Modeling of Ammonothermal Growth of Nitrides

Bulk single crystals of GaN and AlN can be grown from supercritical fluids using the ammonothermal method, which utilizes ammonia as fluid rather than water as in the hydrothermal process. In this process, a mineralizer such as amide, imide or nitride is used to attack a bulk nitride feedstock at temperatures from 200°C to 500°C and pressures from 1 to 4 kbar. Ammonothermal systems have been modeled here using fluid dynamics, thermodynamics and heat transfer models. The nutrient is considered as a porous media bed and the fluid flow is simulated using the Darcy-Brinkman-Forchheimer model. The resulting governing equations are solved using the finite volume method. The effects of particle size on flow pattern and temperature distribution in an autoclave are analyzed.

Effects of Baffle Design on Fluid Flow and Heat Transfer in Ammonothermal Growth System of Nitrides

Efforts have been made in growing bulk single crystals of GaN front supercritical fluids using the ammonothermal method, which utilizes ammonia as fluid rather than water as in the hydrothermal process. Different mineralizers such as amide or azide and temperatures in the range of 200-600degreesC have been used to increase the solubility. The pressure is from 1 to 4 kbar. Modeling of the ammonothermal growth process has been used to identify factors which may affect the temperature distribution, fluid flow and nutrient transport. The GaN charge is considered as a porous media bed and the flow in the charge is simulated using the Darcy-Brinkman-Forchheimer model. The resulting governing equations are solved using the finite volume method. The effects of baffle design and opening on flow pattern and temperature distribution in an autoclave are analyzed. Two cases are considered with baffle openings of 15% and 20% in cross-sectional area, respectively.

Transport Phenomena in Ammonothermal Growth of Gallium Nitride

GaN can be used to fabricate blue/green/UV LEDs and high temperature, high power electronic devices. Ideal substrates are needed for high quality III-nitride epitaxy, which is an essential step for the manufacture of LEDs. GaN substrates are ideal to be lattice matched and isomorphic to nitride-based films. Bulk single crystals of GaN can be grown from supercritical fluids using the ammonothermal method, which utilizes ammonia as fluid rather than water as in the hydrothermal process. In this process, a mineralizer such as amide, imide or azide is used to attack a bulk nitride feedstock at temperatures from 200 - 500癈 and pressures from 1 - 4 kbar. Baffle design is essential for successful growth of GaN crystals. Baffle is used to separate the dissolving zone from the growth zone, and to maintain a temperature difference between the two zones. For solubility curve with a positive coefficient with respect to temperature, the growth zone is maintained at a lower temperature than that in the dissolving zone, thus the nutrient becomes supersaturated in the growth zone. The baffle opening is used to control the mixing of nutrients in the two zones, thus the transfer of nutrient from the lower part to the upper part. Ammonothermal systems have been modeled here using fluid dynamics, thermodynamics and heat transfer models. The nutrient is considered as a porous media bed and the flow is simulated using the Darcy-Brinkman-Forchheimer model. The resulting governing equations are solved using the finite volume method. We investigated the effects of baffle opening and position on the transport phenomena of nutrient from dissolving zone to the growth zone. Simulation data have been compared qualitatively with experimental data.

溶胶-凝胶多孔二氧化硅减反膜稳定性研究

多孔SiO2膜层经热处理后，具有很高的激光破坏阈值，但是结构中有许多Si-OH亲水基团，导致光学透过率受环境相对湿度的影响很大。实验目的是改善膜层内部结构，使膜层结构中的亲水基团转变为疏水基团。提高膜层的疏水性，增强膜层的透过率稳定性。系统地研究了膜层透过率随时间变化的规律，在氨气和六甲基二硅氮烷(HMDS)混合气氛下热处理膜层，处理后生成Si-O-Si(CH2)3非极性疏水基团，使膜层的疏水性大大提高，因而膜层的透过率稳定性有大幅度提高。稳定性的提高延长了膜层的寿命。处理后膜层的表面粗糙度良好，均方根表

温梯法生长大尺寸蓝宝石晶体的脱碳去色退火研究

温度梯度法（temperature gradient technique，TGT）生长的Al2O3晶体因石墨发热体在高温时的挥发和原料中过渡性金属离子的存在，在不同部位呈现不同颜色，一般上部为浅红色，尾部为浅黄绿色．将TGT法生长的Al2O3晶体（Ф110×80mm^3）依次经过高温氧化气氛、高温还原气氛脱碳、去色退火实验，即“两步法”退火实验，晶体变成无色、透明．经测试，Al2O3晶体的完整性、光学透过率和光学均匀性均有显著提高.

Influence of vapor transport equilibration on the crystal quality and thermal-expansion coefficients of gamma-LiAlO2

gamma-LiAlO2 (LAO) single crystal has been grown by the Czochralski method. However, its quality was deteriorated due to lithium volatilization during the crystal growth. The full width at half maximum value drops from 116.9 to 44.2 arc sec after the LAO slice was treated by vapor transport equilibration at 1000, 1100, and 1200 degrees C/48 h in sequence. The treated slice shows higher optical transmission than the as-grown one in the measured wavelength range of 190-1900 nm, meanwhile, its absorption edge exhibits a blueshift. According to Raman spectra, the treated slice has homogeneous quality at different depths from surface to 0.01 mm. The expansion coefficient of the treated slice for a axis drops from 17.2398x10(-6)/degrees C to 16.5240x10(-6)/degrees C, and that for c axis drops from 10.7664x10(-6)/degrees C to 10.0786x10(-6)/degrees C.

γ-LiAlO2晶体生长、改性和热学性质研究

采用快速提拉法生长出了透明、完整的γ-LIAlO2晶体，但是晶体的高熔点和易挥发性限制了γ-LiAlO2晶体质量．采用气相传输平衡法（vapor transport equilibration technique，VTE）工艺对晶体改性，半高宽（FWHM）值从116．9arcsec降至44．2arcsec，继续升高VTE处理温度至1300℃，FWHM值反而升高至55．2arcsec．快速提拉法生长出来晶体，[100]方向和[001]方向的热膨胀系数分别为17．2398×10^-6／K，10．7664×10

Yb：Ca5（PO4）3F激光晶体的生长缺陷

采用提拉法生长了质量优异的Yb：Ca5（PO4）2F（Yb：FAP）晶体。运用化学腐蚀，光学显微镜、扫描电子显微镜以及能量散射光谱仪观察了该晶体中的生长条纹和包裹物等宏观缺陷，以及晶体的位错腐蚀形貌、位错密度及其分布情况，同时观察了晶体中亚晶界的形态。由晶体中位错的径向变化以及生长条纹可知：晶体在生长过程中为微凸界面生长。高温下CaF2的挥发造成了在晶体生长后期熔体中组分偏离化学计量比，出现组分过冷，形成包裹物。且位错密度显著增加。Yb：FAP晶体的各向异性使得晶体在（10 10）面的位错蚀坑形状、大小以

温梯法蓝宝石（Al2O3）晶体的脱碳去色退火研究

温度梯度法（TGT）生长的Al2O3晶体因石墨发热体在高温时的挥发和原料中过渡性金属离子的存在，晶体在不同部位呈现不同颜色，一般上部为浅红色，尾部为浅黄绿色，将TGT法生长的Al2O3晶体（Ф110×80mm^3）依次经过高温氧化气氛、高温还原气氛脱碳、去色退火实验，即“两步法”退火实验，晶体变成无色、透明，经测试，Al2O3晶体的完整性、光学透过率和光学均匀性均有显著提高。

高质量LiGaO2晶体的提拉法生长及表征

采用提拉法成功地生长了高质量的LiGaO2单晶体,生长过程中没有观察到挥发现象。通过四晶X射线衍射、化学腐蚀、光学显微、透过光谱以及原子力显微镜对晶体的质量进行了表征。结果表明：晶体中无包裹物及气泡,具有很高的质量,（001）面晶片的摇摆曲线半高宽仅为16.2arcsec,正交的（001）、（100）及（010）三个晶面具有不同的腐蚀形貌,其位错密度均低于10^4/cm^2;LiGaO2晶体的吸收边约为220nm;化学机械抛光后的晶片表面非常光滑,其均方根粗糙度仅为0.1nm（5×5μm^2）。

ScAlMgO_4晶体的生长缺陷

采用提拉法生长出φ30 mm×55 mm的ScAlMgO4晶体。在晶体生长过程中有轻微的挥发,粉末X射线衍射分析表明:挥发物质为MgO单相。运用扫描电镜、光学显微镜以及高分辨X射线衍射仪对晶体中的包裹物、开裂、生长条纹和小角晶界缺陷进行了研究。结果表明:温度梯度和热应力是形成晶体中缺陷的主要原因。通过合理设计温场,控制固-液界面的形状及冷却过程的降温速率,可以提高晶体的完整性。

新疆紫草细胞悬浮培养生产紫草宁衍生物的动态测定机理化因子调控

本文在本实验室提供的新疆紫草愈伤组织高产系A1的基础上，采用二步培养法，进行摇瓶悬浮培养，分别在生长及生产培养基中测定了细胞生长，次生产物合成，培养基的C源（蔗糖）消耗，溶氧，电导率和pH值的动态变化曲线，确定了各动态曲线之间的关系，为进一步的放大培养提供了参考依据。同时，还测定了与细胞生长密切相关的过氧化物酶及与产物合成密切相关的苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性的动态变化曲线，进一步将宏观参数的动态变化与微观参数的动态变化联系起来。 本文还对不同理化因子对生产培养基中悬浮培养的细胞的生长及紫草宁衍生物合成的影响进行了研究。结果表明：过高或过低的供氧水平均不利于细胞的生长及产物的合成;C源及N源有较好的协同作用，适当地提高C源及N源的水平能明显提高紫草宁衍生物的产量：接种前往培养基里加入一定量的前体苯丙氨酸( Phe)，能明显提高紫草宁衍生物的产量，而在培养中期添加则有一定的负致应;一定量的拜土及琼脂(agar)的添加，对产物的合成均具有正效应，并且作用大小和细胞的生理状态有关。高密度培养的研究表明，在合适的接种量和培养基浓度下，适当提高溶氧，较大幅度地提高产量是有可能的，这还有待于进一步的研究验证。

Ⅰ 虎杖聚酮类化合物生物合成相关基因的克隆及功能分析 Ⅱ 高山红景天酪醇生物合成代谢途径机制分析

Ⅰ 虎杖聚酮类化合物生物合成相关基因的克隆及功能分析 虎杖 (Polygonum cuspidatum Sieb. et Zucc) 属于蓼科蓼属多年生草本植物，在中国和日本民间曾被广泛用于动脉粥样硬化、高血压、咳嗽、化脓性皮肤炎以及淋病的治疗，具有祛风利湿、散瘀定痛、止咳化痰等功效。而在现代医学上最令人瞩目和具有发展前景的是其在抗肿瘤、心血管保护、抗氧化方面的作用，相关疗效主要来自于虎杖中结构迥异、种类丰富的聚酮化合物及其衍生物资源。这些聚酮类化合物主要包括蒽醌、大黄素、大黄素-甲醚、大黄酚、芪类以及类黄酮化合物等。其中，大部分聚酮类化合物生物合成途径机制尚不明确，但可以肯定的是植物类型III聚酮合酶type III polyketide synthases (PKSs) 在这些聚酮化合物的生物合成起始反应中行使着关键的作用。因此，除了我们所熟悉的类黄酮化合物、芪类化合物之外，进一步分离和分析虎杖中其它重要聚酮类化合物生物合成所涉及的类型III聚酮合酶基因的是非常值得期待的。 目前，已经有14个植物类型III PKS基因被克隆和功能分析。植物类型III PKS的共同特征包括基因结构、序列相似性、保守的活性中心、酶学性质以及共同的催化机制等。显花植物（裸子植物和被子植物）中，植物类型III PKS的基因结构绝对保守，除了一个早期报道的金鱼草（Antirrhinum majus）查尔酮合酶chalcone synthase (CHS) 含有第二个内含子外，迄今为止所有已知的植物类型III PKS基因均含有一个内含子且该内含子位置保守。有趣的是，在本研究中，两个含有3个内含子的类型III PKS基因从虎杖中被分离，且两个基因3个内含子的位置完全保守，这是三内含子类型III PKS基因首次得到分离。除了新奇的基因结构外，体外功能分析显示上述两个基因还具有特殊的酶学性质和功能。 本论文围绕上述2个三内含子基因开展了以下工作： 虎杖中一个由三内含子基因编码的新型类型III聚酮合酶 一个类型III PKS的cDNA及其相应的基因（PcPKS2）从药用植物虎杖中被克隆。序列分析结果表明，PcPKS2的开放阅读框被3个内含子分隔，这是一个出人意料的发现，因为截至到目前为止，除了金鱼草一个CHS基因外，所有已知的类型III PKS基因均在固定位置上含有一个内含子。除了特殊的基因结构外，PcPKS2显示了一些有趣的特性：(i) CHS“守卫”苯丙氨酸——Phe215和Phe265在PcPKS2中双双缺失，它们分别被亮氨酸和半胱氨酸取代;(ii) 体外功能分析结果表明，当酶促反应体系的pH值为6.5-8.5时，大肠杆菌中过表达的重组PcPKS2高效地合成丁烯酮非环化产物——4-香豆酰甘油酸内酯（4-coumaroyltriacetic acid lactone (CTAL)）为主产物，而丙烯酮非环化产物bis-noryangonin (BNY) 以及苯亚甲基丙酮为副产物;而当酶促反应体系的pH值为9.0时，PcPKS2高效地合成苯亚甲基丙酮为主产物，而CTAL、BNY为副产物。另外，除了上述3种产物外，在不同的pH条件下，还有痕量的柚皮素查尔酮能被检测到。此外，在4-香豆酰辅酶A（4-coumaroyl-CoA）的类似化合物中，除了4-香豆酰辅酶A外，只有feruloyl-CoA能够被PcPKS2接受作为起始底物。PcPKS2不接受脂肪酰辅酶A——异丁酰基辅酶A（isobutyryl-CoA）、异戊酰基辅酶A（isovaleryl-CoA）以及乙酰辅酶A（acetyl-CoA）作为起始底物。Southern blot杂交结果表明，在虎杖基因组中存在2-4个PcPKS2基因的拷贝。Northern blot杂交结果表明，在根茎和幼叶中，PcPKS2表达量很高，而在根中无表达。叶中的PcPKS2的表达受病原菌诱导，但不受伤诱导。 虎杖中一个编码双功能类型III聚酮合酶的三内含子基因的鉴定 显花植物中，所有已知的类型III PKS 基因均含有一个内含子且位置绝对保守。本研究中，综合运用PCR技术，从富含聚酮类化合物的植物虎杖中克隆得到一个类型III PKS 基因（PcPKS1）及其cDNA。序列分析结果表明，PcPKS1含有3个内含子。系统发育分析结果表明，PcPKS1与其它植物的CHSs归为一类。然而，体外功能分析结果表明，当酶促反应体系pH值为7.0时，大肠杆菌中过表达的重组PcPKS1高效地合成柚皮素查尔酮（naringenin）为单一产物;而当pH值为9.0时，苯亚甲基丙酮（p-hydroxybenzalacetone）几乎为重组PcPKS1的唯一产物。后续的研究表明，与典型的CHSs相比，PcPKS1具有另外一些不同的特点：在pH值为9.0时（PcPKS1的苯亚甲基丙酮合成活性最适pH值），在4-香豆酰辅酶A的类似化合物中，只有feruloyl-CoA能够被PcPKS1接受作为起始底物。与CHSs展现出的对脂肪酰辅酶A宽泛的底物特异性不同，在不同的pH条件下，PcPKS1不接受异丁酰基辅酶A（isobutyryl-CoA）、异戊酰基辅酶A（isovaleryl-CoA）以及乙酰辅酶A（acetyl-CoA）作为起始底物。以上数据指出重组PcPKS1是一个具有查尔酮合酶（CHS）和苯亚甲基丙酮合酶（BAS）活性的双功能酶。Southern blot杂交结果表明，在虎杖基因组中存在2-4个PcPKS1基因的拷贝。Northern blot杂交结果表明，PcPKS1可能在防御病原菌和草食动物方面起着重要作用。PcPKS1和PcPKS2共同从虎杖中被分离的事实极有可能暗示了苯丁烷类化合物（phenylbutanoid）及其衍生物存在于虎杖中。 Ⅱ 高山红景天酪醇生物合成代谢途径机制研究 高山红景天（Rhodiola sachalinensis A. Bor）是景天科（Crassulaceae）红景天属多年生草本植物，作为一种适应原性中草药在中国的应用史已经超过800年。最近红景天提取物作为一种重要的商业药用制剂资源，其应用遍及欧洲、亚洲和美国，其主要治疗范围包括抗变应性和消炎，提高心理机敏性等。目前已经非常明确，红景天甙（salidroside）和甙元酪醇（tyrosol）是红景天属植物的主要功效成分，主要分布于这类植物的根中并且具有抗缺氧、抗疲劳、延缓衰老、预防紫外线辐射伤害等功效。红景天甙为酪醇8-O-β-D葡萄糖甙，是酪醇在葡萄糖基转移酶UDP-glucosyltransferase (UGT) 的催化下糖基化后形成的，可以认为是酪醇在植物体内的贮存形式。酪醇作为一种重要的活性分子，同样存在于橄榄树和葡萄酒中。 虽然已经非常明确酪醇来自于莽草酸代谢途径，然而其具体的生物合成途径及其调控仍不明确。总结以往的报道，在酪醇的生物合成上主要存在两种观点：一是酪醇可能来自于苯丙烷代谢途径产生的4-香豆酸（4-coumaric acid）前体;二是来自于酪氨酸的酪胺（tyramine）可能是酪醇生物合成的直接前体。我们的工作兴趣主要围绕着鉴别高山红景天中的酪醇生物合成途径展开： 高山红景天内源苯丙氨酸解氨酶PALrs1的过表达对红景天甙积累的影响 红景天甙是来自于药用植物高山红景天的一种适应原性新型药物，其生物合成途径可能起始于苯丙氨酸或酪氨酸。由于高山红景天野生植物资源的匮乏和相对含量很低，阐明红景天甙的生物合成途径对于增加红景天甙的供给至关重要。在我们以前的工作中，运用cDNA末端快速扩增技术（RACE），一个编码苯丙氨酸解氨酶phenylalanine ammonia-lyase (PAL)的cDNA从高山红景天中被克隆，命名为PALrs1。在本研究中，PALrs1置于35S启动子+Ω增强子序列的控制下通过农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）介导法转化回高山红景天。PCR 和 PCR–Southern blot分析结果表明，PALrs1已经整合到了转基因植物的基因组上。Northern blot杂交结果表明，PALrs1已经获得在转录水平上的高水平表达。与预期的结果相同，高效液相色谱High-performance liquid chromatography (HPLC)测定结果显示PALrs1的过表达引起4-香豆酸含量增长3.3倍。然而，与之相反的是，酪醇和红景天甙含量与对照相比反而分别下降4.7和7.7倍。此外，我们发现PALrs1的过表达造成酪氨酸含量下降2.6倍。这些数据暗示着PALrs1的过表达和4-香豆酸的积累并不能促进酪醇的生物合成。酪醇，作为一种苯乙烷类衍生物并非来自苯丙氨酸，而酪氨酸含量的下降则极有可能是酪醇生物合成和红景天甙积累大规模下降的直接原因。

氨对草鱼的急性和亚急性毒性

试验测定了氯化铵对草鱼的急性和亚急性毒性。急性试验采用26,47,60和125日龄的草鱼,亚急性试验用60日龄草鱼种,经0.970,0.455,0.099,0.054和0.012(对照)毫克NH_3/升(未离解氨,un-ionized ammonia)暴露45天。26,47,125日龄草鱼的96小时LC_(50)(半数致死浓度)分别是0.570,1.609和1.683毫克NH_3/升,而47,60,125日龄的48小时LC_(50)则分别为1.727,2.050和2.141毫克NH_3/升。急性毒性试验结