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论纳米材料在化工生产中的应用3000字_工学论文范文
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论纳米材料在化工生产中的应用3000字_工学论文范文
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题名: 基于机械力与电场的AFM纳米操作/加工研究;
Research on Mechanical Force and Electric Field Assisted AFM Nanomanipulation/Nanofabrication
学位类别: 博士
授予单位: 中国科学院沈阳自动化研究所
授予地点: 沈阳自动化研究所
其他题名: Research on Mechanical Force and Electric Field Assisted AFM Nanomanipulation/Nanofabrication
中文摘要: 纳米技术是在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的新兴科学技术。纳米加工技术是对纳米技术的重要应用，它使人类在纳米尺度上进行结构和器件的制造成为可能。基于原子力显微镜(AFM)的纳米加工是近20年来发展的技术，由于AFM具有许多新颖的技术特点(如高分辨率，可操控等)，因而基于AFM的纳米加工技术成为纳米科学研究的新热点。
本论文以纳米制造为背景，围绕基于AFM的纳米加工技术所涉及的科学问题，重点开展了基于机械力的AFM纳米操作和基于电场的AFM纳米加工的理论方法和实现技术研究。在这些研究的基础上，开展了基于纳观机械力的刻划、纳米颗粒的排列、碳纳米管的装配实验研究，开展了基于微观电场的氧化点、氧化线、氧化文字的加工实验研究，以及微观电场氧化切割、焊接加工方法的研究。
本文的主要内容包括：交互式纳米操作系统的构建，基于机械力的AFM纳米操作研究，基于电场的AFM纳米加工研究，基于机械力与电场的AFM纳米操作/加工实验研究。具体如下：
在商用AFM的基础上，研究并搭建了具有力觉与视觉反馈的交互式纳米操作系统。通过该系统操作者可以实时感觉到操作中作用在AFM针尖的纳观力并控制针尖的运动，还可以实时观察到模拟出的针尖操作过程，因而显著提高了纳米操作的直观性、可靠性及效率。
在基于机械力的AFM纳米操作研究方面，为了理解纳观环境下普遍存在的黏附力特性，对AFM的力曲线进行了分析并给出了详细解释；通过研究探针悬臂的形变，提出了探针所受三维作用力的建模方法，以此模型获得了操作中的纳观力信息；基于多刚体动力学理论提出了碳纳米管的二连杆动力学建模方法，并对碳纳米管在操作中的弯曲特性进行了仿真分析。这些研究为基于机械力的AFM纳米操作提供了理论指导。
在基于电场的AFM纳米加工方面，研究了微观电场在样本表面的分布，建立了电场氧化加工中电场分布模型，以此模型分析了氧化物特性与电场分布的关系；对氧化加工中氧化物生长过程进行了动力学分析，得到了氧化物生长的理论模型；系统地研究了氧化加工中各因素(偏压，加工速度，针尖－样本距离等)对氧化结构生成的影响，总结了氧化物的生成与各因素的关系，验证了理论分析的结果，提高了电场氧化加工的重复性及可控性。这些研究为基于电场的AFM纳米加工提供了理论及实验依据。
在基于机械力与电场的AFM纳米操作/加工理论研究的基础上，进行了相关的实验研究。通过基于机械力的AFM纳米操作方法实现了在样本表面刻划文字，纳米颗粒的排列，碳纳米管的操作及装配；通过基于电场的AFM纳米加工方法实现了在样本表面加工氧化点，氧化线及氧化文字等纳米结构。利用电场氧化加工方法还实现了对碳纳米管的定点切割与焊接，拓展了AFM纳米加工的应用领域。这些实验研究验证了系统的操作及装配性能，证明了电场加工的有效性及具有潜在的应用前景。
本文的研究工作为制造纳米结构、纳米器件提供了一条可行的技术途径，对AFM纳米加工技术的进一步发展具有一定的理论参考及实践指导意义。
语种: 中文
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基于机械力与电场的AFM纳米操作/加工研究.焦念东[d].中国科学院沈阳自动化研究所,
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&近日，中科院长春光机所曲松楠研究员课题组首次研制出高载负量、高荧光亮度的碳纳米点@复合凝胶。下面就随电源管理小编一起来了解一下相关内容吧。首次通过凝胶实现高浓度碳点发光记者了解到，该工作利用碳纳米点表面羟基官能团引发正硅酸乙酯水解，在碳纳米点表面原位包覆二氧化硅。在高浓度的碳纳米点乙醇溶液中，实现具有高载负量、高荧光亮度的碳纳米点@二氧化硅复合凝胶，并可进一步获得荧光效率高达41%的干凝胶粉体材料，在开发基于碳纳米点的发光器件领域具有重要的。中科院长春光机所曲松楠研究员对记者说，“固体应用的重要参数是亮度，要求高的发光中心浓度。现有的碳点固态发光材料都是低浓度的碳点掺杂，即发光中心浓度低，碳点高浓度就发生荧光淬灭。我们是基于凝胶的特点，让碳点在高浓度与二氧化硅原位复合形成凝胶，解决了碳点高度下的荧光淬灭问题，首次实现了碳点高掺杂浓度下高荧光量子效率的发光，离应用更进一步。”据悉，发光碳基纳米点是近几年发展起来的新型碳基纳米发光材料。大量研究表明其具有无毒、生物相容性好、制备简单、光稳定性好等诸多优点，进而引起国际上的广泛关注，被认为是可能改变未来世界的八种发光新材料技术之一，其在生物成像、传感、催化、激光、及照明等领域具有潜在的应用。攻克碳纳米点固态荧光淬灭的难题记者了解到，基于碳纳米点的固态发光材料发展遇到瓶颈，主要问题是碳纳米点在固态时存在严重的因聚集引起荧光淬灭。“当提高碳纳米点载负量时，荧光量子效率却会大幅降低，不能应用于高亮度的照明器件。”因此，如何在高载负量的碳纳米点体系下实现高的荧光量子效率，进而实现高亮度的发光，成为碳纳米点在发光器件中应用的关键。不同浓度的碳纳米点与二氧化硅形成复合材料的制备过程示意图应用于照明光源(LEDs)制备白光LEDs据了解，该碳纳米点@二氧化硅复合干凝胶粉末荧光量子效率高达41%，实现高载负量、高荧光量子效率复合材料的合成。同时，这种制备方法也适用于表面同样具有丰富羟基的蓝光碳纳米点，进而得到高荧光亮度的蓝光碳纳米点@二氧化硅复合凝胶。基于高载负量以及强荧光性质，该复合材料可以作为颜色转换层应用于发光二极管照明光源(LEDs)中，制备出白光LEDs，有望成为新一类的高效固态发光照明材料。&新型发光材料在长春诞生 可能改变未来照明世界碳纳米点@二氧化硅复合凝胶的(a1和a3)室光及(a2和a4)紫外光下照片。(b)冻干后所得干凝胶的荧光发射光谱及(c)紫外光下照片。干凝胶的(d)扫描与(e)透射电镜照片超级碳纳米点可用于“喷水打印”记者还了解到，发光碳纳米点实际上还有很多其他方面的应用。曲松楠说，“光机所研制出的基于”超级碳纳米点“的水触发”纳米荧光炸弹“是由部分烷基链修饰的碳纳米点在甲苯中自组装而成的，这将应用于'喷水打印'技术上。”喷水打印后的文字在紫外光照射下的效果曲松楠研究员向记者简单地解释了“喷水打印”的原理，即用特殊的方法将碳纳米点聚集并与纸张复合，聚集后的碳纳米点荧光会淬灭，所以复合纸上只能表现出特别弱的荧光，而“喷水打印”后，超级碳纳米点遇水后会分解成小尺寸的碳纳米点，增强了荧光发光强度。而且这个过程是不可逆的，即使是水干后发光信息仍会保留在复合纸上。新型发光材料在长春诞生 可能改变未来照明世界指纹”的高强加密据悉，发光碳纳米点在个人信息的加密方向还有应用，平时人们习惯将指纹上的纹路作为个人信息的辨识点，但是实际上，目前指纹的仿造其实是很容易的，但是手指上还有一种十分难以仿造的是指纹汗孔，由于汗液主要是水的成分，和喷水打印一样的原理，在复合纸上按压手指，就可以快速并且精准的采集指纹上汗孔的分布图，这在个人指纹上更安全更可靠。据了解，这项技术还可以通过了解人体汗液分布情况进而诊断个人健康。以上是关于电源管理中-新型发光材料在长春诞生 可能改变未来照明世界的相关介绍，如果想要了解更多相关信息，请多多关注，eeworld工程将给大家提供更全、更详细、更新的资讯信息。
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&p&(三)阅读下面的文字.完成23-28题. 什么是纳米技术 纳米是个长度单位.1纳米是1米的10亿分之一.一根头发直径的7万分之一.体积小的原子.比如氢原子.其直径大均走0·1纳米.当物质的外形尺寸到0·1纳米至l00纳米的范围之内时.许多物质的自然属性就会发生很大变化.比如黄全的粉末颗粒细小到纳米级时.成色会变成黑色;把铜制成纳米的粉末再压成块状.其导热速度是原来的5倍.一些物质.制成厚度为纳米尺度的超薄度后.导电性能发生剧变.有的半导体成了 导体.有的导体变成了绝缘性.一些材料制成纳米级的超薄度后吸收光的能力提高数倍¨ 研究这些现象内在机理的科学是纳米科学.而在纳米科学的基础之上开发其可利用性为人类造福的学科领域即为纳米技术. 纳米科技的兴盛始于20世纪90年代.1990这一年.首届国际纳米技术会议在美国召开.杂志创刊.一些工业强国政府首脑也表态.加大对这一领域科研.技术开发的支持力度.但是.纳米技术的兴起不是突发事件.这一学科是在物理.化学.材料科技.微电子技术.机电技术.生物.医学等等学科的基础之上发展起来的.比如在物理学领域.相关的学科以前被称为“原子操作 .而纳米技术的应用前景.又涵盖了物理.化学.材料.生物工程.信息.航空航天.医药等等传统学科和高新技术的广泛领域.专家们一致认为.纳米技术显然有诱人的商业开发价值.会广泛地应用到与人类衣.食.住.行相关的各领域.但是大规模的实用开发恐怕还要等上一二十年.近一段时间.媒体对于纳米技术大张旗鼓地宣传.引起社会各界的广泛关注.这些都应试说是好事.纳米技术肯定是前景十分看好.极有价值的一个重要科技领域.政府和社会都应该给予应有的重视和支持.许多从事实用技术开发的单位和个人向这个方向努力.不同程度地取得了进展.在这个过程中不断有成果获得.比如玻璃配料中加入了某些超细粉末添加剂.解决了啤酒瓶子爆炸的问题;比如在洗衣机内加了一层超细颗粒材料的涂层.保护零部件.起到了一定杀菌作用.这些都是好事.都应该说是科技进展.但那种材料是不是细小到颗粒尺寸在100纳米以下.不太好说.一台洗衣机.从设计到制造.涉及到机电.控制.材料等多个学科.加了个涂层.其技术含量占到多大比例.就做到“纳米洗衣机 合适不合适.也不好说.公众缺乏独立思考能力.对新兴科技学科产生了盲目性也不属于伪科学.当然.把内衣织得厚一点.加上一层高分子材料.然后谎称是采用了纳米技术.这种情况已被技术监督部门查处.那是另外一回事. 纳米是长度计量单位.但也可以理解为精度单位.这就为我们理解纳米技术增加了一个新角度.打个比方说.在农业自然经济时期.人类制造的工具.比如马车.其关键部件车轴与轴承的制造精度顶多不过是毫米级.在机器工业时代出现了 轴承.发动机的制造精度可以达到微米.即缩小到千分之一.而到信息技术时代.计算机的硬盘制造精度正在向纳米级发展.目前.已经有人在硅片上刻出了0·18纳米宽度的细线.这种细微精密加工技术将使磁盘的存储量呈几何级教增加.从这个意义上讲.纳米技术是人类社会进入高新技 术对代的一个重安标志. 23·全文说明由介绍 开始.继而介绍 .再介绍其应用的前最.最后说明 . 24·文章开头说:&1纳米是1米的10亿分之一&.说得非常精确.为什么还要说是“一根头发的7万分之一 ?&/p& &p&25·下列说法正确的一项是 A·纳米技术的研究始于上世纪的90年代. B·纳米技术的应用还要等上一.二十年. C·公众对纳米技术产生的百目性不属于伪科学. D·纳米技术是人类进入高新科技时代的标志. 26·第二段中&这些现象&是指什么?&/p& &p&27·根据最后一段内容.说明精度单位与计量单位有什么不同?&/p& &p&28·当今科技发展日新月异.科学家还在哪些方面取得举世瞩目的成果.请列举一例.&/p& &p&四.作文 29阅读下面的材料.自拟题目.自选角度.结合实际.写二篇文章. 当&六一&儿童节到来之际.某报社记者在中学生中进行了问卷调查.下面选载的是两位同学的发言记录: 学生甲:我知道.做错了事.家长批评是对的.但是他们总是当着别人的面说我有多么多么不好.这很 伤我的自尊心.我对他们说过.在家批评就行了.不要总当着别人的面说我不好.小孩子也是有人格的. 学生乙:有一次我被父毋误解了;妈妈狠狠地说了我一顿.爸爸竟然扬起手要抽我.后来事情澄清了.他们缄默了.我想.要是我.我就会说声&对不起&.可是他们却始终没说.如未他们真的道一声&对不起&.我该多么高兴啊! 要求: ①要有真情实感.要努力做到有新意.有创见; ②除诗歌外.文体不限; ③文中出现的地名.校名.人名一律用&XX&代替.&/p& &p&答案: 语 文 一.l·C(A项中&据&应读 jū ;B项中&喧&应读&xuàn&;D项中&剖&应读&pōu&.&瞥&应读&piē&.) 2·A(·A中&篾&应为&蔑&;B中&脏&应为&赃&.&辨&应为&辩&;C中&诩&应为&栩&. 径 应为&腔&;D中&璧&应为 碧 . 尝 应为&偿&.) 3.D(注意鉴别与鉴赏.孕育与培育.贵重与珍重的区别.) 4·D(A.B项对象不当;C项感情色彩不当.) 5·A(B项自相矛盾;C项搭配不当;D项杂糅和句意不明.) 6·C(必须是动词.注意与前面两个分句的照应.应有积极进取之意.) 7·B(抓住了女主持人要拉近与观众之间心理距离的特点.又要点明事件(注意&跌倒&与&倾倒&的呼应.&观众哗然&与&大家的热情&呼应).) 8·A(B项不是李白的作品;C项是长篇小说集.D项不是出自.) 9.C 10·C(这道题直接考查学生翻译文言语句的能力.这几个句中出现了异读字和通假字.翻译时要特别注意.C句中的&还&与&旋&通假.翻译时却忽略了这一点.因而译文不符合原意.应该译为:扁鹊老远看见桓侯就转身跑了.) 二.11·(1)映日荷花别样红 (2)敏而好学 不耻下问 (3)其实地上本没有路 走的人多了 也便成了路 12·只要扣住随着人口不断增加.自然资源逐渐减少二者之间的关系回答.语言简洁明了即可. 13·(1)与去年同期相比有较大增长(或&高速增长&&明显增长&等等); (2)个人所得税成为涉外地方税收人的第一大税种(或&占涉外地方税总收人的一半&.&增长速度最 .决&等等). 三.14·给.给予 15·C 16·A 17·渡河而亡其舟 (3)认为渔夫不应一下得那么多钱 (4)贾人许金不酬 18·A.D 19·文明无价. 20·是在对大连渔业集团花巨资修建草坪.美化环境.重奖社会公德意识和环境意识强的职工的做法给予.充分肯定后旗帜鲜明地提出来的. 21·举例论证;用了外商选择大连为投资城市的两个典型事例以及有关统计资料作为事实论据.令人信服地证明了中心论点. 22.精神文明和物质文明互相促进.号召大家都来大力促进精神文明建设与物质文明建设的良性循环. 23·纳米 纳米技术 纳米技术应用的意义 24·运用换算的方法.让读者感到更具体形象. 25·C 26·许多物质的自然展性会发生很大变化. 27·精度单位是机械制造的精确程度. 28·此题是开放性的.可答克隆技术.破译生命基因密码等.答出最有影响的科技成果即可. 四.29·[例文] 不要忘却孩子的尊严 人们常说少年是祖国的花朵.他们将绽放于祖国美好的明天.在许多人眼中.孩子们整天快快乐乐. 潇潇洒洒.如同一群无忧无虑的天使. 事实并非如此.今天的少年也都有了几分愁滋味!让我们正眼观瞧当今社会上的诸多家长.他们正不 知不觉地陷入一个教育孩子的误区--忘却了孩子的尊严. 现代社会是高素质人才竞争的社会.所以教育好子女就成了家长最重视也是最为头疼的问题.家长们希望培养出最优秀的孩子.于是板起面孔.用最&高大&的形象以身示教.只准孩子按照自己的意志“完美&地发展.而不准其有一丝差错.有的孩子稍有闪失.家长便非打辄骂.正如材料中所写一样.在众人面前不给孩子留一丝情面.忘却了孩子也有尊严. 每个孩子的心都是纯洁无瑕的.每个孩子都有强烈的自尊.父母对孩子无端的斥责可能会在孩子心灵深处留下挥之不去的阴影.孩子知道犯了错应该受到惩罚.但他们不愿受到家长在众人前的羞辱.家长又何必不讲时间不讲场合地去伤害孩子呢? 有的孩子并没有犯错.却被父母误解了.结果事实澄清后.父母缄默了.他们竟没有勇气和孩子说一声&对不起&.我想.父毋的沉默是在维护他们的自尊.他们珍惜自己在子女心目中的光辉形象.可他们不知道.如果他们能说一声&对不起&.他们的形象会更加高大. 孩子是父母殷切的希望.他们的成长需要家长严格的教育.适当的约束.但绝不需要父母对他们人格尊严的伤害.孩子渴望理解.渴望得到父母以及其他人的尊重.我想告诉天下的父母:您若给孩子一份尊重.你将得到一颗纯真的心灵.您将得到一份丰厚的回报. 尊严.几乎人人都有.今天.我在考场上真诚呼吁:不要忘却了孩子的尊严.&/p& 【】
题目列表(包括答案和解析)
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空前的“天宫”
　　①和平号空间站是前苏联第三代载人空间站，也是人类历史上的第9座空间站，被誉为“人造天宫”。它的设计工作始于1976年，日核心舱发射升空。接下来量子1号天体物理实验舱（1987年）、量子2号舱（1989年）、晶体号舱（1990年）、光谱号舱（1995年）和自然号舱（1996年）陆续上站，组成总空间近400立方米的一座轨道联合体。经过10年不断添砖加瓦的和平号呈“T”字型结构，由一个核心舱和5个对接舱组成。它有6个对接口，其中两个主对接口位于中轴线两端，用来与载人及货运飞船对接。全站长32.9米，基础构件直径约4米，重约137吨，吨位可与一架普通客机相媲美，约相当于波音747大型客机“体重”的一半。站上的科研仪器重约11.5吨。它在高350至450公里的轨道上运转，约90分钟环绕地球一周。如果对接上一艘货船和一艘载人飞船，总重达154吨。
　　②和平号是人类历史上迄今体积最大、应用技术最先进、设施最完善、太空飞行时间最长的空间站，它创造了多项世界纪录。和平号的主要作用是：帮助科学家更深入地研究人类在实现永久定居太空梦想过程中所面临的挑战。宇航员们在和平号上长期驻留所积累的经验，为国际空间站的设计提供了重要参考。
　　③据统计，15年来，和平号空间站总共绕地球飞行了8万多圈，行程35亿公里，共有31艘“联盟”号载人飞船和62艘进步号货运飞船与和平号实现对接，美国航天飞机也曾9次访问它。日，指令长列·基济姆和工程师弗接基米尔·索洛维约夫搭载联盟T－15号飞船升空，15日对接成功并正式进入和平号。包括上述第一批客人，先后有28个长期考察组和16个短期考察组在站上从事考察活动，共有俄罗斯、美国、英国、法国、德国、日本、叙利亚、保加利亚、阿富汗、奥地利、加拿大、斯洛伐克12个国家的135名宇航员在空间站上工作过。这些宇航员共进行了1.65万次科学试验。完成了23项国际科学考察计划，获得了大量知识、数据和具有重大使用价值的成果。宇航员们还拍摄了许多恒星、行星的照片，进行了基本粒子和宇宙射线探测，大大扩展了人类对宇宙的认识。他们还研究了从太空预报地震、火山爆发、水灾及其他自然灾害的可能性。
　　④日，在和平号上连续生活了438天的俄宇航员波利亚科夫重返地面，创造了太空连续生活新记录。这一时期以第一宇宙速度足够从地球飞抵火星。1999年8月，3次飞天的俄宇航员阿夫杰耶夫从和平号上归来，创下了748天14小时13分的太空累计停留时间记录。美国女宇航员香农·露西德客居和平号时创造的连续逗留188天的女子航天纪录，目前仍无人超越。访问和平号次数最多的人名叫阿纳·托利·索洛维约夫，他曾先后5次进站。索洛维约夫还先后16次出舱进行太空漫步，共计77小时。宇航员们共在和平号上进行了78次太空行走，在舱外空间逗留的总时数达359小时12分钟。
　　⑤在所有付费前往和平号的宇航员中，日本记者秋山的费用是最高的。他于1989年在和平号上呆了一个星期。目的是庆祝日本广播公司创办40周年，为此日方支付了2500万美元。不过，和平号在与美国航天飞机的9次对接中赚的钱最多。和平号还开创了太空广告的先河，第一个广告是牛奶广告，此后还有百事可乐广告等。
1．文章从哪些方面说明和平号这座“天宫”是“空前”的？
答：________________________________。
2．文章第①段中加粗的“添砖加瓦”指的是什么？
答：________________________________。
3．和平号的主要作用是什么？
答：________________________________。
4．概括第③段的内容。
答：________________________________。
5．第④段叙事是什么顺序，这一段意在说明什么问题？
答：________________________________。
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