摘要：以新型功能材料为驱动元件的微执行器是精密加工、超精密加工和微机械发展的关键技术之一,对其驱动元件、结构设计、加工制造和精密测控等方面的研究具有重要的科学意义和实用价值。分析了国内外研究热点和具有代表性的压电、形状记忆合金和磁致伸缩材料等功能材料的优异性能及其微执行器的驱动原理和结构特点,阐述了功能材料驱动的微执行器技术的发展趋势,指出了功能材料驱动微执行器技术发展的关键技术。

摘要：功能材料的结构设计与性能调控是材料科学与凝聚态物理领域的前沿热点问题,功能基元的人工序构成为近年来提升材料功能特性、探索新奇物理现象的新范式.准确理解功能基元构筑的新材料宏观物性的起源要求精确地表征功能基元的结构、形态和分布,明晰功能基元之间耦合效应.具有皮米测量精度的像差校正透射电子显微镜是解析低对称性材料和复杂化学体系材料原子结构、化学组成和电子组态的重要工具,为实现高精度、多维度表征功能基元及其空间的构筑方式、建立构-效关系提供了新途径.本文通过选取不同尺度下的代表性功能基元,论述了皮米尺度下功能基元的本征特性与空间排布,及其与宏观物性之间的关联,突出了像差校正透射电子显微学的突破和发展,为理解基元构筑的功能材料功能性起源提供了坚实的基础.

摘要：食品安全问题是关系人民生命健康和经济社会和谐发展的重大问题。食品类样品残存的痕量有毒有害物质对人体健康产生潜在危害。因此,需要高效的吸附材料用于食品类样品预处理及检测。金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)是一类新型的多孔功能材料,具有高孔隙度、高比表面积、结构可设计与调控、孔径可调及良好的化学和热稳定性等优点。MOFs的早期研究主要集中在结构及功能化设计方面,近年来MOFs及其功能材料在各领域的潜在应用逐渐成为新的研究热点。MOFs具有高度发达的孔隙结构,易通过功能化改变材料表面性质,不同的金属元素和配体种类,以及配位方式的多样化特性,极大地丰富固相萃取的固定相材料种类。尤其是在复杂基质样品预处理中,MOFs及其功能材料表现出强富集能力、强抗基质干扰能力、优异的选择性以及环境友好等优势。本文综述了近几年MOFs及其功能材料在食品和水样品中有害物质预处理方面的研究进展,并对这类材料应用在食品安全分析方面的发展进行了展望。

摘要：电沉积是改善金属基材性能的主要方法之一,但目前单一的沉积技术已经无法满足功能材料制备等方面的诸多要求,故研发了许多新技术来克服常规沉积过程所引起的镀层缺陷。激光辅助电沉积(LAED)是一种在电沉积系统中引入激光辐照以实现高速、高质量和高选择性沉积的技术。与传统电沉积过程相比,LAED技术具有辐照区域沉积速度快、可定域沉积及促进纳米结构形成等优势。虽然目前对LAED技术的研究多以其作用机制为主,但由于激光与电沉积共同作用的过程较为复杂,对其作用机制的研究仍不够系统;且激光设备较为昂贵,沉积装置也需要特定的设计。这些因素导致该技术工艺体系不够完善、应用范围有限。随着小型、高性能激光器和各类监测手段的发展,该技术会有更多的优势和更广泛的应用。本文综述了LAED技术的作用机制及装置组成,从激光在溶液中的作用、LAED沉积过程和激光与电沉积协同作用三方面对作用机制进行分析,发现不同实验条件会对沉积物质的结构和形态产生较大的影响,故通过调节激光辐照系统与电沉积系统的相关工艺参数可得到具有不同性能的镀层。激光辅助电沉积技术的代表性应用是制备无掩膜微图案、高质量镀层及各类微结构功能材料。本文期望为LAED技术的装置设计及其在各类功能材料方面的应用提供一定参考。

摘要：稀土近红外荧光材料具有特征发射峰尖锐、光稳定性好和毒性低等特点。近年来,稀土近红外荧光材料在光纤通讯、激光系统、生物分析传感器及生物成像等方面的应用价值日渐突显,引起了研究者们的极大关注。特别是稀土近红外荧光材料已发展成一种新兴的荧光标记材料,并有希望替代有机染料和量子点应用于生物分析和医学成像。基于稀土近红外发光的荧光探针具有低自荧光背景、宽斯托克斯位移、强抑制光漂白、深层穿透组织和短暂分辨的优势,有潜力成为高灵敏度、高选择性的检测手段。利用稀土离子制备的各种荧光材料,如上转换纳米晶、介孔材料、脂基胶体、离子液体、离子胶体、金属有机框架等,由于荧光敏化机理不同,其近红外荧光性能也各有千秋。然而,稀土近红外荧光的真正挑战仍是提高近红外发光的量子效率。本文结合近红外荧光领域的最新进展,综述了不同的稀土近红外荧光设计思路,介绍了各种近红外稀土荧光功能材料,阐述了稀土离子在近红外荧光功能材料中的优势,并展望了稀土近红外荧光材料的发展前景。

摘要：液滴微流控技术可控制备功能微粒材料目前一直局限于实验室规模产量,制约着规模化的产业应用。本文基于微通道并行概念,以数量放大为基本原则,设计了八通道并行的微流控放大模块,模块由位于不同平面的两相流体的分配功能区和液滴制备功能区构建组合而成。借助激光雕刻技术以PMMA作为基板材料进行加工制造,实现了规模化制备均匀液滴的目的。同时研究了流速控制对各个通道液滴制备过程的影响,分析了微通道阵列由于流体分配关键问题所产生的放大效应。两种通道阵列形式对比实验表明,环形阵列制备出液滴的均匀性比线性阵列提高近42.4%,主要得益于完全对称的环形阵列减小了结构性因素对流体分配性能的影响。并借助环形并行模块平台大规模制备了具有广阔应用前景的壳聚糖微球,平均粒径为540.59μm,CV值为2.73%,并行放大模块在提升产量的同时确保了微球的高单分散性。

摘要：插层结构功能材料是近年来迅速发展的一类新型功能材料。北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室多年来以插层结构功能材料的研究为基础,针对"以功能为导向的结构设计"等关键科学问题展开了大量基础和应用研究,实现了对材料微观主客体的设计和介观、宏观结构的调控,制备了多种新型插层结构功能材料,广泛应用于催化、环保、医药、纺织、塑料、建材等国民经济诸多领域。

摘要：纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystal, CNC)具备高强度、高模量、结构可控、易于表面修饰、生物相容性、生物可降解性,在刺激响应功能材料的设计组装过程中扮演着越来越重要的角色。作为一类具有"智能"行为的大分子体系,刺激响应功能材料在受到外部环境的刺激时,能够做出灵敏响应,体现出设定的相应功能,CNC的引入不仅能够调控其力学性能,表面存在的羟基、羧基也为丰富材料的刺激响应源提供了便捷途径。本文从CNC的化学结构切入,介绍了CNC的特性及其构建的刺激响应功能材料的合成思路,并以刺激"开关"为主线,重点介绍了基于CNC的水、pH、热、光单一或多重刺激响应功能材料的研究进展,最后指出,提高纤维素纳米晶体表面修饰改性效率,拓宽多重刺激响应性,实现高性能的基于纤维素纳米晶体的多重刺激响应功能材料的制备是未来该领域的研究重点。

摘要：氨基化改性可有效地破坏纤维素固有的结晶结构,赋予纤维素一定的碱性,改善纤维素的水溶性,极大地提升了纤维素的利用价值。文中对氨基纤维素的合成路径及结构特征进行了归纳总结。通过具体实例分析,总结了氨基纤维素在吸附、生物医药、催化剂和酶蛋白固载领域的应用,提出了氨基纤维素绿色合成、生物相容性分析、仿生材料设计等研究发展方向。期望为氨基纤维素的利用提供理论参考,为氨基纤维素的研究提供方向。

摘要：资源匮乏、能源短缺、环境恶化已经成为关系到当今社会能否持续发展的三大问题。材料作为社会进步的先导和基础,为人类带来巨大物质财富的同时也引发了材料制造、使用及废弃过程中能源资源的过度消耗以及环境负荷的激增问题。随着人们对环保、健康和公共卫生安全意识的显著增强,集“材料-环境-生态-健康”设计理念于一体的生态环境功能材料越来越受到学术界、产业界与教育界的广泛关注,正逐渐成为材料科学与工程学科及战略性新兴产业发展的新增长点。生态环境功能材料的研发不仅遵循材料生命周期评价原则、倡导绿色材料技术、赋予功能材料以优异的环境协调性,而且更加注重环境净化、环境修复、有益健康等生态环境健康功能。非金属矿物不仅种类繁多、储量丰富、价格低廉,而且具有与自然环境协调性最佳的特点,这使其在制备生态环境功能材料的过程中具有天然优势。目前,以天然矿物资源为主要原料开发的生态环境功能材料在环境污染防治和微环境调控功能方面已展现出巨大的应用潜力。本文介绍了生态环境功能材料的内涵、基本概念和新发展,以海泡石、蒙脱石、电气石、硅藻土、生物炭和铁尾矿等矿物为主要原料系统地构筑了典型生态环境功能材料的研究进展和发展动向,分析了生态环境功能材料学科研究和产业发展趋势,以期为生态环境功能材料产业的未来发展和创新人才的培养提供参考。