分子组装体的扫描探针显微学研究

本文简要评述了扫描探针显微学研究的发展过程、目前状况及发展方向，着重介绍了扫描探针显微学(SPM)在分子组装体研究中的一些应用。采用扫描探针显微学结合电化学的方法对自组装膜(SAMs)、表面活性剂(surfactant)、纳米颗粒(nanoparticles)等分子组装体系进行了研究，并结合IR、QCM、XPS、XRD等多种手段对分子组装体在电极表面的形态和结构进行了探讨。主要结果如下：1．SPM研究以杂多酸为基础的分子组装体我们通过将AsMo_(11)V0_(40)~(4-)杂多酸阴离子从其酸性溶液中自吸附至金表面的方法，制备了一类新的无机自组装膜。我们利用QCM、STM和电化学方法分别研究了AsMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜的吸附过程、在Au表面的结构和电化学性质。QCM数据表明这个自组装过程可以用Langmuir吸附等温式来描述，其吸附自由能为-20 KJ/mol。 通过QCM测得的AsMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜的表面覆盖度的最大值为1.7 * 10~(-10)mol/cm~2，这相当于一个AsMo_(11)VO_(40)~(4-)阴离子的密堆积单层。AsMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜的循环伏安图上出现三对可逆的氧化还原峰，每对峰所对应的自组装膜的表面覆盖度都亦为1.78 * 10~(-10) mol/cm2，和QCM结果一致。现场STM图像显示AsMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜十分的均一没有如何多层或聚集体的结构。高分辨STM图进一步显示在Au(111)表面的sMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜于+0.7 V(vs．Ag | AgCl)表现出二维有序的四方晶体结构，晶格间距为10-11 A。这个值与sMo_(11)VO_(40)~(4-)阴离子的直径十分接近。从STM图我们也估算出AsMo_(11)VO_(40)~(4-)自组装膜的表面覆盖度为1.8 * 10~(-10) mol/cm~2，这和QCM以及电化学的实验结果都很接近。我们进一步研究了一种新的以杂多酸为基础的有机无机复合膜--砷钼钒杂多酸的十一烷基吡啶盐(CPMVA)--的制备、结构和电催化性质。通过在这种盐的丙酮溶液中循环电位扫描，我们可以在HOPG电极表面制备稳定的CPMVA膜。我们利用XPS、STM和电化学多种手段来表征CPMVA膜的结构和性质。这些研究表明：在新剥离HOPG表面CPMVA膜的结构为自聚集的分子团，而在预阴极化HOPG表面CPMVA膜的结构为自有序单层。CPMVA膜在酸性和丙酮溶剂中部表现出可逆的氧化还原动力学行为，这说明这种新类型的膜甚至能在有机溶剂中用作催化剂。当溶液的pH值大于7.O时，CPMVA膜也能维持其稳定性，它对pH值的依赖程度明显小于其无机物形式的膜(H_4AsMo_(11)VO_(40))对pH值的依赖程度。CPMVA膜对Br0_3-的还原表现出很好的电催化活性，催化电流与BrO_3~-的浓度的平方成正比。这种有很高稳定性的新类型杂多酸膜在催化剂领域中将有很广阔的应用前景。2．电化学STM研究吸附在金属表面的表面活性剂聚集体由于电位诱导引起的结构变化表面活性剂在表面的吸附已广泛地被用于限制电极表面的活性和稳定溶液中的胶体和纳米粒子，但是人们对表面活性剂在电极表面的结构和由于电位变化所引起的结构改变并不清楚。在这个工作中我们利用现场STM观察了电位控制下表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)在Au(111)表面的吸附。STM图像显示通过控制电位SDS在Au(111)表面有一从半圆柱胶束单层向致密双层膜过渡的构象变化。我们也建立了SDS聚集体在Au(111)表面电位诱导结构变化的模型。就我们所知，这是第一次系统地研究表面活性剂聚集体在金属表面的电位诱导结构变化。3．在固体表面构筑有序的聚苯胺分子导线我们提出了一种新的通过分子设计构筑有序聚苯胺分子导线的新方法。首先，根据Saveant的方法我们在HOPG表面修饰上有序的4-氨基苯单层，然后溶液中的苯胺分子通过阶跃的方法被层层电聚合在4-氨基苯单层修饰的HOPG表面，形成有序的聚苯胺分子导线。FTIR-ERS和XPS结果证实HOPG表面上形成了聚苯胺。SPM图显示在HOPG表面的聚苯胺平面结构为有序的3~(1/2) * 3~(1/2) R 30°。小角X-射线反射结果表明聚苯胺分子导线是垂直站立在HOPG表面。电化学测量进一步表明聚苯胺分子导线的形成有利于加速电子传递速率。这种先分子设计后电聚合的方法可能会成为一类在固体表面制备有序导电聚合物分子导线的新方法。依据上一个实验，我们在金表面通过自组装的方法构筑了绝缘分子导线。我们选择β-环糊精(β-CD)作为包络4-氨基硫酚的理想主体分子。β-CD和4-氨基硫酚形成的包络物首先被自组装到Au表面，然后也通过阶跃的方法被层层电聚合在自组装膜修饰的Au表面，形成有序的聚苯胺分子导线。FTIR-ERS和XPS结果证实Au表面上形成了聚苯胺。低电流STM(LC-STM)图像表明在Au(111)表面的聚苯胺分子线为六角的二维有序，分子与分子之间的最相邻距离为15.5±0.5 A。这种先进行CD超分子自组装后电聚合的方法可能会成为一类制备导电聚合物绝缘分子导线的新方法。4．SPM研究在HOPG表面电化学合成的纳米材料我们通过脉冲恒电位方法从稀的苯胺酸性溶液(1mM苯胺 + 1 M HClO_4)在HOPG表面制备聚苯胺纳米颗粒。我们利用FTIR-ERS、XPS、TM-AFM手段来表征聚苯胺纳米颗粒的组成和结构。FTIR-ERS和XPS结果表明制得的聚苯胺纳米颗粒主要以亚胺形式存在。TM-AFM图像显示分散于HOPG表面的聚苯胺纳米颗粒的表面覆盖度约为10~(10)cm~(-2)。这些纳米颗粒都为圆盘型，直径为200到600埃，高度为10到30埃。这些纳米颗粒的大小随聚合电量由5.7 μC/cm~2增加到19.3 μC/cm~2而增大。我们提出了一种通过分子设计在HOPG表面制备金属纳米粒子的新方法。第一步，根据Saveant的方法我们在HOPG表面修饰上一个4-氨基苯单层。第二步，通过配位相互作用Ag~+能在4-氨基功能化的HOPG表面形成单层。第三步，通过脉冲恒电位方法我们就能在4-氨基苯功能化的HOPG制备Ag纳米颗粒。电化学测量证明了在HOPG表面上Ag纳米颗粒的形成。STM图像显示通过这种方法制得的Ag纳米颗粒的大小十分均一且在HOPG表面上的分散度很高。这种新方法可被广泛地用来在碳表面制备各种金属纳米粒子。

M_2RSbO_6:R~(3+)复合氧化物的合成组成结构和性能的研究(M = Ba、Sr、Ca, R = La、Gd、Y、Bi, R' = Sm、Eu、Dy、Ho、Er、Tm)

对于稀土与非稀土所组成的二元复合氧化物的研究国外已有较多的报导。但是，对于稀土和锑的复合氧化物只是近年来才开始有些研究工作。含锑与稀土的多元复合氧化物的报导就更少。本文在我们实验室张静筠等人三元复合氧化物研究的基础上，开展Mo—Sb_2O_5—R_2O_3—R'_2O_3—Bi_2O_3多元体系的研究工作，这对于我国丰产元素稀土和锑的应用以及利用Bi~(3+)的激活与敏化将是有益的。本文按Thornton等人的方法合成了Ba_2BiSbO_6，Ba_2GdSbO_6，按EγΦECEHKO等人的方法合成了M_2RSbO_6 (M = Ba、Sr、Ca, R = La Y)。并以M_2RSbO_6为基质，掺Sm~(3+)、Eu~(3+)、Dy~(3+)、Ho~(3+)、Er~(3+)、Tm~(3+)和Bi~(3+)，研究它们的化学组成，晶体结构与发光性能的关系及规律，Bi~(3+)的荧光和敏作用。同时研究了它们的磁学和热学性能。化学组成的分析结果表明，计算的含量与实验测得的含量符合较好，说明化学反应是按化学计量比进行的。通过X-射线粉沫物相分析和晶胞参数的理论计算确定M_2RSbO_6(M = Ba、Sr、R = La、Y、Gd、Bi)复合氧化物是属于立方钙钛太型化合物。空间群为Fm3m，点群为Oh。用计算机计算了Ca_2YSbO_6的晶胞参数并结合荧光光谱分析确定它属于畸变的单斜钙钛矿，空间群为P_(21)。用磁天平测量了样品M_2RSbO_6 (M = Ba、Sr、Ca; R = Gd、Y、Bi)的磁化率。除Ba_2GdSbO_6是顺磁性物质外共余的都是反磁性的物质。按所用原料Sb_2O_5计算的磁化率与测量值符合较好，表明在所研究的M_2RSbO_6化合物中锑是正五价的。用热重热差分析仪测量了样品在反应中的热性能，观察到在化合物形成的过程中所用原料Sb_2O_3大约在520 ℃左右氧化变为Sb_2O_5。除所用原料碳酸盐分解外没有挥发性的物质，这就进一步证明化学组成分析和磁化率测量的结果是正确的。光学测量的结果表明，所有的磷光体随着激活离子浓度的不同其光谱都发生规律性的变化。对于不同Eu~(3+)浓度的Ba_2YSbO_6:Eu~(3+)和Br_2YSbO_6:Eu~(3+), Bi~(3+)体系用254nm激发时均能观察到Eu~(3+)于595nm的尖峰发射。用基质和Bi~(3+)的激发峰325nm激发时，明显地看到敏化剂Bi~(3+)到Eu~(3+)的能量传递，使Eu~(3+)于595nm的发射大大增强，我们认为Bi~(3+)对Eu~(3+)的敏化作用是由于基质和Bi~(3+)的~1S。→ 3P_1的跃迁吸收了激发的能量，然后无辐射弛豫到Eu~(3+)的激发态~5D_0，产生~5D_0 → 7F_1的磁偶极跃迁。对于不同Eu~(3+)浓度的Sr_2YSbO_6:Eu~(3+)和Sr_2YSbO_6:Eu~(3+), Bi~(3+)体系用245nm激发时均能观察到Eu~(3+)于595nm的尖峰发射。用基质和Bi~(3+)的激发峰335nm激发时，观察到基质和Bi~(3+)对Eu~(3+)具有某种能量传递。敏化作用机理与上述的Ba_2YSbO_6:Eu~(3+)和Ba_2YSbO_6:Eu~(3+), Bi~(3+)体系相同。对于不同Eu~(3+)浓度的Ca_2YSbO_6:Eu~(3+)和Ca_2YSbO_6:Eu~(3+), Bi~(3+)体系用396nm激发时，均能观察到Eu~(3+)于613nm很强的尖峰发射。用基质和Bi~(3+)的激发峰313nm激发时，见到Bi~(3+)和基质对Eu~(3+)具有某种能量传递，这种敏化作用主要是由于基质和Bi~(3+)的3P_1 → ~1S_0的400nm的宽带发射和Eu~(3+)的~7F_0 → ~5L_6的396nm的吸收相匹配产生~5L_6→~5D_0→~7F_2的跃迁。通过对激发光谱和荧光光谱的分析给出了Ca_2Y_(0.96)Eu_(0.04)SbO_6的能级图，从实验上可见，Eu~(3+)的发光强烈地依赖于钙钛矿的结构，当Eu~(3+)在空间群为Fm3m 的Ba_2YSbO_6和Sr_2YSbO_6中处于Oh点对称性时，主要是~5D_0 → ~7F_1的磁偶极跃迁。当Eu~(3+)在空间群为P_(21)的单斜钙钛矿中时，主要是~5D_0 → ~7F_2的电偶极跃迁。对于不同掺杂浓度M_2YSbO_6:R~(13+)(M = Ba、Ca; R' = Sm、Dy、Ho、Er、Tm)体系，通过激发和荧光光谱的研究，合理地确定了谱项。发现基质对Sm~(3+)、Dy~(3+)、Ho~(3+)具有敏化作用。对不同Bi~(3+)浓度的Ca_2YSbO_6:Bi~(3+)，由激发和荧光光谱可见Bi~(3+)具有二个激发带，第一激发带位于240nm处相当于~1S_0 → ~1P_1的跃迁，第二激发带位于315nm处相当于~1S_0 → ~3P_1的跃迁。有一个很强的兰紫色发射位于400nm处相当于~3P_1 →~1S_0的跃迁。

高增益偏振不灵敏InGaAs/InP体材料半导体光放大器

采用三元InGaAs体材料为有源区,通过直接在InGaAs体材料中引入0.20%张应变来加强TM模的增益,研制了一种适合于作波长变换器的偏振不灵敏半导体光放大器(SOA).在低压金属有机化学气相外延(LP-MOVPE)的过程中,只需调节三甲基Ga的源流量便可获得所要求的张应变量.制作的半导体光放大器在200 mA的注入电流下,获得了50nm宽的3 dB光带宽和小于0.5dB的增益抖动;重要的是,半导体光放大器能在较大的电流和波长范围里实现小于1.1dB的偏振灵敏度.对于1.55μm波长的信号光,在200 mA的偏置下,其偏振灵敏度小于1 dB,同时获得了大于14dB光纤到光纤的增益,3 dBm的饱和输出功率和大于30 dB的芯片增益.用作波长变换器,可获得较高的波长变换效率.进一步提高半导体光放大器与光纤的耦合效率,可得到性能更佳的半导体光放大器.

基于TM影像的黑土区表层土壤有机碳空间格局研究

土壤有机碳是陆地生态系统的一个动态组成部分，其储量、分布及其转化在陆地碳循环中起着重要的作用，是土壤肥力的核心指标之一。土壤有机碳含量的多少及其空间分布特性受气候、母质、地形等结构性因子以及施肥、耕作等随机性因子的影响。作为陆地生态系统中的一个区域化随机变量，土壤有机碳在系统内部垂直和水平方向上发生变化的同时，参与大气圈和生物圈这两个碳库之间的循环。为了揭示土壤有机碳的空间分布特性，传统统计学、地统计学、遥感与地理信息系统等方法被相继引入且逐渐走向成熟，其中，利用遥感与地理信息系统相结合的方法来反演土壤有机碳库储量及其空间分布格局为越来越多的专家学者所重视。本文在对不同方法基本理论进行简单阐述的基础上，对利用Landsat TM影像分析表层土壤有机碳格局的可行性进行了分析，并就遥感技术在反演表层土壤有机碳的空间分布格局中的应用前景进行了展望。 以黑龙江省部分黑土地区为研究对象，在不同时空尺度下分析了表层土壤有机碳与Landsat TM影像的TM1－TM5、TM7六个波段以及由其计算出的NDVI、NDTI、NDI5、NDI7、NDSVI、SAVI、RDVI和MSAVI 8个遥感指数之间的相关性。结果表明当Landsat TM影像的成像时间为2002年9月份时：(1)小尺度下表层土壤有机碳与TM1极显著相关(r=0.32, p<0.01)，与TM2、TM3和NDSVI显著相关(p<0.05)，相关系数分别为r=0.27，r=-0.29，r=0.26。(2)大尺度下，表层土壤有机碳与TM1、TM2、TM5和NDI5存在极显著的正相关(p<0.01)，相关系数分别为r=0.30，r=0.34，r=0.35，r=0.32；而与NDI7之间存在显著相关性(r=0.27, p=0.02)。(3)当空间尺度一定时，在不同的时间尺度下与表层土壤有机碳具有显著相关性的遥感指标不同。(4)在大尺度下利用遥感技术测定法得到的回归模型对表层土壤有机碳空间分布格局具有较好的预测效果(R2=0.7097, p<0.05)；(5)在大尺度下海拔高于200 m的地区表层土壤有机碳浓度显著高于海拔低于200 m的地区(p<0.05)。 通过分别利用地统计方法和遥感技术测定法分析海伦市表层土壤有机碳的空间分布格局，以步长为6170m时球状模型对表层土壤有机碳进行了拟合并利用Kriging插值方法得到了海伦市表层土壤有机碳分布格局；将这一结果与我们利用Landsat TM影像通过遥感技术测定方法得到表层土壤有机碳空间格局进行比较发现：在精度一致的前提下，遥感技术测定法在所需样本数量约为地统计方法的一半，同时在所消耗的人力、物力以及在时间上的循环周期等方面，遥感技术测定方法与地统计方法相比也有着明显的优势。

基于遥感的城市绿地格局及变化分析——以沈阳市为例

本文利用中高分辨率遥感影像研究2006年沈阳市三环内城市绿地的空间格局及2001-2006年间的变化，以期对5年的高强度绿化建设进行评价。利用QuickBird高分辨率遥感影像，结合基于知识分类方法提取的植被覆盖信息和目视解译方法提取的土地利用信息，分析了2006年附属绿地的空间分布格局和公园绿地可达性。利用2001、2006年两景Landsat TM影像，基于线性混合分解方法提取的植被盖度信息，分析了5年间的绿化建设强度及其空间分布。 本文得到以下结论： 1) 工业用地和公共设施用地的绿化率均较高，分别是28.9%和32.3%。研究区域多层老式居住用地和道路的绿化率只有近20%。新居住用地中高层片块居住用地的平均斑块面积较小，主要是由小块的街区角落开发而成，绿化率只有10.3%；其余的新居住用地的绿化率均高于多层老式居住用地。居住用地高度类型相同的情况下，花园式居住用地比片块式居住用地拥有更高的绿化率。 2) 附属绿地绿化率随距市中心距离的递增梯度反映了城市内外绿化状况的两极分化现象，在几种主要的城市用地类型之间存在差异：公共设施（4.16%∙km-1）>多层老式居住用地（3.85%∙km-1）>新居住用地（3.05%∙km-1）>道路（2.36%∙km-1）。新居住用地弱于多层老式居住用地，表明随着旧城改造的持续进行，居住用地的内外两极分化现象可以得到缓解。公共设施用地的内外两极分化现象较严重，城市化进程中慎重对待高绿化率的公共设施用地如高校等迫于地价压力的外迁行为。 3) 公园绿地可达性分析的结果表明，只有29.25%的居住用地分布在距最近公园绿地5分钟的步行范围内，43.31%的居住用地在5-15分钟的步行范围内，建议持续增加公园绿地建设，尤其是在工商业密集区。研究区域尚未出现居住用地绿化环境的马太效应（高公园绿地可达性+高附属绿地绿化率）。 4) 2001-2006年，道路、居住用地、公共设施用地、公共绿地及广场的植被盖度均有不同程度的增加（5%-9%），证实了5年间绿化建设力度之大；工业用地的植被盖度几乎没有变化，原因估计是工业用地空间属于非公共空间，不属于公共绿化建设区域。5年间植被增量空间分布均匀，没有针对低绿化覆盖率地区加强绿化建设力度，部分缓解了绿化率的城市内外两极分化现象。

TM数字图像处理中应用专家系统方法辅助土壤分类的研究——以吉林省农安县波罗泡窗口为例

本研究从探索新的、更有效的卫星遥感影像计算机辅助分类方法着眼，从在TM影像上识别土壤类型着手，将专家系统方法应用于到卫星遥感影像计算机辅助分类领域，并作了研究的尝试。通过RSCES在试验窗口区的初步工作结果可以看出，将专家系统方法引入到计算机辅助分类领域是可行的、实用的、有价值的，同时也代表了本领域的发展方向。在研究过程中可以得出以下几点认识。（1）目视判读经验表明，计算机对遥感影像的判读将从过去的单纯利用每个像元的光谱特征，发展到一个新的阶段，即对像元的空间关系以及多种辅助信息的综合应用；分析方法也将从精确的数学模型发展到应用判断性知识不确定性知识的专家系统分析。这代表了遥感图像计算机判读的发展方向。（2）在使用专家知识的基础上，各种辅助数据，包括地形图和原有专题力数据，寻于改善判读精度可以发挥重要的作用。（3）将专家系统应用于计算机辅助判读，目前国内外虽然做了一些工作，但还处于初期阶段，正处于发展完善之中，因此，专家系统的设计和建造没有现成的方法和严格的途径可资遵循。专家系统是一门多学科的交叉科目，在系统的建造过程中，尤其需要领域专家与系统设计人员的密切配合，相互合作。

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THE STELLAR REACTION S-30(p, gamma)(31) Cl VIA COULOMB DISSOCIATION

The Coulomb dissociation of the proton-rich nuclei Cl-31 was studied experimentally using Cl-31 beams at 58 MeV/nucleon with a lead target. The relative energy between the reaction products, S-30 and proton, was obtained. The first excited state in Cl-31 was observed which is relevant to the resonant capture of stellar S-30(p, gamma)Cl-31 reaction