表面增强

表面增强（精选8篇）

表面增强 篇1

在刑事犯罪现场勘查中, 特别是杀人犯罪现场, 常常发现犯罪嫌疑人的血手印或潜血手印遗留在被害人的日用品、衣物、周围环境以及作案工具上, 成为犯罪现场重要的物证之一。但是红色等较深色客体表面的血手印由于与背景反差较小, 常规的四甲基联苯胺试剂无法直接提取检验, 潜血手印往往需要其它增强后才能有效应用[1,2,3]。

血迹亮红 (英文名为Blood Light Red) 是一种浆汁染色剂。实验发现, 血迹亮红本身的共振折射光强度较弱, 当与质子化的蛋白质结合时, 可以使体系的散射光强度明显增大。本文利用血迹亮红酒精溶液作为潜血手印显现液, 使用血迹亮红显现液喷涂法增强瓷砖表面潜血手印, 照相提取后并对局部放大观察效果, 研究其对潜血手印的增强效果。

1 实验和方法

1.1 材料

血迹亮红、正四丁基碘化铵 (阿拉丁试剂) 、无水乙醇、盐酸、兔血;脱脂棉、瓷砖;精细喷雾器;Nikon D2X照相机。

1.2 样本制备

匿名选择20名学生, 首先使用无水乙醇脱脂棉擦净手指, 2 min后手指按在在浸润兔血的脱脂棉上, 在瓷砖上连续捺印5枚, 血迹量从大到小。重复4次, 血手印样本存放在干燥纸箱保存, 保存时间依次为1 d、2 d、4 d、7 d、14 d。

1.3 血迹亮红显现液配制

血迹亮红显现液:把0.2 g血迹亮红溶解到容积为200 m L盛有25 m L蒸馏水的烧杯中, 然后加入0.2 g正四丁基碘化铵、75 m L无水乙醇, 使用玻璃棒搅拌, 充分溶解后, 红色透明溶液, 避光保存。

清洗液:把2 g正四丁基碘化铵加入盛有1000 m L无水乙醇容积为2000 m L的烧杯中, 使用玻璃棒棒搅拌, 溶解充分, 呈现透明溶液, 装入棕色瓶中, 避光保存。

1.4 操作方法

(1) 把配制的血迹亮红显现液装入精细喷雾器中;把清洗液盛入另一个精细喷雾器中。

(2) 使用清洗液对检材预处理。将清洗液均匀地喷涂在留有血手印的检材表面, 反复喷涂2~3次, 确保表面浸润均匀。

(3) 使用血迹亮红显现液增强血手印样本。使用精细喷雾器在留有血潜手印的5种检材表面均匀地喷涂显现液, 反复喷涂3~5次, 即有绿色手印出现。

(4) 使用清洗液对手印检材后处理。使用精细喷雾器在增强后血手印的5种检材表面均匀地喷涂清洗液, 反复喷涂3~5次, 去除多余残液。

(5) 如果效果不理想, 重复上述程序3~5次, 直到显现出满意的手印纹线。

(6) 使用照相机拍照记录上述显现效果。

(7) 电脑处理相片照相并对局部放大观察效果, 研究其潜血手印的增强效果。

2 实验结果

(1) 血迹亮红显现液喷涂到瓷砖表面后, 5~15 s后捺印血迹部位即有红色纹线出现, 背景为淡红色色;使用涂清洗液清洗残液后有亮红色手印纹线呈现, 背景为承载手印客体表面颜色。

(2) 遗留时间对血迹亮红显现液处理的血手印样本的增强效果没有区别, 遗留时间从1d~14d基本都能够显现出 (见表1) 。

(3) 使用血迹亮红显现液处理瓷砖上潜血手印都能够有效增强, 没有弥散现象, 但颜色有区别, 遗留血迹量对手印纹线及颜色深浅稍有影响, 颜色从深到浅;纹线特征较为清晰 (见图1) 。

(4) 使用血迹亮红显现液增强后的手印纹线清晰连贯、反差明显, 无颜色背景。

3 结语

亮绿SF显现液与质子化的蛋白质结合时, 可以使体系的散射光强度明显增大, 在相转移试剂正四丁基碘化铵的作用下, 亮绿SF与蛋白质结合紧密, 不容易发生扩散, 所以对潜血手印极其敏感, 增强出的手印纹线清晰连贯、反差明显, 无颜色背景, 且局部放大能够有效显示出纹线的细节特征, 能够作为红色光滑表面血手印增强试剂, 提高该类潜在痕迹的发现率、提取率和利用率。

摘要：目的该文探索一种实验室和犯罪现场上均可使用的瓷砖表面上血潜手印新型显现技术。方法把血迹亮红钠0.2g溶解到容积为200m L盛有25m L蒸馏水的烧杯中, 然后加入0.2g正四丁基碘化铵、75m L无水乙醇, 使用玻璃棒搅拌, 充分溶解后, 采用精细喷雾器喷涂样本表面增强潜血手印, 血迹亮红酒精溶液对潜血手印增强后, 照相提取后并对局部放大观察效果, 研究其对瓷砖表面潜血手印的增强效果。结果对遗留手印进行了批量显现与统计分析, 0.2%的血迹亮红酒精显现液对瓷砖表面潜血手印的反应极其敏感, 实验室条件下潜血手印样本显现率可达100%, 显出的手印纹线清晰连贯, 反差明显, 无颜色背景。结论 0.2%的血迹亮红显现液能有效增强红色光滑客体表面潜血手印, 反差极其明显, 可以作为光滑客体表面潜血手印增强试剂。

关键词：法庭科学,潜血手印,瓷砖,血迹亮红,增强

参考文献

[1]李德仲, 杨晟, 黄亮, 等.血手印显现的实验研究[J].刑事技术, 2002 (1) :7-9.

[2]杨纪伟, 刘粤霞, 郝克.1起杀人纵火案指纹提取及显现的几点体会[J].刑事技术, 2009 (1) :52-53.

[3]张向东, 李军, 刘晓.潜血手印四甲基联苯胺显现法的改进[J].河北公安警察职业学院学报, 2007 (4) :38-39.

表面增强 篇2

水稻白叶枯病菌生理小种在纳米银膜上的表面增强拉曼光谱初探

摘要：用硝酸银和聚乙烯醇混合溶液作为电解液,把载玻片放入电解液中,用银棒作为电极在直流电压下电解1 h,使载玻片在电解出的银胶中静置12 h后,取小晾干,即得制备的银膜.用便携式拉曼光谱仪测得在银膜上的白叶枯病菌7个生理小种的表而增强拉曼光谱(SERS).7个生理小种分别是1-YN1,2-YN7,3-YN11,4-GD4 14,5-SCYC6,6-HEN11,7-FWJ,7个生理小种的SERS谱在峰位及峰的相对强度上都有很多差别.这可用于生理小种的鉴别.因为银膜上的纳米银颗粒是银胶中银颗粒的.聚合体,这种聚合体大大缩小了纳米银之间的距离,从而产生了很强的电磁增强作用.电解法制备的银膜价格低廉,增强效果好,普通实验室便可以制备.此研究为快速、方便检测白叶枯病菌不间生理小种提出了一种新的方法,对白叶枯病的防治具有重要的意义.Abstract：The nano silver film was prepared by electrolysis method using silver nitrate and polyvinyl alcohol(PVA)in deionized water as the electrolyte,with four glass slides put in the electrolyte and two silver rods dipped into the electrolyte as the anode and cathode.A direct current was applied to the rods,then the four glass slides stayed in the silver colloids.Thus the authors got the nano silver film.Transmission electron microscopy(TEM)and scanning electron microscopy(SEM)were employed to detect the silver particles in the silver colloids and on the nano silver film.From the SEM we can see that the silver particles on the film formed different layers.In one layer,the distance between two particles was about 100 nm.The samples of Xanthomonas oryzae pv.Oryzae(Xoo)were 7 different kinds of bacterial blight,namely 1-YN1,2-YN7,3-YN11,4-GD414,5SCYC6,6-HEN11 and 7-FWJ.Because the silver particles in the colloids were aggregated on the film,there was large electromagnetic potentiation.So the SERS spectra of Xoo were perfect.The authors used the area analytical method to distinguish the different kinds of Xoo.The silver film prepared by electrolysis was cheap and active,the preparation time of the samples was short,and any normal chemistry lab can make it,which can find excellent application to detecting the Xoo in agriculture.On the other hand,this film is active on biomolecules and bioorganisrn,which may be a new kind of SERS fundus to explain the creation of the SERS.Further study was under way. 作者： 康颐璞[1]司民真[1]李清玉[2]黄琼[3]刘仁明[1] Author： KANG Yi-pu[1]SI Min-zhen[1]LI Qing-yu[2]HUANG Qiong[3]LIU Ren-ming[1] 作者单位： 楚雄师范学院物理与电子科学系,云南,楚雄,675000西南林学院基础部,云南,昆明,650224云南农业大学植保学院,云南,昆明,650201 期 刊： 光谱学与光谱分析 ISTICEISCIPKU Journal： SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS 年，卷(期)： ,30(2) 分类号： Q331 关键词： 白叶枯细菌 纳米银膜 电解法 SERS Keywords： Xoo Nano silver film Electrolysis method SERS 机标分类号： S51 S43 机标关键词： 水稻白叶枯病菌病菌生理小种纳米银颗粒银膜表面增强拉曼光谱Xanthomonas Oryzae pv.OryzaeSpectraSERSsilver filmscanning electron microscopyXanthomonas oryzae pv.Oryzaedifferent电解液polyvinyl alcoholanalytical methodbacterial blightsilver nitratedirect current电解法制备 基金项目： 国家自然科学基金，云南省基金

表面增强 篇3

纤维增强复合材料是一种新型的复合材料, 它具有许多优点, 比如质量较轻、抗腐蚀性较强、保温效果好等。较为常见的纤维增强复合材料包括玻璃纤维增强复合材料, 由于其各个方面具有的优势, 能充分满足极为恶劣条件下的工作需求, 还能充分满足现代建筑施工的要求。因此, 这种复合材料被运用到越来越多的领域。其主要产品以玻璃钢制品和铁氟龙制品为主, 占领了70%~80%的材料市场。作为新兴产业的代表者, 在这个提倡节能环保的社会中, 玻璃钢复合材料有着非常大的优势, 因为它不仅有着节能环保的特点, 比较符合现如今市场的需求, 且我国一直在发展基础设施的建设以及灾区重建等各项工程, 这都会带动该产业的迅速发展。

2 主要合成材料

玻璃纤维增强复合材料的主要合成材料分为玻璃纤维和合成树脂两种。玻璃纤维在其中起着极其重要的作用, 合成树脂起着辅助作用, 使其能有效融合。在玻璃纤维增强复合材料中, 玻璃纤维与树脂两种物质既是两个独立的个体, 也是不可分割的一个整体。只有玻璃纤维是无法合成完整的工程结构材料的。只有它们融合成一个完整的个体, 才能最大限度地发挥各自的作用。因此, 玻璃纤维增强复合材料是集玻璃纤维与树脂两种材料所有优点的一种新型复合材料, 它不仅能在普遍条件下提升产品的各项性能, 还能在高温条件下使用, 前景美好。

3 背景、现状及发展前景

3.1 背景和发现现状

经过尽20年的发展, 我国的玻璃纤维行业终于走上了正轨, 也使我国成为了玻璃纤维的生产强国, 在世界上也占据着较为重要的位置。但我们都知道, 要想开拓一个新行业, 是一件非常困难的事情。在发展初期, 常常会走入误区, 导致产品深加工发展严重停滞, 产品的竞争力大幅度下滑。2009年底, 我国的玻璃纤维也刚刚走过寒冬, 盼望着春天的到来, 但现实总是不尽如人意, 我们连连遭受了来自欧盟、印度等各国的反倾销诉讼, 这使我们的玻璃纤维行业的前景更加恶化。我国多年以来的玻璃纤维制品一直以无捻粗纱等初级产品作为主要方向, 明显的缺点是产业的竞争力不足。对此, 我们进行了必要的改革, 进行了全面的更新, 重点发展玻璃纤维制品加工行业, 扩大产品开发的应用的区域, 更加重视建设高品质的制品深加工体系。经过我们的不断努力, 获得了令人高兴的成绩, 积极地融入节能环保、新能源的新领域, 不断地向高层次的方向发展, 以便能更好地满足日益变化的市场需求。

冷却塔是我国最为普遍, 也是发展最好的应用玻璃钢材料的设备, 甚至已经接近国际水平。此产品应用到了很多领域, 比如石油、化工、供水、交通运输、运动以及游乐器材等。与许多国家相比, 我国虽然仍处于玻璃钢工业初级阶段, 但应用市场的开发空间较大。

3.2 玻璃纤维增强复核材料的发展前景

3.2.1 美国

美国的玻璃钢产量占全世界的40%, 最大的应用方向为陆上运输, 大约是总销量的1/3, 主要的用途就是用在汽车的车身板件以及发动机室的零部件等方面。建筑方面运用复合材料也占据了一定的地位, 建筑行业的飞速发展使玻璃纤维复合材料在淋浴室、住宅其他设备方面都有着较为广泛的应用。此外, 还应用在船舶领域, 比如应用在玻璃钢船、喷气艇等方面。

随着对复合材料的不断研究以及技术的不断更新, 人类对航空、通信等方面的研究越来越多, 对复合材料的需求也在不断增加。由此可见, 复合材料在航天航空方面会越来越受到重视。

3.2.2 德国

德国复合材料之所以能发展起来的大部分原因是其化学产业、汽车行业等的快速发展。我们都知道德国是一个生产名牌汽车的大国, 比如我们所熟知的奔驰、大众等知名品牌, 因此, 生产这些汽车所需要的前脸、车门、顶棚等许多部位都会采用复合材料, 因此, 复合材料在汽车行业的发展前景是非常可观的。

4 发展过程中存在的问题

在玻璃纤维增强复合材料应用的过程中, 也存在着许多问题, 尤其是在疏水性这一方面。纤维有一个明显的特点是在表面吸收水分之后会加速微裂纹的扩展, 机械性变差, 进而导致纤维的耐磨性、耐折性变差。因此, 我们对纤维的表面进行了疏水处理, 使其表面阻力变小, 这可有效提升城市输水系统的送水效率, 同时做到节能环保。此外, 我们对水上的运动器械也进行了合理的疏水处理, 使其的运动阻力变小, 有效提升了其各方面的运动效果, 使水上运动的发展前景变更加乐观。

5 改变性能的技术

5.1 添加氟化碳粒子

据研究表明, 氟化碳粒子有着非常高的分散性和粉末流动性, 且对水的接触角为140°。对于这种粒子, 我们可以用于复合材料的疏水、疏油等处理, 其是一种固体粉末, 即使在非常恶劣的条件下也能表现出非常优良的性能。但是这种物质也有一定的缺点, 即很难在其他材料上以一种稳定的形式分散, 所以, 可能不会完全发挥疏水性能。

5.2 低温等离子体处理

低温等离子体技术在近年来发展非常迅速, 其操作简单明了, 可以在常温条件下产生高速电子, 气体能发生许多不同的化学反应。因此, 其常用于复合材料的疏水性聚合物加工。这种方法是不会对材料本身的性能造成任何影响的, 因此, 许多科研人员都致力于研究低温等离子体技术。

在氟系气体在低温等离子表面的疏水处理方面和离子注入表面疏水处理方面, 我们常常运用四氟化碳作为非聚合气体, 经过一系列的处理可产生大量的氟原子。放电后, 各方面的疏水能力都得到了较为有效的优化, 1 min后就能实现接触角为110°, 且极其稳定。根据科学的测量发现, 这种情况发生原因是其表面上生成了多种疏水的离子基。但它也存在着一定的缺点, 因为这种反应属于气相反应, 这种反应的主要特点是反应较为复杂、反应不方便控制等, 还有待我们进行更加深入的研究和探讨。

在研究辉光放电等离子处理时, 使四氟乙烯在其表面沉淀, 并进行有效的连续处理, 间歇进行等离子处理。与连续处理的结果相比, 当DC大于10%时, 水的接触角也不会大于120°。然而, 当DC值较低时, 就能得到更好的疏水性能, 接触角甚至最大能达到165°。XPS分析显示, 当DC值变得较低时, 碳氟化率会变得更高, 导致这一现象出现的主要原因是二氟化碳的出现。图1为当DC值达到5%时超疏水膜材料的XPS谱线图。从图1中我们可以看出, 二氟化碳的强度比其他元素更强。图2中的IR图谱更加可以证明, 当DC值变得较小时, 碳碳双键明显有所减少, 等离子处理中分子发生了变化, 进而导致谱带发生了较大的改变。

6 张力玻璃纤维增强复合材料的原理

材料表面的疏水性能主要的影响因素在于材料的临界表面张力、水的接触角。表面张力越小或对水的接触角越大, 材料的疏水性能会越来越强。同时, 其他具有腐蚀性的液体也较难对此材料有所影响。因此, 临界表面张力和水的接触角都会对材料的各项性能造成较大的影响, 从而延长材料的使用时间。

实现疏水理想化状态的原理之一就是使复核材料形成具有低表面张力、有一定厚度的物质, 从而使复合材料具有较高的疏水能力。为了使复合材料表面的疏水性能变得更强, 必须增强其表面张力或增大其对水的接触角, 在不改变其本质的条件下, 在表面材料中加入含氟基因, 从而达到提升液体浸润性的目的。同时, 可提升材料的稳定性, 使其具有较高的疏水性。

碳氟表面的活性剂水溶液的表面张力最低可至15 m N/m。当它在溶液中的质量分数达到0.005 3~0.13时, 就能使水中的表面张力降至最低。然而, 一般碳氢表面的张力要想达到30 m N/m, 活性剂在溶液中的质量分数就需要控制在0.13左右。如图3和图4所示, 由于一系列的化学反应, 使固体表面的张力有所下降, 因此, 能更好地提升材料的疏水能力。

7 抗腐蚀性能方面的评价方法

如何正确使用玻璃纤维增强复合材料是人们一直所关注的问题, 延长其使用的寿命也是人们所期望的。因此, 依据测出玻璃纤维复合材料的耐腐蚀性, 然后进行较为明确的评价是极其重要的。有关这种测验的方法, 现在有许多种, 我们能运用这些方法测出玻璃纤维复合材料抗腐蚀性的具体数据。但因评价方法不具有统一性, 不同的使用者会给出各种各样的评价, 有时甚至相差十万八千里, 因此, 会导致在应用上出现一定的困难。我们可以依据试样及介质的变化数据进行直接评价, 这种试验评价的相关标准如表1所示。

8 结束语

随着如今社会各个行业的逐渐发展, 我国的玻璃纤维增强复合材料工业也获得了一定的发展, 在产品的种类、产量以及技术水平等各个方面都有了巨大的提升, 在我国的经济发展中起着极为重要的作用。近年来, 我国从其他各个国家先后引入了较多的先进设备, 装备水平大大提升了。笔者相信, 我国以后在复合材料这一方面的发展前景将会变得越来越好, 也将带动我国社会经济等方面的发展。

参考文献

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[5]姜润喜, 周洪梅, 韩克清.长玻纤增强PET复合材料的力学性能研究[J].塑料工业, 2005 (07) .

表面增强 篇4

新加坡科技研究院材料工程研究所日前宣布, 该院的研究团队利用黄金纳米阵列技术, 成功开发出一种适于商业应用的高性能表面增强拉曼光谱传感器。

据介绍, 这种新型传感器的效率非常高, 涂满100毫米直径的晶片或200光纤端头, 仅需要不超过10毫克的聚合物和100毫克的黄金纳米粒子。而聚合物和纳米粒子均可低成本大量生产。研究人员表示, 由于纳米阵列的形成过程完全是自组装过程, 因此该设备不需要专门的设备或特定的无尘室, 非常适于低成本商业化生产, 未来将在遥感监测危险废弃物等领域拥有广阔的应用前景。

表面增强 篇5

由于碳纤维增强复合材料具有相对密度小、比强度大、比模量高、热膨胀系数小、耐腐蚀等特点, 所以它既可作为结构材料承载负荷, 又可作为功能材料发挥其作用, 因此近年来发展十分迅速, 广泛应用在航空航天、汽车、化工、能源、交通、建筑、运动器材等领域。

但未经表面改性的碳纤维表面惰性大, 缺乏具有化学活性的官能团, 与基体树脂的浸润性及两相界面粘接性能差, 界面中存在较多的缺陷, 限制了碳纤维高性能的发挥。因此, 要对碳纤维进行表面改性, 强化碳纤维与基体树脂之间界面性能, 达到提高复合材料强度的目的。

目前碳纤维表面改性的方法很多, 国内外学者做了大量研究, 主要的方法有:表面涂层法、表面氧化法、电化学聚合法等。本研究在前人的研究基础上, 采用空气氧化法、液相氧化法和表面涂层法以及三者相结合的方法研究不同的表面改性工艺对碳纤维增强尼龙复合材料力学性能的影响。

实验部分

实验原料和设备

碳纤维 (T300) :中复神鹰碳纤维有限责任公司;尼龙6:中国神马集团有限责任公司;硬脂酸锌:常州德响玻璃钢复合材料有限公司;防纤维外漏剂:上海松亚化工有限公司;硝酸 (68%) :莱阳市康德化工有限公司。水性环氧:深圳天马化工有限公司;偶联剂:南京康普顿曙光有机硅化工有限公司;双螺杆挤出机 (SHJ-50) :南京杰恩特机电有限公司;高速混合机组 (SHR200) :张家港全速机械有限公司;注塑机 (MA6000/4000u) :宁波海天塑机集团有限公司;扫描电镜 (KYKY-2800B型) :北京中科科仪技术发展有限责任公司;电子万能试验机 (JDL-20k N) :扬州市天发试验机械有限公司;摆锤冲击实验机:扬州市天发试验机械有限公司;分析天平:上海越平科学仪器有限公司。

碳纤维表面改性处理

取一定量的碳纤维, 分别按以下方法进行表面处理:

(1) 水性环氧树脂涂层:将碳纤维置于2%水性环氧树脂溶液中, 常温浸润3min后, 取出烘干, 切成4~5mm长度的短切纤维, 记为试样A;

(2) 空气氧化+硝酸刻蚀:将碳纤维置于380~400℃马弗炉中, 保温60min后, 取出自然冷却, 然后浸润在68%的浓硝酸中, 煮沸60min, 然后取出用自来水、纯净水清洗多次, 最后烘干, 切成4~5mm长度的短切纤维, 记为试样B;

(3) 空气氧化+硝酸蚀刻+涂层:第一步, 将一定长度的碳纤维置于380~400℃的马弗炉中, 保温60min, 取出自然冷却;第二步, 将氧化后的碳纤维置于装有硝酸 (68%) 溶液的不锈钢容器中, 煮沸60min, 取出用自来水、纯净水清洗多次, 然后烘干;第三步, 将烘干后的碳纤维置于装有1~2%水性环氧树脂溶液中, 在常温下放置2min, 然后取出烘干, 切成4~5mm长度的短切纤维, 记为试样C;

(4) 空白对照组:未经表面改性处理的碳纤维, 切成4~5mm长度的短切纤维, 记为试样D。

碳纤维改性尼龙粒子及其复合材料样条的制备

将聚酰亚胺树脂 (尼龙6) 和适当的助剂 (硬脂酸锌、防纤维外漏剂、偶联剂等) 放入高混机中, 在80~110℃之间进行充分搅拌, 使各种原料混合均匀, 并将原料烘干 (含水率低于0.5%) , 然后通过输送装置进入双螺杆造粒机的主料斗中, 备用;将以上4种不同方式处理的碳纤维, 按10%的比例 (质量百分比) 依次放入造粒机的侧料斗中, 分别对尼龙6进行改性造粒;造粒过程中, 经过9个加热区加热熔融, 然后进行拉条、冷却、烘干、切粒、烘干、打包, 得到4种不同表面处理的碳纤维改性粒子;最后将这4种改性粒子分别放入注塑机中, 用专用的模具打出A组、B组、C组、D组4种标准力学测试试样条, 备用。

力学性能测试

参照GB/T1447-2005 (《纤维增强塑料拉伸性能实验方法》) 制备拉伸试样, 参照GB/T1449-2005 (《纤维增强塑料弯曲吸能试验方法》) 制备弯曲试样, 参照GB/T1451-2005 (《纤维增强塑料简支梁冲击韧性试验方法》) 。最后采用电子万能试验机 (JDL-20k N) , 对改性尼龙复合材料的力学性能的主要参数 (抗拉强度、抗弯强度、弹性模量、弯曲模量、冲击强度) 进行全面测试。

结果及分析

碳纤维改性尼龙复合材料表面形貌

图1显示了不同方法改性后碳纤维尼龙复合材料的表面电镜图。可以看出碳纤维表面与尼龙6树脂基体间的孔隙C<B<A<D, 即通过复合表面处理法处理过的碳纤维相比单一表面处理的碳纤维和未经处理的碳纤维与树脂基体结合更紧密, 界面间的孔隙最小。

力学性能分析

力学性能测试在电子万能试验机 (JDL-20k N) 进行。采用4种碳纤维试样制备的碳纤维改性尼龙复合材料的试样分别记为A、B、C、D。4种复合材料试样的力学性能参数如表1所示。

通过对复合材料塑料样条进行性能检测可以发现, A组和B组, 相较空白组D组综合性能有一定的提高;而C组综合性能最佳, 抗拉强度、弹性模量、抗弯强度相对于空白对照组D组提升了30%左右, 抗弯强度提升了25%左右。力学性能的对比与电子显微镜表征的界面效果相吻合。

结语

表面增强 篇6

随着纳米科学技术的发展,表面等离子体光子学这一学科已经包含了非常广泛的研究内容,如表面光电场增强、表面增强光谱、增强拉曼散射、光透射增强、表面等离子体纳米波导、光学力增强、表面等离子体光催化、表面增强的能量转移及选择性光吸收等。这些研究,不但发现了许多新现象并提出许多新问题,也展示出了巨大的应用前景,有望为纳米表征技术和以其为基础的传感器技术提供新原理和新方法,进而发展为具有超高检测灵敏度的新型表面等离子体和表面增强光谱传感器[1]。因此,加强表面等离子体激元共振方面的理论及其物理方面的研究工作,对于提高科技竞争力有十分积极的作用。

1表面等离子体共振

当光波入射到金属与介质分界面时,金属表面的自由电子发生集体振荡,光波与金属表面的自由电子耦合而形成一种沿着金属表面传播的近场电磁波,如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致,就会产生共振,在共振状态下电磁场的能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体振动能,这时就形成了一种特殊的电磁模式:电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生增强,这种现象被称为表面等离子体共振现象。通常利用光波照射三棱镜的方法来产生表面等离子体共振,当入射光的角度合适时,光波便可以在分界面处发生全反射, 这时在界面的另一端就会出现半个波长的倏逝波。 这个倏逝波会激发金属表面的自由电子产生表面等离子体激元[2]。当光波的频率与等离子体激元的频率和波数吻合时,便可激发表面等离子共振,入射光波强度急剧衰减,在探测器中显示为共振吸收峰。这里之所以要用棱镜产生的倏逝波,是因为要激发表面等离子体共振,必须要使表面等离子体共振和入射光波的频率和波矢同时相等,这时二者将发生能量耦合,发生共振。

产生表面等离子体激元的界面如图1所示。由一个厚度为d,介电常数为ε1的金属薄膜夹在介电常数分别为ε0和ε2的两介质之间构成。其电场可以表示为

根据麦克斯韦方程组及边界条件,对于金属表面(ε1= ε'1+ iε'1'),可得色散关系如下

其中,kzi(i=1,2)为垂直于两介质交界面的波矢;kx为平行于两介质交界面的波矢。如图1所示金属夹在介电常数为 ε0和 ε2的两种介质之间,因此kz1和kz2均为虚数,因此可以得到

其中,kp和ωp分别为等离子体激元的波矢和角频率。以ω/ωp和kx/kp作图,可得到如图2所示的表面等离子体色散曲线。由式(5)可得表面等离子体振荡模式为

2利用FDTD模拟场增强效应

时域有限差分(FDTD)方法是1966年K S Yee提出的,对麦克斯韦方程作差分处理,来解决电磁脉冲在电磁介质中传播和反射问题[12]。文中采用时域有限差分(FDTD)方法分别模拟了Bow-tie纳米结构和双Bow-tie纳米结构的场增强效应及其产生的物理机制。

目前存在有多种样式的纳米结构,如“#”形、球形、矩形、梯形结构等。文中则是以目前较为关注的Bow-tie纳米结构为基础,进行了相应的模拟实验。Bow-tie纳米结构如图3所示。其参数设置为: 高h=175 mm,顶角θ=30°,厚度z=50 nm。模拟过程中采用面光源,波长范围为790~810 nm,脉冲持续时间为5.126 4 fs,脉冲峰值时间延迟14.468 fs,边界选择完美边界匹配层,monitor选择默认设置。Bowtie纳米结构的FDTD模拟结果如图4所示。

图4这三幅图 分别来自 于不同位 置的三个monitor。 它们各自 的坐标分 别为z1=25 nm,z2=0 nm,z3= - 25 nm,即这三个monitor分别位于Bow-tie的上表面、中间和下表面。从图4中可以看出,在Bow-tie的不同位置处的场增强效果并不相同,中间区域处的场增强了102.6倍,而上、下表面的场增强分别为103.2倍和103.3倍。对于这种现象,可能的解释是电子的趋肤效应使大多数的电子集中于金属的上下表面,从而使这两部分的增强效果要强于中间。同时需要明确的是,这些强度分布图并不是某一时刻的强度分布,而是在总的模拟时间内场强的平均值。

为了进一步研究Bow-tie结构的尖端电荷积聚效应,进行了理论假设:当入射光源为电场方向平行于x轴的飞秒激光源,照射Bow-tie纳米结构时,会产生如图5所示的电荷分布。

为了验证这一猜想,设计了双Bow-tie纳米结构,并预测在单光源照射下和双光源照射下会有不同的结果,分别如图6a和图6b所示。由于飞秒激光源的电场方向随着时间变化,因此,在设置光源时使得第一个光源的电场方向沿x轴正向,第二个光源电场方向沿y轴负方向。

如图6a所示的四个区域(一、二、三、四),由电荷的分布情况可以看出,四个区域中不会出现一个或几个强于其他区域的特殊区域。而在图6b所示的四个区域内,场增强区域应该集中在一和三两个区域中。

图7a对应的是单光源照射双Bow-tie结构时的FDTD模拟场强示意图。从图中可以清楚的看出, 模拟结果与图6a示的预测结果吻合,即没有特殊的增强区域。图7b所示为双光源照射双Bow-tie结构时的FDTD模拟场强示意图。从图中可以看出, 模拟结果与图6 b所示的预测结果完全吻合,即在一、三区域内出现了高于二、四区域的特殊的场增强。

综上所述,可以证实,当飞秒激光照射双Bow-tie结构时,在双Bow-tie结构的尖端部位确实也存在着电荷的大量聚集,这些电荷的聚集对场增强有一定的作用。而这种尖端效应在场增强中有多大的作用,将在后面的试验中予以模拟验证。

3尖端效应对场增强的作用

为了验证在没有尖端效应的情况下,纳米结构在飞秒激光的照射下能否产生场增强,文中以矩形纳米结构为基础,在飞秒激光的照射下矩形纳米结构的电荷分布如图8所示。在飞秒激光照射下,电荷向两边平行于z轴的表面汇聚,此时在A、B两表面之间会形成与入射电场方向E相同的电场E''。 由于外部电场的影响,在每个矩形纳米结构内部会形成与入射光源电场方向相反的电场E',并且在无其他作用的影响下,会有如下关系式

由此可以清楚地看出,E''< E,也就是说,并不能产生场增强。

然而,从模拟结果中可以清楚地看出,在A、B两表面之间存在着相对于入射光有增强的电场,模拟结果如图9所示。把图9与图4b相比较(图9是monitor位于矩形的中间,与图4b设置一致)可以清楚地看出,在没有尖端效应的作用下,场强提高有所减小,下降了10倍以上。因此可以看出,尖端效应在提高场强上有重要的作用。

改变矩形纳米结构的各项参数,其中a为矩形在z轴方向的厚度,m1、m2、m3分别为monitor位于矩形纳米结构的上表面、中间和下表面,场增强模拟结果如表1所示。

由电磁学中的场强度公式[13]可知,当改变两矩形之间的间距时,场增强效果也不同,即

其中,r为电荷与场点之间的距离;r̂表示方向。场强度表现为距离电荷越近,场强度E越大。 但是模拟发现,一味地减小两矩形之间的间距并不能使场增强幅度有明显提高。如表2所示。对于这种现象,可能的解释是电场耦合率的改变。即只有在金属结构之间的距离合适时,才能使两个面产生的电场有最大限度的耦合率。

4结论

表面增强 篇7

1 资料与方法

1. 1 一般资料

对在我院治疗的31 例患者资料进行分析, 将其设置为实验组, 其中男21 例, 女10 例, 年龄35 ~ 68岁, 平均 ( 46 ± 0. 8) 岁, 患者从发病到入院治疗时间为1. 1 ~ 5. 9 月, 平均病程为 ( 3. 2 ± 1. 1) 月; 选择同期医院的31 例正常患者作为对照组, 男27 例, 女11 例, 年龄38 ~ 67 岁, 平均 ( 45 ± 1. 3 ) 岁。实验组患者对治疗方案、护理措施等有知情权, 患者年龄、病程等差异不显著 ( P > 0. 05) , 具有可比性。

1. 2 方法

入选患者均给予常规方法检查, 采用主成分分析和线性判别分析方采用表面增强拉曼光谱技术进行分析, 具体如下: ( 1) 材料准备。采用上海国药集团化学试剂有限公司产生的氯金酸、柠檬酸三那, 采用质量法对混合统计以及溶液进行调配, 实验中所使用的天平误差为是万分之一。 ( 2) 金胶的调配。检查时利用柠檬酸盐还原氯金酸法进行配制, 调配方法参照相关操作步骤进行。研究中最终获得的金胶吸收峰为525mm, 金那木离子的平均粒径为 ( 34± 5 ) nm, 然后在离心速度为15000r / min下进行10min离心, 并将下层浓缩的金胶进行避光保存[3]。 ( 3) 样品的准备和收集。取口腔癌患者以及健康者组织样品直径为5 ~ 10mm组织块。所有样品均采用生理盐水进行清洗, 并保存在- 80℃条件下, 将其制成厚度为25im的冰冻切片, 放置在高纯度铝片上。 ( 3) 将2μL经过离心浓缩在金胶均匀的滴在组织表面, 1min后进行测量, SERS光谱的测量范围为400 ~ 1650cm- 1, 设置相关参数, 如: 激光波长785nm, 显微镜头为20 倍物镜, 曝光时间控制在10s, 曝光2 次[4]。

1. 3 统计学方法

采用SPSS16. 0 软件进行分析, 计数资料进行 χ2检验; 计量资料行t检验, 采用 ( 均数 ± 方差) 表示, P < 0. 05 为差异具有统计学意义。

2 结果

本研究中, 光谱的测量范围400 ~ 1750cm- 1波数。且和没有加入胶体组织样本常规拉曼光谱信号相比能够明显的观察谱峰, 并且则会增强谱峰强度, 实验结果显示: 金胶与肿瘤病理组织之间具有较强的作用, 见图1。

本研究中, 31 例正正常者口腔组织和口腔癌组织SERS光谱及其标准差具有较大的相似性和其他光谱峰强度差异显著 ( P < 0. 05) , 见图2。

3 讨论

口腔癌是临床上常见疾病, 这种疾病发病率较高, 且随着人们生活节奏的加快其发病率出现上升趋势, 影响患者生活质量。目前, 对于口腔癌诊断方法相对较多, 常规诊断方法诊断率虽然较高, 但是误诊率或漏诊率也较高, 对患者最佳治疗等产生很大的影响临。因此, 临床研究积极有效的口腔癌诊断方法具有重要意义[5]。

近年来, 表面增强拉曼光谱技术在口腔癌诊断中广为使用, 且效果理想, 本次研究中, 光谱的测量范围400 ~ 1750cm- 1波数。对比未加入胶体的组织样本常规拉曼光谱信号, SERS光谱中可以观察明显谱峰, 谱峰强度也有显著增强。由此说明: 金胶与组织之间有着强烈的相互作用。研究中采用金纳米为增强基底的组织SERS光谱结合PCA - LDA多元统计分析算法进行口腔癌组织的检测和诊断研究, 实验结果显示: 正常组织和口腔癌组织在SERS光谱上存在一定的差异, 并且诊断灵敏度和特异性也相对比较高。且口腔癌组织在发生和发展过程中生物分子变化明显[6]。如: 和正常组织样本相比, 癌组织中蛋白质结构发生明显的变化, 磷脂质的相对含量将出现明显的降低, 并且组织内的氨基化合物和组蛋白等含量将出现上升趋势。同时, 临床上利用表面增强拉曼光谱技术联合PCA - LDA多元技术能够区分, 提高口腔癌确诊率。但是, 临床上采用表面增强拉曼光谱技术时对设备等要求相对较高, 对医师的专业技能等要求也比较高, 这些均需要进一步研究和探讨, 从而为临床应用提供更加准确、可靠的信息[7]。本次研究中, 31 例正正常者口腔组织和口腔癌组织SERS光谱及其标准差具有较大的相似性和其他光谱峰强度差异显著 ( P < 0. 05) 。Culha和Vo - Dinh等人进行了一次实验, 实验中发展了一系列利用SERS基因探针对口腔癌患者基因BRCA1 和抗凋亡基因BAX的检测方法, 这种检测方法和其他检测方法相比优势较多, 它通常是将拉曼活性分子和寡核苷酸链结合形成拉曼检测探针, 并采用这个探针和目标链进行杂交, 从而将信号分析转移到金属基底表明并且能够产生SERS信号, 从而能够对目标链实现检测。此外, Cao等人进行了一次实验, 实验中将6 种拉曼活性标志物到6 中不同的寡核苷酸链上, 并且和直径控制在13nm的金纳米粒子结合得到核酸探针, 并且将这个探针和目标链在芯片上进行一定时间内的杂交, 然后采用银染的方法对信号进行增强, 从而能够实验核酸的多组分检测, 实验结果显示: 采用表面增强拉曼光检测最低极限能够达到20f M。根据相关研究结果显示: 针对口腔癌的致病基因设计的一段发卡形的分子新表, 然后在其两端修饰巯基和拉曼活性物分子并将其固定在银纳米粒子表面, 当目标DNA和分子新表结合后可以实现不同基因的灵敏检测[8]。综上所述, 口腔癌患者在进行口腔癌病理分析时采用表面增强拉曼光谱技术效果理想, 能够提高临床确诊率, 值得推广使用。

参考文献

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表面增强 篇8

关键词：Ag/AgCl/GO复合薄膜,提拉法,拉曼增强,可见光催化

石墨烯(GE)具有完美的六角形晶格,较高的机械强度,较好的稳定性,较大的比表面积等[1],这导致石墨烯基复合材料也将具有优异的性能和潜在的应用价值[2]。最近发现石墨烯及石墨烯衍生物氧化石墨烯(GO)具有表面增强拉曼散射性能(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)[3,4,5,6,7],其增强机制被认为是化学增强机制(Chemical Mechanism,CM)。贵金属(Ag、Au、Pt)以及过渡金属(Pd、Ru、Rh、Fe、Ni等)也具有表面增强拉曼效应,其增强机制被认为是电磁增强机制(Electromagnetic Mechanism)。研究者们将二者的SERS机制协同起来,制备了具有优异性能的SERS基底材料,如Pt/GO复合材料、Au/GO复合材料、Ag/GO复合材料等。但是这些复合材料作SERS基底材料具有一定的局限性,如不能实现基底材料的重复利用,基底材料的研究还大部分停留在粉体上等。为解决上述问题,本研究在原有的Ag/GO[8]体系中引入AgCl,制备Ag/AgCl/GO复合薄膜,并对Ag/AgCl/GO复合薄膜的SERS性能和光催化性能进行了考察。

1 实验部分

1.1 试剂

硝酸银(分析纯),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA,20%水溶液),Sigma-Aldrich公司;硼氢化钠(分析纯),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;H2SO4(分析纯),成都市科龙化工试剂厂;H2O2(分析纯),上海中试化工总公司;NH3·H2O(分析纯),扬州沪宝化学试剂有限公司;硅烷乙醇(分析纯),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;无水乙醇(分析纯),国药集团化学试剂有限公司;去离子水,自制;GO,自制。

1.2 GO水溶液的制备

称取10mg GO粉体分散在100mL去离子水中,磁力搅拌1h,超声2h至均分散。将均分散的GO水溶液密封保存备用。

1.3 小颗粒尺寸Ag溶胶的制备

将5mL浓度为6mg/mL的硝酸银水溶液逐滴加入到30mL浓度为10mg/mL的PDDA水溶液中,室温下磁力搅拌至均匀。再将该混合液逐滴加入到新制的10mL浓度为2.76mg/mL的硼氢化钠水溶液中,室温下磁力搅拌24h,离心水洗3次后再将其溶于20mL去离子水后获得Ag溶胶,并置于棕色试剂瓶中阴暗处保存备用。

1.4 AgCl溶胶的制备

将2400mg PDDA加入到60mL浓度为0.6mg/mL的硝酸银水溶液中,磁力搅拌至均匀。再将上述溶液分为3份,分别放在3个水热釜中,140℃保温12h后降至室温。离心水洗3次后,再将其溶于20mL去离子水后获得AgCl溶胶,并置于棕色试剂瓶中阴暗处保存备用。

1.5 石英基片预处理及表面氨基质子化

用洗洁精清洗石英基片,再用含有乙醇的碱溶液浸渍24h,然后将上述基片放置于体积比为3∶1的H2SO4/H2O2混合液中浸泡40min,再浸入体积比为1∶1∶5的NH3·H2O/H2O2/H2O混合溶液中,水浴温度60℃,加热20min,用大量的去离子水超声清洗,氮气吹干待用。

配制体积浓度为2%的硅烷乙醇溶液,溶液混合均匀后,放入上述预处理好的石英基片浸渍2.5h。取出基片,用无水乙醇冲洗干净,吸耳球吹干后,放入pH=3的盐酸中浸渍10min,用氮气吹干,即获得经氨基质子化使表面带有正电荷的石英基片。

1.6 Ag/AgCl/GO复合薄膜的制备

将质子化石英基片分别依次浸于GO水溶液、Ag溶胶、AgCl溶胶中各10min后匀速提拉取出,此为1次循环,循环2次即制备得到Ag/AgCl/GO复合薄膜。

1.7 SERS样品的制备

SERS样品的制备见参考文献[9]。

1.8 测试及表征

采用X射线衍射仪(XRD,D/Max 2500型,日本理学)测定样品的物相组成,连续扫描,扫描范围为10~80°;采用扫描电子显微镜(SEM,JEOL-6460型,日本电子)对获得样品进行表面形貌分析;样品的光催化实验在普通白炽灯(40W)光照下进行;采用可见分光光度计(722S型,上海天翔)测试样品的吸光度;采用激光拉曼光谱仪(DXR型,美国Thermo)对样品进行拉曼光谱分析,激光波长532nm,输出功率1mW,光斑面积2.1μm2。

2 结果与讨论

2.1 样品的XRD分析

图1为Ag/AgCl/GO复合薄膜的XRD谱图。将特征衍射峰与标准卡片(JCPDS card 44-0617)对照,可知主要物相为氧化石墨烯、银、氯化银。鳞片石墨衍射角在26.5°附近出现衍射峰,对应于C(002)晶面,由布拉格公式可知晶面间距d(002)=0.33nm[10]。衍射角在20.0°附近出现一个非晶态的漫散射峰,对应于氧化石墨烯的C(002)晶面,晶面间距d=0.70nm。石墨(002)峰衍射角从26.5°移动到20.0°,此现象与文献报道相符[11,12]。这是氧基官能团的插入使得石墨片层间距扩大造成的。衍射角在31.2°对应氯化银的(200)晶面,41.0°对应于单质银的(200)晶面。标准的XRD图谱应包含银、氯化银的多个衍射峰,但由于本研究制备的是薄膜材料,薄膜较薄或厚度不是很均匀,基底上负载银、氯化银的量较少,导致衍射强度较小,未出现其他的衍射峰,但出现的特征峰已经可以证明薄膜上银、氯化银的存在。表明成功制备了Ag/AgCl/GO复合薄膜。

2.2 样品的微观结构和形貌分析

图2为Ag溶胶和Ag/AgCl/GO复合薄膜的SEM谱图。图2(a)为Ag溶胶的SEM谱图,从中可以看出,纯的纳米Ag粒子的粒径分布较为均匀,粒子直径约为30~40nm。图2(b)和图2(c)分别为Ag/AgCl/GO复合薄膜的低倍和高倍SEM谱图。从图整体可以明显的看到GO在电镜下的褶皱形貌,由于静电吸附作用,使得Ag、AgCl纳米粒子比较均匀地附着在GO片层上。图中有明显的两相存在,均呈类球状,且小颗粒的粒径尺寸与图2(a)中的一致,推断在图2(b)和图2(c)中的大颗粒应为AgCl纳米粒子,小颗粒为Ag纳米粒子,而且从高倍的SEM图中可以看出纳米粒子表面较光滑、颗粒分布均匀且致密。

[(a)Ag溶胶的SEM谱图;(b)Ag/AgCl/GO复合薄膜低倍SEM谱图;(c)Ag/AgCl/GO复合薄膜高倍SEM谱图]

2.3 Ag/AgCl/GO复合薄膜的SERS性能及自清洁性能

选择R6G作为目标分子来探测样品的SERS性能,其拉曼光谱见图3。对照选用浓度为0.02mol/L的R6G乙醇溶液作为标准溶液检测了其拉曼光谱[见图3(a)]。从图可以看出R6G的各个特征振动峰的强度均较弱,且出现了一定程度的荧光效应。但是,当浓度为1×10-5mol/L的低浓度R6G吸附在Ag/AgCl/GO复合薄膜上后其各个特征振动峰的强度均明显增强,且荧光效应消失,见图3(b)。

[(a)R6G的拉曼光谱图;(b)吸附在Ag/AgCl/GO复合薄膜上的R6GSERS光谱图;(c)光照12h后的Ag/AgCl/GO复合薄膜的拉曼光谱图]

其中612cm-1对应的是C—C—C环的面内弯曲振动模式;774cm-1对应的是C—H键的面外弯曲振动模式;1129cm-1和1185cm-1均对应于C—H键面内弯曲振动模式;1311cm-1和1574cm-1对应于N—H键的面内弯曲振动模式;1362cm-1,1507cm-1和1649cm-1均对应于C—C的伸缩振动模式。为了量化说明样品对R6G分子SERS性能的强弱程度,计算了拉曼增强因子(EF value),以浓度为0.02mol/L R6G的拉曼光谱的标准谱图计算在612cm-1处的EF值高达1.01×106,具体计算方法参见文献[13,14],证明所制备的Ag/AgCl/GO复合薄膜具有很好的SERS性能。

为了检测复合薄膜的光催化性能,将上述吸附了目标分子的Ag/AgCl/GO复合薄膜在可见光(白炽灯,40W)下照射,并用紫外分光光度计实时检测其在R6G分子特征吸收波长(532nm)[15]处的吸光度。分别测其在0min、10min、30min、1h、3h、6h、12h的吸光度,其变化趋势见图4。从图4中可以看出,随光照时间的延长,R6G吸光度不断减小,12h后的降解率为86.42%,Ag/AgCl/GO复合薄膜具有较强的光催化降解性能,实现了Ag/AgCl/GO基底在拉曼探测过程中的重复利用。

光催化试验后,对经过光催化降解后的基片再次进行了拉曼测试,结果见图3(c)。由图可以看出,经光催化降解后图谱中,R6G特征振动峰几乎全部消失,仅在1351cm-1处出现了一个D峰,这是由k点声子的A1g对称模式产生的;在1598cm-1处出现了一个G峰,是由C中的sp2杂化电子E2g对称的双退化声子模式产生的[16,17]。结果表明,通过引入AgCl成功赋予了复合薄膜光催化特性,并且AgCl成功引入并未影响复合薄膜的SERS性能。

2.4 Ag/AgCl/GO复合薄膜的重复利用性能

图5为Ag/AgCl/GO复合薄膜重复利用的SERS谱图。从图中可以看出,随着循环次数的增加,R6G的特征振动峰依然很明显,但是强度略有下降,这说明SERS性能也在下降。计算了1次循环、3次循环和5次循环后612cm-1处的EF拉曼增强因子,分别为7.47×105、5.46×105和3.07×105。从数值上也可以看出复合薄膜SERS性能略有下降,但依然有较强的SERS效应。性能下降的原因可能是单质银在循环过程中被部分氧化或脱落而造成的。

3 结论