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近年来,结构、功能纳米材料由于具有大的比表面积和量子尺寸效应,展现了丰富的随形状、尺寸、温度变化的物理化学性质,有望组装各种新型纳米功能材料和器件,得到了科学工作者们的广泛关注。同时,结构、功能纳米材料已经应用到热能、交通等传统行业。本论文就特殊磁通闭合结构、特殊形状、功能晶体制备、微结构和结构、功能纳米材料的热能、交通行业深度应用进行了研究,主要内容包括:
1)利用喷雾热解装置和渐进核-壳型反应液滴-模板式生长原理,外加诱导磁场,成功地制备了稳定的Fe3O4纳米带多壁磁通闭合结构。制备“多壁”磁通闭合的方法和生长机理为合成由各向异性组份纳米磁通闭合结构提供了一种新方法和原理。
2)利用喷雾热解装置并控制合适的晶体生长温度,成功地制备了尺寸分布在5-10微米的四面体和圆锥型NiS2迷你晶。依据晶体成核热力学我们系统的研究了四面体和圆锥型NiS2迷你晶形态演变的形成机理。发现成核阶段晶体各种形状之间热力学驱动力、温度和吉布斯自由能微分的区别是晶体生长和形态演变的最终原因。
3)香豆素衍生物和氟硼荧光染料是重要的有机化合物,在非线性光学、激光染色、荧光材料、光折射材料、冷光材料、药物载体方面有着广泛的应用。我们成功合成了香豆素母体C23H25NO4晶体和氟硼基体C19H14BF7N2晶体,并进行了各项结构表征。
4)应用复合镜像法研究近邻多极相互作用对纳米流体热传输性质的影响,结合实验数据证实了流体和纳米颗粒形成的介于固体和液体之间的界面壳层是一种热导率随空间呈梯度变化的壳层。同时,我们考虑了温度效应和布朗运动,发展了传统的有效媒质理论,是对传统静态纳米流体强化传热理论的一次有益的发展。
5)我们实验研究了高传导微、纳米材料对传统沥青基材料热学、电学改性。在系统考虑颗粒形状、组分体积分数、电导率、热导率的基础上发展了适合于沥青基微、纳米粉体改性的微分有效媒质理论。研究发现,微、纳米添加物的物理性质以及颗粒形状是影响改性效果的关键因素。我们的理论模型也成功地解释了微、纳米改性复合体系的有效热导率和电导率增强,并可以成功预测多个数量级变化的颗粒复合体系的电导率的渗流阈值。此项研究为微、纳米颗粒应用到传统交通行业提供了理论支持。