物。本试验中采用超声波粉碎仪和高压均质仪间歇式处理已酶解过的微/纳纤丝以获得质量更优的微/纳纤丝。
1.7 X射线衍射分析（XRD）[11]
样品按照X射线衍射仪的测试要求装片。X光为铜靶，扫描步长为0.05°，扫描范围为5°～40°，5°·min-1。测试条件为电压40 kV，电流30 mA，采用2θ/θ步进扫描。根据Turley法计算试样的结晶度[11]，计算公式为：
CrI=×100% （3）
式中，CrI为结晶度指数；I002为（002）晶格衍射角的极大强度；Iam为代表2θ角近于18°时非结晶背景衍射的散射强度。I002与Iam单位相同。
1.8 JSM-7600F场发射扫描电子显微镜（SEM）分析
配制已制备好的微/纳纤丝溶液，放入冷冻干燥箱中冷冻干燥48 h后取出并立即存放入干燥器中以备检测微/纳纤丝的长度、粒径、形态等[12-14]。临界点干燥，喷金，放入JSM-7600F场发射扫描电子显微镜（SEM）下观察。
2 结果与分析
2.1 正交试验分析
本试验采用的纤维素酶由青霉菌发酵液精制而成，此种酶经试验在50 ℃下酶解效率最好，因此本试验酶解温度定为50 ℃[15-21]。采用3因素3水平的正交试验，确定制备微/纳纤丝的最佳工艺参数，得到CrI较高的微/纳纤丝。根据公式（3）和XRD图谱算出每组试验的CrI，正交试验结果见表2。
由表2可知，酶处理制备杨木纸浆微/纳纤丝的影响因素依次为A>C>B，即时间、加酶量、料液比。最佳工艺条件为A2B2C1，即最佳工艺条件为加酶量30 FPU，处理时间为36 h，料液比为1∶40。由于酶中含有蛋白质等杂质，使原料中纤维素含量有所降低，可以通过适当的碱处理来去除蛋白质，再进行机械处理以制备粒径更小的微/纳纤丝。
通过马尔文激光粒度仪Zetasizer Nano对酶解后微/纳纤丝的粒径分布进行测量。从图1可以看出，溶液中去除蛋白前后的变化情况。
图1（a）中有2个峰值，在80 ℃下进行热碱处理后得到图1（b），图1（b）有一个峰值，这说明，酶处理后的产物中蛋白质已经去除。因此，可以得出：图1（a）中粒径分布范围在100～1 000 nm，光强小的峰值是试验材料中酶的粒径范围分布情况。从（a）、（b）两图中均可看出，酶处理后的产物粒径分布范围大都在1 m以上，说明酶处理后的微/纳纤丝大部分还是聚集形态的纤丝束，还需要进一步的机械法处理才能获得粒径分布范围更小的纳米纤丝。图1（b）中1 m以上纤丝粒径分布较图1（a）变窄，这是由于纤维在热碱溶液中能够发生剥皮反应（150 ℃下发生），引起纤维素降解。
按照正交试验的结果进行验证试验，由计算可知纤维素酶水解后杨木纸浆纤维的CrI为84.2%，这表明纤维素酶水解作用破坏了纤维素的非结晶区，使酶解后的纤维CrI提高。去除蛋白后纤维素的含量为95.26%。纤维素酶水解后，纤维素的结晶度和含量均有所改善。
2.2 机械法再处理
尽管在本试验的最佳酶解条件下获得纤丝的纤维素含量和结晶度提高较大，但是酶解的作用趋于缓和，在粒径的提高方面明显不够。用机械法加以辅助酶解，不仅较之化学法污染更小，而且可以获得更小粒径的微/纳纤丝[21]。
本试验采用超声波粉碎仪和高压均质仪间歇处理酶解后的微/纳纤丝。配制浓度为0.05%的酶解后的杨木纸浆纤维溶液100 mL（已达到微米级别，见图2中（a）、（b）和（c）），选用1/2″探头（探入式）、振幅为80 μm、处理时间90 min（分3次）、脉冲时间6 s、脉冲间隔4 s。打开高压均质仪的压力阀，调整压力至1 000～1 500 bar，分3组进行均质，每组5次，每次处理时长约为2 min。超声波处理和高压均质处理为间歇式，即：超声波处理高压均质处理超声波处理高压均质处理超声波处理高压均质处理。
2.3 杨木纸浆微/纳纤丝的表征分析
采用JSM-7600F场发射扫描电子显微镜（SEM），分别对酶解后和超声波/高压均质仪处理后的杨木纸浆纤维的形态进行研究，配制浓度为0.05%微/纳纤丝溶液进行冷冻干燥，48 h后放入扫描电镜下观察，结果如图2所示。
图2中的（a）、（b）和（c）图为酶处理后杨木纸浆纤维的SEM图。从图中可以看出，纤维比较疏松多孔，这说明酶处理已经使纤维的初生壁和次生壁外层脱落。但是团聚现象较严重，分散不均匀，粒径分布大都在10 m左右，如图（c）所示。因此，还需机械力辅助使纤维产生纵向分裂，破坏纤丝与纤丝之间的氢键作用以获得分散均匀、粒径达到纳米级的纳米纤丝。
图2中的（d）、（e）和（f）图为酶处理协同机械法处理杨木纸浆纤维的SEM图。从图中可以看出，经过超声波和高压均质间歇处理后的纤维已经分离成纤丝状。纤维素链上的主要功能基是羟基（—OH），羟基不仅对纤维素的超分子结构有决定作用，而且也影响其化学和物理性能。—OH基之间或—OH基与O—、N—和S—基团能够联接，即氢键。因此，只有纤丝与纤丝间的氢键断裂，才能获得微/纳纤丝。酶处理协同机械法处理纤维正是运用于此，才制备出了如图2中（d）～（f）纳米级的纤丝。如图2中（d）、（e）和（f）所示，纤丝具有较大的比表面积，并且长径比大，图2（f）表明：纤维的直径分布在25～55 nm，宽度方向已经达到纳米级纤丝要求。从图2（d）、（e）和（f）中还可以看出，纤丝表面起毛、分丝帚化，这是因为次生壁中层S2上微纤丝暴露，分离出了细小纤维。
3 结 论
（1）酶处理制备杨木纸浆微/纳纤丝的影响因素按大小依次为：时间、加酶量、料液比，最佳工艺条件为：加酶量30 FPU，处理时间为36 h，料液比为1∶40。
（2）热碱处理去除酶解产物中的蛋白质，纤丝的CrI为84.2%，纤维素含量为95.26%。纤丝的CrI和含量均有所改善。
（3）采用超声波粉碎仪和高压均质仪间歇处理酶解后的微/纳纤丝，获得产物达到纳米级别，从电镜图中可看出，次生壁中层S2上微纤丝暴露，纤丝表面起毛、分丝帚化，分离出了细小纤维。纤维的直径分布在25～55 nm，宽度方向已经达到纳米级纤丝要求。
参考文献：
[1] Lavoine N， Desloges I， Dufresne A， et al. Microfibrillated cellulose-Its barrier properties and applications in cellulosic materials： A review[J]. Carbohydrate Polymers， 2012， 90（2）： 735-764.
[2] Okahisa Y， Abe K， Nogi M， et al. Effects of delignification in the production of plant-based cellulose nanofibers for optically transparent nanocomposites[J]. Composites Science and Technology， 2011， 71（10）： 1 342-1 347.
[3] 张越，聂李丽，宋建，等.木质纤维素酶为原料的燃料乙醇预处理技术研究进展[J].天津农业科学，2011，17（4）：113-116.
[4] 程庆正，王思群.天然木质微/纳纤丝增强纳米复合材料的研究现状[J].林产工业，2007，34（3）：3-7.
[5] 李珊珊，张洋.酶处理制备木质材料微/纳纤丝的研究进展[J].木材加工机械，2013（1）：43-47.
[6] 张鹤，佟心洁，庞春生，等.纤维素酶酶解玉米秸秆新型蒸煮浆的工艺研究[J].现代食品加工，2012，28（2）：182-186.
[7] 苏勇.酶处理和化学法对麦秸微纳纤丝制备工艺及特性影响[D].南京：南京林业大学，2012：6-8.
[8] Ogren K， Bura R， Saddler J， et al. Effect of hemicellulose and lingin emoval on enzymatic hydrolysis of stem pretreated corn stover[J]. Bioresource Technology， 2007， 98：2 503-2 510.
[9] 范国荣，朱新传，卢平英，等.杉木微晶纤维素制备工艺的研究[J].江西林业科技，2005（3）：3-4.
[10] 刘娇，宋公明，马丽娟，等.不同预处理方法对玉米秸秆水解糖化效果的影响[J].饲料工业，2008，29（1）：31-32.
[11] 李坚.木材波谱学[M].北京：科学出版社，2003：181-185.
[12] 刘一星，赵广杰.木材资源材料学[M].北京：中国林业出版社，2007：104-111.
[13] Samir M， Alloin F. Review of recent research into cellulosic whiskers， their properties and their application in nanocomposite field[J]. Biomacromolecules， 2005， 6（2）： 612-626.
[14] 张彩莉，张鑫.微晶纤维素的特性及应用[J].中国调味品，2006，9（9）：46-48.
[15] 刘德龙，张玉苍，何连芳，等.稻草液化产物纤维素的酶解糖化研究[J].中国酿造，2011（2）：55-58.
[16] 宋晓磊，姚春丽.纳米微晶纤维素的制备及在造纸中的应用研究[J].造纸科学与技术，2011，30（3）：43-47.
[17] 李伟，王锐.纳米纤维素的制备[J].化学进展，2010，22（10）：2 060-2 070.
[18] Ogeda T L， Silva I B， Fidale L C， et al. Effect of cellulose physical characteristics， especially the water sorption value， on the efficiency of its hydrolysis catalyzed by free or immobilized cellulase[J]. Journal of biotechnology， 2012， 157（1）： 246-252.
[19] 张丽君，李爱军，欧仕益.酶解法制备大豆皮微晶纤维素的研究[J].广东农业科学，2012（14）：113-116.
纳米微晶技术范文6
硅纳米线阵列电极作为细胞色素c传感器的研究
h-线敏感光致产碱剂PNCDP的合成与表征
含氟丙烯酸酯光致聚合物的全息特性研究
4-羟基-6-甲基-1,3,3a,7-四氮茚对以苯并三氮唑银为银源的PTG材料感光性能的影响
酸酐改性PVA树脂用于阴图PS版成膜树脂的性能研究
CIECAM02色貌模型的视觉均匀性分析与模型优化
2-芳氧基-1,8-邻苯二甲酰基萘的合成及光致变色性
纳米管钛酸CO处理产物的结构及光催化活性
TiO_2的低温制备及其对有毒有机污染物的降解
《影像科学与光化学》学报征稿简则
甲酸根掺杂立方体溴碘化银微晶乳剂的增感效应研究
双极绿色磷光主体材料1-甲基-3-[4-(9-咔唑基)苯基]-4-苯基喹啉-2(1H)-酮的合成与性能研究
荧光标记聚苯乙烯微球的激光捕获及其原位稳态和时间分辨荧光光谱研究
荧光探针法研究新型Gemini表面活性剂在水溶液中的聚集行为
三联吡啶铂(Ⅱ)配合物光谱性质的密度泛函研究
合成条件对径向有序介孔二氧化硅中空亚微米球的形貌和结构的影响
有机电致发光器件中的新型双极主体材料的合成及应用
2010年Nobel化学奖——钯-催化的有机合成
2010年Nobel物理学奖——石墨烯
影像科学与光化学2010年第28卷总目次
影像科学与光化学2010年第28卷作者索引
《影像科学与光化学》学报征稿简则
利用β-环糊精-发色团分子超分子包合物减弱非线性发色团分子间静电相互作用的新方法(英文)
4′-(二茂铁基)-2,2′∶6′,2″-三联吡啶钴(Ⅱ)配合物混合价态的电荷转移
异质结型AgI/AgBr/TiO_2催化剂的制备及其光催化性能
以尼罗红为探针对新型两亲性树枝形聚合物微环境的研究
同步荧光法测定大鼠血浆中牛血清白蛋白的研究
两亲性酞菁锌对人体肝癌细胞的光灭活作用
负载型AgBr/CaWO_4催化剂的制备及其可见光催化活性
4-(4-甲氧基苯亚甲基)-2-苯基-5(4H)-噁唑酮纳米带的可控制备及光学特性研究
基于香豆素衍生物的新型绿色/红色磷光有机电致发光主体材料的设计、合成及性能表征
物理气相沉积法制备一维有机半导体纳米材料
巯基乙酸酯官能团修饰的铁氢化酶模拟化合物的合成及表征
新型全息用光致聚合物的研究
掺杂WO_3的SiO_2/TiO_2的溶胶热液合成及光催化性能
酞嗪在苯并三氮唑银光敏热显影体系中的作用研究
本体与界面条件下MAPTMS水解-缩合过程中簇集行为比较研究
水介质对紫外光固化丙酸酯材料表面性能的影响
反相微乳液法制备纳米Ag_2S增感剂的化学增感研究
香豆素衍生物的合成及结构表征
三官能度甲基丙烯酰氧基单体的合成与性能研究
全息用光致聚合物中双单体组分对材料性能的影响
半导体复合CdS/TiO_2催化剂改性及冷冻-光催化组合方法应用的初步研究
LLSXF胶片对软X射线的宽容度测量
2008年非银盐影像技术及材料发展与应用学术研讨会在南阳举行
《感光科学与光化学》学报自2008年第1期起更名为《影像科学与光化学》
一种近红外光记录与存储材料——克酮酸染料的三阶非线性光学性质
紫外光辐照下以PAMAM树形分子为模板制备Ag纳米簇及光致发光性能研究
氧化蒽基二吲哚基甲烷显色现象的研究
发蓝光聚醚醚酮材料的合成及其光电特性
铜酞菁同质多晶现象的研究及其超细粒子的制备
TiO_2/斜发沸石光催化降解罗丹明B的研究
TiO_2/UV/O_2和TiO_2/UV/N_2体系降解水中对氯硝基苯
数码相机曝光时间标定方法研究
