PMMA/SAN共混物薄膜表面相分离动力学的原位AFM研究

本论文主要借助原子力显微镜（AFM）、X-射线光电子能谱（XPS）等实验手段，纳米尺度上在线原位地研究了高温临界组成PMMMA/SAN（50／50，w／w）共混薄膜体系，分析并探讨了此共混薄膜表面相分离及其超薄膜体系的润湿／去润湿和相分离行为。首先，从敲击式AFM中相位图的成像原理出发，建立了一个高温下用原位AFM定性鉴别不同聚合物的纳米尺寸微区的方法，即：先在基底（硅）上铺展一层非常平坦的单一组分（SAN）薄膜，再在此千膜上，通过旋涂由选择性溶剂（冰醋酸）配制的另一组分（PMMA）的极稀溶液，使之不能形成一层连续的完整膜，最后在高温（175℃）下用敲击模式的原子力显微镜（TM-AFM）检测相位图随退火时间的变化。得到在175℃的相位图中，PMMA富相比SAN的富相显得更暗，这为后续工作提供了定性鉴别相区的方法。其次，高温下用原位AFM研究了PMMA/SAN薄膜表面相分离过程，在线观察了相分离的归并过程，定量地得到了临界相分离温度，并给出了特征波矢对时间依赖关系的标度指数，划分了相分离动力学演变的不同阶段。对于膜厚约为130nm的体系，表面相分离的临界温度大约为165℃，其表面相分离的特征波矢与时间的标度关系q+（t）-t-n，在整个实验时间内，随时间的演变过程中，显示了两个不同的指数变化区，即前期很慢的n=0.13和后期的n＝1／3。0.13的指数关系可能是由于表面聚合物链的几何受限及表面富集相把部分新生成的另一相覆盖所致，1／3的指数关系可以认为是由普遍的Brownian扩散所致。而对于膜厚为50曲的此组成共混薄膜，得到的标度关系与C汕n线性理论吻合得非常好的Spinodal Deposition（SD）表面相分离的初期，即n＝0，这是由于降低膜厚 增加了共混物的相容性，提高了临界温度，从而减缓了相分离过程，使得在我 们观测的时间范围内更易观察到表面相分离的初期。再次，用阶梯式降温的好M和XPS，发现了PMMA/SAN体系原位和离位实验结果存在巨大差别的主要原因之一—润湿温度的存在。对PMMA/SAN（50／50，w／w，-130nm）共混薄膜体系，原位AFM的退火和准淬火实验表明， 虽然在高温和室温、真空和常态、原位和离位，相分离的聚合物共混薄膜表面 形貌变化不大，但是表面物理性质却有很大的区别。原位XPS实验表明，未经 任何处理的样品在185℃退火时，很快在离表面很薄的下面形成一层PMMA含 量远低于本体值的薄层，之后最表面的PMMA也往本体迁移，直至表面SAN 的含量远高于它的本体值。对已在175℃退火20hr的此样品，逐渐降温退火过 程的原位XPS表明，当退火温度降至145oC时，样品表面几乎完全被PMMA覆盖，很好地验证了Conlposto等提出的润湿温度的假设，即对此体系，润湿温 度是原位和离位存在巨大的差异的主要因素之一，这与原位AFM的实验结果也，存在很好的一致性。最后，高温下原位观察了硅基底上PMMA/SAN超薄膜（膜厚-Rg）的去润湿、相分离过程和PMMA在基底上的润湿过程，以及云母基底上的该体系高温下的稳定润湿行为。以硅为基底的PMM刀sAN共混超薄膜在155”c下发生了类 似sPinodal dewetting的去润湿，其原因可能是在垂直于基底的浓度梯度引起的表面组成的涨落，对这种去润湿的动力学还进行了探讨。以硅为基底的PMMA/SAN共混超薄膜在175℃下不仅发生了类似spinodal dewetting的去润 湿，而且还发生了去润湿液滴内部的相分离以及相分离析出的PMMA润湿硅基底的过程，提出了一个简单的模型描述了这种复杂的过程。此外，还研究了不同基底对此共混超薄膜体系的润湿行为进行了研究，以云母为基底的此共混体系在175℃下长时间内是稳定的，其原因可能是云母与PMMA和SAN均有很强的作用力，足于补偿聚合物链在构象嫡上的损失。

聚丙烯酰胺水凝胶的制备与应用研究

本文分三部分论述了聚丙烯酰胺水凝胶的制备、结构、性质和在大分子稀水溶液浓缩方面的应用。I、聚丙烯酰胺水凝胶的制备与研究用以下两种不同方法制备了丙烯酰胺（AM）-丙烯酚钠（AANa）共聚物水凝胶：i、AM-AANa直接辐射共聚：ii、AM水凝胶辐射均聚，再经碱水解。考察以上两个体系的凝胶化剂量，发现前者比后者的凝胶化剂量大一个数量级。理论推导得到水凝胶溶胀比Q_m，与吸收剂量R和共聚物中AANa含量Z之间存在以下关系式：Q_m~(-2/3) ∝ R/Z并用实验证实了所得到的理论关系式。在研究水凝胶溶胀比的影响因素时发现，水凝胶的溶胀比并不随其中的离子基团（-COO~-）含量的增加而无限增加。AM均聚物水凝胶和AANa均聚物水凝胶的溶胀比都不是很大（均不超过400），只有当两者以一定比例混合共聚时，才有最大的溶胀比（大于2000），提出了“有效阴离子”的概念以解释这些现象。在研究pH值对AM-AANa共聚物水凝胶溶胀比的影响时发现，在溶液pH为2.5-3.5之间，水凝胶发生了可逆的相转移，已吸水溶胀的水凝胶突然收缩，释放出所吸入的水，前后体积相差400倍。此外，溶液中无机盐浓度对水凝胶的溶胀比影响很大。当无机盐浓度大于0.01M时，其溶胀比急剧下降。II、用~(13)C-NMR技术研究AM-AANa辐射共聚物的序列分布用以下两种方法合成了线性AM-AANa共聚物：i、AM-AANa直接辐射共聚，ii、AM辐射均聚，再经碱部分水解。研究了AM-AANa共聚体系和AM均聚体系的吸收剂量，对单体转化率和聚合物分子量的影响。用~(13)C-NMR技术研究了AM均聚物、AANa均聚物和AM-AANa共聚物分子链的微观结构。AM均聚物和AANa均聚物中，羰基振动峰的化学位移分别约为180 ppm和185 ppm；而AM-AANa共聚物的羰基振动峰明显分裂成丙烯酰胺（M）和丙烯酸（A）两个区域，而每个区域又分裂成三重小峰。根据这些小峰的相对面积，可以得到其对应三组元的相对强度，由此得到共聚物的序列分布。我们研究了两种不同方法得到的AM-AANa共聚物的序列分布，将各三组元的相对强度，同由一级Markov统计模型所得到的理论曲线进行了比较，结果表明：i、对于AM-AANa直接共聚物，以M为中心的三组元M（M-bar）M、M（M-bar）M、A（M-bar）M的相对强度值同理论曲线较符合，而以A为中心的三组元A（A-bar）A、M（A-bar）A、M（A-bar）M的相对强度则同理论曲线有较大偏离。ii、对于部分水解产物，结果正好相反，即以A为中心的三组元的相对强度值同理论曲线较符合。iii、直接共聚物嵌段成份较多，A（A-bar）A的相对强度值较大；而部分水解产物交替成份较多，M（A-bar）M的相对强度较大。III、水凝胶吸水法浓缩大分子稀水溶液 蛋白质等生物高分子极不稳定，温度、压力等外界条件的变化，都可以导致蛋白质分子的变质，因而其稀水溶液的浓缩是一般方法难以实现的。本工作用AM-AANa共聚物水凝胶吸水溶胀的办法浓缩蛋白质稀水溶液。由于蛋白质分子具有巨大的排斥体积而不被水凝胶吸收，因而其水溶液得到浓缩。本方法在常温常压下进行，不会导致蛋白质分子的变质，而且浓缩过程中并不需要特殊的装置，因而此方法具有很大的可行性。利用AM-AANa共聚物的相转移现象，通过改变pH值，使吸水溶胀的水凝胶收缩，把所吸入的水释放出来，从而可反复使用水凝胶。我们对几种蛋白质分子稀水溶液进行了浓缩试验，浓缩效率均在80%以上，并发现影响浓缩效率的主要因素有以下几种：i、对于不同的蛋白质水溶液，其浓缩效率不同；ii、对于同一种蛋白质分子，浓缩效率与水溶液的浓度有关，溶液越稀，浓缩效果越好；iii、浓缩效率与水凝胶的交联密度有关。对AM-AANa共聚物水凝胶，可通过调节其吸收剂量R，改变其浓缩效率。

基于Vif-APOBEC3G相互作用的抗HIV-1药物研究

载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽样蛋白3G(apolipoprotein B mRNA-editing enzyme catalyticpolypeptidelike3G,APOBEC3G或A3G)是人体天然抗病毒分子,可以使病毒逆转录形成的cDNA的胞嘧啶(C)脱氨为尿嘧啶(U),产生鸟嘌呤(G)→腺嘌呤(A)超突变,导致病毒转录产物突变,从而达到抑制病毒复制的作用。HIV-1的辅助蛋白Vif,可与APOBEC3G相互作用并导致其被降解,使得这一天然抗病毒机制失效,进而增强了HIV的感染力。Vif与APOBEC3G这种相互作用为抗HIV药物提供了新靶点。针对Vif-APOBEC3G相互作用的抗HIV抑制剂已经成为研究热点。本文综述了Vif和APOBEC3G的结构、二者的相互作用,以及基于这一相互作用的抗HIV-1抑制剂研究进展。

HIV抗原抗体联合检测试剂盒适用于体外病毒感染p24抗原检测

比较Vironostika HIV UniformⅡAg/Ab抗原抗体联合检测试剂盒、Vironostika HIV-1 p24抗原检测试剂盒和自制p24单克隆抗体在实验室检测不同HIV毒株体外细胞感染复制的灵敏度。比较3种检测方法在抗HIV药物筛选研究中的应用。方法：HIV抗原抗体联合检测试剂盒和p24抗原检测试剂盒检测严格按说明书操作。自制p24单克隆抗体检测HIV-1 p24抗原采用Fc抗体捕捉双抗夹心法。结果: 3种检测方法检测病毒谱相同，p24抗原检测试剂盒灵敏度最高，HIV抗原抗体联合检测试剂盒其次，自制p24抗原检测法灵敏度最低。检测抗HIV药物AZT 和 IDV抑制病毒复制的剂量曲线，HIV抗原抗体联合检测试剂盒与自制p24抗原检测法均可呈现很好的“S”型剂量曲线，检测IC50一致。HIV抗原抗体联合检测试剂盒灵敏度比自制p24抗原检测法高20倍。p24抗原检测试剂盒灵敏度高但检测范围窄(5-80pg/mL)，导致剂量曲线不明显。 结论: HIV抗原抗体联合检测试剂盒适用于实验室体外病毒感染复制的p24抗原检测。

光子晶体在Si基发光器件中的应用

在Si基集成光电子学的发展中,实现高效的Si基光源始终是人们期待的目标.但是Si材料的间接带隙特性导致其发光效率低.目前,已经探索了多种Si基材料体系以提高Si材料的发光效率,但是尚未取得突破性的进展.近年来,光子晶体以其独特的控光能力而备受人们的关注,将光子晶体引入到Si基材料体系中可以显著提高Si基材料的发光效率,这无疑对Si基光电子学的发展起到了重要的贡献.本文简述了利用光子晶体提高Si基材料发光效率的机制,介绍了光子晶体在几种Si基材料中的应用,探索了Si基光子晶体发光器件的潜在应用前景.

GaNAs/GaAs中的激子局域化和发光特性

通过多种光谱手段研究了GaNAs量子阱和体材料中的局域态和非局域态的不同光学特性.在超短激光脉冲激发下,第一次在GaNAs/GaAs量子阱发光光谱中,观察到非局域激子发光.选择激发光谱表明,局域中心主要聚集在GaNAs、GaAs异质结界面.在低N含量的GaNAs体材料发光光谱中,除了与N相关的局域态发光外,也发现发光特性完全不同的GaNAs合金态发光.这些结果为理解Ⅲ-V-N族半导体的异常能带特性具有十分重要的意义.

Material Growth and Device Fabrication of GaN-Based Blue-Violet Laser Diodes

Studies on first GaN-based blue-violet laser diodes(LDs) in China mainland are reported.High quality GaN materials as well as GaN-based quantum wells laser structures are grown by metal-organic chemical vapor deposition method.The X-ray double-crystal diffraction rocking curve measurements show the full-width half maximum of 180" and 185" for (0002) symmetric reflection and (10(-1)2) skew reflection,respectively.A room temperature mobility of 850cm2/(V·s) is obtained for a 3μm thick GaN film.Gain guided and ridge geometry waveguide laser diodes are fabricated with cleaved facet mirrors at room temperature under pulse current injection.The lasing wavelength is 405.9nm.A threshold current density of 5kA/cm2 and an output light power over 100mW are obtained for ridge geometry waveguide laser diodes.

微光成像系统信噪比及图像探测特性研究

分析了电子轰击电荷耦合器件(EBCCD)微光成像系统的噪声源,建立了系统的信噪比模型,指出了在微光成像系统本身的增益和量子效率等性能确定的条件下,成像系统输出图像信噪比不仅仅与输入面照度有关,还与输入图像的空间频率有关,并通过实验得到了证明,指出了经典的图像探测方程(Rose方程)的不完善之处.

Electronic investigation of self-organized InAs quantum dots

Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) has been applied to investigate the electronic properties of self-organized InAs quantum dots. The energies of electronic ground states of 2.5ML and 1.7ML InAs quantum dots (QDs) with respect to the conduction band of bulk GaAs are about 0.21 eV and 0.09 eV, respectively. We have found that QDs capture electrons by lattice relaxation through a multi-phonon emission process. The samples are QDs embedded in superlattices with or without a 500 Angstrom GaAs spacing layer between every ten periods of a couple of GaAs and InAs layers. The result shows that the density of dislocations in the samples with spacer layers is much lower than in the samples without the spacer layers.

沙地樟子松水分生理生态特征及其适应性——以科尔沁沙地东南缘为例

沙地樟子松天然分布于大兴安岭以西的呼伦贝尔草原红花尔基一带，分布范围虽然相对狭窄，但其具有重要的防风、固沙等生态功能，而且，该区沙地樟子松林的分布范围正呈现不断扩大的趋势。然而，在引种区（科尔沁沙地东南缘），20世纪70~80年代曾经引起国际关注的沙地樟子松人工林，自从90年代初以来，逐渐出现了以枯梢、生长下降，甚至死亡等为特征的衰退现象。与此同时，沙地樟子松人工造林仍在北方干旱、半干旱沙区大面积推广。面对如此具有重要防风固沙作用并在大范围推广的沙地樟子松人工林，解释其为何衰退，其机理如何，回答现存沙地樟子松人工林发展方向及培育等理论和实践问题，成为目前面临的巨大挑战。 本论文在对沙地樟子松天然分布区与引种区野外调查、气候差异性对比分析的基础上，结合对引种区沙地樟子松幼苗、幼树及中龄林的水分生理生态过程实验，研究了沙地樟子松在引种区自然条件和干旱胁迫下的光合生理和水分生理生态特征；重点分析了水势、气孔导度等生理因素和土壤含水量、光合有效辐射、气温、空气相对湿度等生态因素对净光合速率、蒸腾速率的影响。结果表明： 1）较低、较长的低温和降雪覆盖有利于沙地樟子松更好的生长；运用De Martonne干燥度指数对气候类型进行划分，沙地樟子松引种区（科尔沁沙地东南缘）生态系统应为草地或疏林草地生态系统。 2）引种区近50 a来年平均温度存在着明显的线性上升，平均每10 a增温0.185 ℃；该区年平均降水量没有显著的变化趋势，但是，在过去的50 a里，该区平均每15 a 左右出现1次大旱。 3）在引种区多年年平均降水量条件下，沙地樟子松幼苗80%以上的时间处于受胁迫的状态，17%的时间处于不受水分胁迫的状态，而仅有1%左右的时间处于不能利用土壤水分的状态；在不同密度、不同年龄的沙地樟子松人工林中，土壤可溶性盐总量都很低，对沙地樟子松林木生长不会造成盐分胁迫；由于地下水位的急速下降，目前，引种区大部分地方地下水不能被沙地樟子松所利用。 4）随着模拟年降水量的减少，沙地樟子松幼苗的生长明显受到抑制，针叶水势、蒸腾速率、光合速率均有下降，各部分生物量积累明显降低；当模拟年降水量低于350 mm时就已经对沙地樟子松的生长产生了较大的限制。 5）在科尔沁沙地东南缘，影响沙地樟子松生理生态特征的主要因素为水分条件，特别是在树高生长旺季以及生长末期，而在生长中期，主要是光照和水分共同影响沙地樟子松的生长；在沙地樟子松天然分布区（红花尔基），影响沙地樟子松生长季节中期生理生态特征的主要因素也是水分和光照条件，这与在科尔沁沙地东南缘樟子松生长中期观测到的结论一致。然而，与天然沙地樟子松相比，引种区沙地樟子松每天干物质的积累增加为天然分布区的3~13倍，每天蒸腾耗水量为天然分布区的7~19倍。 综合以上对引种区的生态气候、水分条件以及沙地樟子松本身生理生态特征的分析结果得出，引种区与天然分布区水、热差异导致引种区沙地樟子松在年内的生长期延长（与天然沙地樟子松相比），以及在生长季节每天蒸腾耗水量的剧增及耗水时间的延长；同时，在引种区由于年内降水分布极不均衡，冬季降雪覆盖少，导致4、5、9三个月份的水分极度亏缺，该季节引种区水分亏缺严重限制了沙地樟子松的生长。大面积营造纯林、地下水位急剧下降（目前，引种区大部分林地的沙地樟子松已不能利用地下水）以及引种区每15 a左右一次的特殊干旱是导致沙地樟子松死亡的最直接原因。从个体水平上来说，近50 a的引种驯化，沙地樟子松并没有完全表现出适应引种区生长环境的迹象。最后，基于以上对沙地樟子松人工林衰退分析的基础上，提出了对现存沙地樟子松人工林总体经营的方向及具体经营对策。