纳米化学论文范文篇1

引言?

传统的葡萄糖生物传感器是利用固载了葡萄糖氧化酶的酶电极实现对葡萄糖，高选择性和高灵敏度的检测。但是由于酶本身受温度论文联盟、ph值等的影响，在一些特殊的化学环境中，酶易丧失活性而使电极不稳定。人们已对各种电流型非酶型传感电极对葡萄糖的直接氧化进行了广泛的研究。各种金属电极，例如pt，au等在高的过电势下对葡萄糖有高的催化作用。然而，这些电极表面易受到毒害和污染，价格比较昂贵。此外，许多研究报道了包括ni??\?，cu??\?，金属氧化物（mno?2，cr?3o?4）??\?、金属铁氰化物??\?等修饰电极具有良好的电子转移速率，对葡萄糖有高的响应。其中金属铁氰化物修饰电极具有制备方法简单、化学性质稳定、良好的电催化性能及电色效应、价格低廉等优点,因而成为电分析化学的研究热点??\?。?

阳极氧化法制备的二氧化钛纳米管列阵（tnts）电极具有价格低、生物兼容性、良好电导性和有序的孔道结构??\?。因此，tnts电极可作为一种负载纳米颗粒的良好支持电极。本研究利用阳极氧化法制备tnts电极，将该电极焙烧后沉积纳米镍粒子，并通过循环伏安法将ni纳米粒子转化为纳米铁氰化镍（nihcf）。这种修饰电极制备方法简单、价格低廉，对葡萄糖具有高的灵敏度、良好的重现性和稳定性。2实验部分?

2.1仪器与试剂?

yj?44型直流稳压电源（上海沪光仪器厂）；autolabpgstat30电化学工作站（荷兰autolab公司）；chl660a型电化学工作站（上海辰华仪器公司）；jsm?5600lv型扫描电子显微镜（日本电子公司）。?

纯钛片（纯度99.6%）；葡萄糖（sigma公司）；其它试剂均为分析纯。实验用水均为二次去离子水。?

2.2修饰电极的制备?

2.2.1tio?2纳米管阵列（tnts）电极的制备将1cm×1cm的钛片用金刚砂纸打磨光亮后，依次用18%hcl溶液、乙醇和纯水各超声10min，再用二次蒸馏水清洗，晾干。在室温下，以预处理的钛片为阳极，pt电极为对电极，电极间距保持约3cm。0.15mol/lhf为电解质，以稳压稳流电源提供直流电源，在20v电压下阳极氧化2h后，取出样品用去离子水清洗，晾干，并在400℃氮气气氛中焙烧3h。?

2.2.2纳米镍/tio?2纳米管阵列（ni/tnts）修饰电极的制备

将焙烧好的tio?2纳米管阵列电极作为工作电极，镍板为辅助电极，电解质组成为300g/lniso?4•6h?2o，45g/lh?3bo?3溶液，采用脉冲电化学沉积法将镍纳米颗粒负载于二氧化钛纳米管孔道内得到纳米镍/tio?2纳米管阵列修饰电极??\?。?

2.2.3纳米铁氰化镍/tio?2纳米管阵列（nihcf/tnts）修饰电极的制备将制备的电极在10mmol/l

转贴于论文联盟

k?3fe（cn）?6和0.5mol/lna?2so?4溶液中扫描直至峰电流达到平衡，电压范围0～0.8v，扫描速率为?50mv/s?，得到nihcf/tnt电极。?

2.3测试方法?

以修饰电极为工作电极，ag/agcl（饱和kcl）电极为参比电极，铂电极为辅助电极，电压范围为0～?0.6v?，利用循论文联盟环伏安法在1mol/lnaoh溶液中研究了葡萄糖在修饰电极上的电化学行为。在恒电位分别为0.4和0.6v的条件下，通过安培响应曲线测定电极的线性范围。电极每次使用后，用水冲洗，然后置于1mol/lnaoh溶液中，于0～0.8v之间循环扫描30圈，消除吸附在电极表面的葡萄糖和再生电极。

3结果与讨论?

3.1修饰电极的表征?

图1a为焙烧后的二氧化钛纳米管的表面形貌，纳米管的管径约为100nm，管壁为15nm左右。通过脉冲电沉积的方法将纳米镍粒子沉积在tnts电极的表面和管壁上。从图1b可见，沉积的镍纳米粒子直径约为40nm，插图中可以看出纳米镍颗粒高度分散在二氧化钛管壁上，具有高的比表面积。为了得到纳米nihcf修饰tnts电极，利用电化学的方法将纳米镍转化为nihcf??\?。图1c为得到的nihcf/tnts电极，电极表面的粒子尺寸与图1b基本一致。?

3.2修饰电极的电化学行为?

图2a是不同电极在pbs（ph7.0）缓冲溶液中的循环伏安图。tnts电极和ni/tnts电极未出现氧化还原峰，而nihcf/tnts电极呈现一对可逆的氧化还原峰。这是由于在tnts上形成的纳米nihcf?的fe??3＋?/fe??2＋?的氧化还原??\?。为研究修饰电极上的纳米nihcf在碱性溶液中的电化学性质，图2b示出了nihcf/tnts电极在1mol/lnaoh溶液中不同扫速下的循环伏安图。氧化还原峰不是fe??3＋?/fe??2＋?所引起的，而归因于电极表面的nihcf中的ni??2＋?和ni??3＋?之间的相互转化。该氧化还原反应表示如下??\?：?

ni（oh）?2＋oh?－nio（oh）＋h?2o＋e?

在10～300mv/s的扫描速率下，对应的峰电流与扫描速率的平方根成良好的正比关系，这表明电极表面的电化学过程是受扩散控制，而不是表面控制。随着扫速的增加，阴极峰电位负移，阳极峰电位正移，峰的分离电压逐渐增大，标志着电极表面是准电子转移动力学过程。另外，nihcf在碱性支持电解质中具有良好的，可再生的响应。当nihcf处于不同的氧化还原状态时，nihcf的组成结构会通过溶液中置入和置出碱金属离子来维持电极表面nihcf的电中性。因此，nihcf是一种良好的电子媒介体。?

3.3nihcf/tnts电极对葡萄糖的电催化氧化?

图3为nihcf/tnts电极上不同浓度葡萄糖的循环伏安图。当加入一定浓度的葡萄糖后，该电极的阳极峰电流明显增加，表明了电极表面的nihcf对葡萄糖有良好的电催化氧化作用。随着葡萄糖浓度的增加，对应的氧化峰电流也逐步增加，还原峰电流逐渐降低，且氧化峰电位不断向正电位方向移动，这是典型的媒质介导氧化行为。葡萄糖浓度在1～5mmol/l的范围内，氧化峰电流与葡萄糖浓度呈良好的线性关系。该电极对葡萄糖的催化机理如下所示??\?：?

ni（oh）?2＋oh?－nio（oh）＋h?2o＋e?

nio（oh）＋glucoseni（oh）?2＋glucolactone?

3.4线性范围和检出限?转贴于论文联盟

用电流时间的方法考察了nihcf/tnts对葡萄糖的响应性能。图4为nihcf/tnts修饰电极在含有1mol/lnaoh溶液中，电位为0.6v时，连续加入?1mmol/l?葡萄糖的时间?电流响应曲线。修饰了?nihcf的tnts电极对葡萄糖有很高的响应?，响应范围较大，为1～23mmol/l，

插图为对应的线性曲论文联盟线，其线性方程为i（ma）＝0.663c（mmol/l）＋6.352，r?2＝?0.9976?。在用于低浓度检测时，选择的电位为?0.4v?，得到的线性范围为2×10??－3?～1.0mmol/l。当信噪比为3时，检出限为0.5

?symbolma@mol/l。nihcf/tnts电极具有高灵敏度和低的检出限是由于制备的tnts电极本身具有良好的导电性、特殊的阵列结构和表面制备了高分散和高比表面积的纳米nihcf增强了对葡萄糖的响应。?

3.5干扰实验?

实际样品中的电活性物质常常对葡萄糖的准确测定产生影响。在本实验中，主要考察了抗坏血酸和尿酸对传感电极的干扰（图5）。在0.6v的检测电位下，0.1mmol/l抗坏血酸，0.1mmol/l尿酸对?1mmol/l?葡萄糖干扰较小，表明了传感电极的选择性较高。??

纳米化学论文范文篇2

【关键词】纳米材料教学方法教学改革

【中图分类号】TB383.1-4；G642【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2018）11-0241-01

前言

纳米材料与纳米技术是21世纪最令人瞩目的前沿科技研究热点之一，纳米科技的蓬勃发展对众多研究领域，乃至人类社会的生产生活产生了广泛而深远的影响，纳米材料的应用和产业化已经成为世界许多国家相继研究和开发的重点。《纳米材料》是高等院校一门重要的新设课程，具有前瞻性、创新性、专业性和实践性强的特点。《纳米材料》及其相关的课程也是许多高等学校材料学化学专业的本科生或研究生的专业基础课程，本课程的开展有助于让学生了解纳米材料与纳米科技的发展方向，提高学生的创新性思维能力，引导学生开展纳米科学前沿课题研究，培养潜在的科研人才，同时，对《纳米材料》的教学也提出了较高的要求，因此需要认真思考和研究。

1.教学内容改革与优化

目前的教材多是围绕着纳米材料的基本概念和基本特性、表征方法、制备技术、纳米材料在各个领域中的应用情况以及功能纳米材料等内容编写，而其中的内容很多都已过时，比如在碳纳米材料这一部分内容时，十前年的主要内容是针对富勒烯和碳纳米管的讲解，而今天，该部分的内容可更多的偏向于目前研究较为热门的层状石墨烯材料。此外，材料表征方面的内容在本课程中占有相当大的篇幅，直接讲解纳米材料的表征特性使学生不能深入的理解，教学内容上有必要加入适当课时讲解较常用的表征手段的原理和分析方法，如X-射线衍射，扫描电子显微镜，透射电子显微镜，红外，拉曼等的分析手段。

2.教学手段改革

纳米材料涉及的课程范围较宽，有些章节较为抽象，学生首次接触常会遇到知识过于抽象不便于理解的问题，因此传统的教学模式已不再适应当前培养高素质人才的需要，针对这样的问题，应利用多媒体数字化资源如动画来辅助教学，利用当前各种模拟软件如3DSMAX或PHOTOSHOP将抽象的纳米材料的制备及生长过程进行直观展示模拟，激发学生的学习兴趣。此外，先进的仪器设备是科学研究的重要基础，本学院拥有高分辨透射电子显微镜、热场发射扫描电子显微镜、X射线单晶衍射仪、电化学工作站等设备，需借助这些良好的教学科研基础条件，引导学生参与科研活动，培养学生科研素养，为今后继续深造和走向工作岗位打下基础。

3.教学模式改革

在教学实践中，采取“分组教学”模式，即学生以10-15人为一小组，在既定大课题方向内，由学生自主查阅文献资料，选定具体研究题目，设计实验方案，并与导师探讨方案的可行性。学生在教师的指导下独立完成一种纳米材料的合成制备，对性能测试的结果进行分析，并完整独立撰写实验报告。这种方式将加强学生从理论上学习和理解并能拓展到实际的应用中。这种综合性、多样化的教学模式不仅能加强学生对理论课程的理解的重视，并能极大的调动学生的积极性和创造性，锻炼学生的独立思考能力、动手能力、创新能力、分析解决问题的能力及团队精神。

4.考核方式的改革

纳米材料课程的专业性和前瞻性都很强，常规的考核方式达不到反应学生学习能力和掌握程度的效果，相反地，概念性的知识点较多，一味的要求學生通过记忆背诵的方式来达到考试要求，一方面增加了学生的学习负担，另一方面学生也难以深刻理解所学知识点。卷面考试虽有必要，此外应加入撰写论文的考核方式。该种方式能够督促大三学生对上学期所学的文献检索课程的掌握利用，还能在查阅文献完成论文的同时，丰富与纳米材料课程相关的前沿知识，增强了学生论文写作的思路和方法，对大四的毕业论文的规范写作提前得到了锻炼，为今后的科研工作打下基础。

结语

纳米材料涉及范围广，发展日新月异，通过开展教学与实践及科研相结合的教学模式，提高学生们的学习兴趣，培养学生的独立思考能力、创新能力及团队精神。在以后的教学实践中将进一步加强改革创新，为学生的全面发展和综合素质的提高不懈努力。

参考文献：

[1]白春礼.纳米科技及其发展前景[J].新材料产业，2001，4：8-11.

[2]李群.纳米材料的制备与应用技术[M].北京：化学工业出版社，2010.

[3]朱世东，徐自强，白真权等.纳米材料国内外研究进展Ⅱ——纳米材料的应用与制备方法[J].热处理技术与装备，2010（31）.

纳米化学论文范文篇3

关键词：微纳制造;教学方法;虚拟科研;虚拟实验

中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2015）44-0090-02

一、微纳米制造技术课程的背景及特点

微纳米科学与技术已成为一种战略性的、占主导地位的技术，被中国机械工程协会列为影响我国制造业发展的问题之一。微纳米制造技术通过在微纳米尺度范围内对物质的集成与控制，创造并使用新的材料和装置，以实现不同功能的机电或机光电一体化智能系统，涉及电子、机械、光学、物理、化学、材料、制造、生物、信息等多种学科，是制造技术的融合交叉新领域。教育部已经将微机电工程列为机械工程一级学科的五个二级学科之一，相当多的高校陆续开设了相关课程。《微纳米制造技术及理论》作为微机电工程研究的入门课，提高其课堂教学的质量，逐步开展实验教学是非常有必要的。我们在精品化教学内容的基础上，在教学实践中探索了微纳米制造技术及理论课程的虚拟实验与模拟科研教学法，并取得了较好的课堂效果。

二、精品化课程内容

《微纳米制造技术及理论》作为一门导论类课程，内容涵盖了微机械加工、半导体加工、纳米制造和生物制造等种类繁多的微纳米加工方法，且各制造方法的相关性不强，给教学带来了极大的挑战。结合本校特点，我们编排的课程内容从分子操作到纳米加工、从生物制造到仿生制造、从微细机械加工到微细特种加工、从集成电路工艺（IC工艺）到MEMS（微电子机械系统）构成了结构对称的多学科制造技术。在体系编排上从纳尺度制造到微尺度制造、从低维低复杂度制造到高维高复杂度制造、从探索前沿到实用产业构成了循序渐进的知识体系。总体内容涵盖了机械、材料、电子等工程学科知识及物理、化学、生物等基础学科的理论，培养了学科交叉创新的意识。

教学内容组织首先强调“由理及表”，即从原理到应用、从理论到实际，同时强调内容来源的“鲜活性”，即紧密跟踪国际前沿最新科学研究成果，紧跟国家战略需求，最终使学生达到微纳米制造技术基础理论学习和工程应用等综合能力的培养。

三、探索虚拟科研情景教学法

（一）虚拟科研情景教学

技术发展有不以人的意志为转移的内在驱动力，在讲解某项微纳制造技术时，可以通过讲解该技术发明前的客观需求、相关技术和理论发展水平来引领学生的思维，使学生站在研究者的角度去思考如何创造一种“新”的微纳加工方法来解决面临的“历史”问题，从而引出具有内在逻辑必然性的该项微细加工技术。例如在讲解深硅等离子刻蚀技术时，我们首先讲解加速度传感器的历史现状，为提高其灵敏度，亟需高深宽比微纳结构的加工方法，而当时的硅化学刻蚀方法，无法实现高深宽比的微纳加工;等离子加工技术和理论已在集成电路加工中获得应用，如何开展基于等离子刻蚀技术的高深宽比硅加工成为当时的热门研究课题。学生从科学探索的角度和教师一起从化学原理的角度分析基于“SF6+O2”的加工方法，逐渐引出在整理的BOSCH深硅加工工艺。这种基于虚拟科研情景再现的授课方式，不但提高了学生的注意力，还使学生从一个研究者的角度去思考问题，轻松掌握了该微纳米制造技术的用途、原理和特点。

（二）多媒体辅助虚拟实验教学

微纳米制造技术及理论课程知识涵盖面广、信息量大，而教学时间仅有32个学时，如何提高课堂效率成为一个重要问题。除了突出重点，在微纳尺度效应、微机械切削原理、体微硅制造、表面微加工等方面深入讲解外，在装备原理、工艺过程等方面通过多媒体等手段增加形象认识是非常有必要的。例如，光刻过程包含清洗、烘干、涂胶、前烘、对准、曝光、后烘、显影、显影检查、显影硬烘等多步工艺，我们在研究生课的讲解中采用了传统的讲授方法，由于多数学生对相关工艺过程不了解，既不容易抓住重点，也不容易提起兴趣。而在留学生课的教学中，在给学生讲授了光刻的基本原理的基础上，我们采用了播放光刻过程实景录像，穿插关键点讲解的教学方式，这样既提高了课堂效率，又吸引了学生的兴趣，加深了理解的形象化程度。

（三）虚拟科研的考核方式

在《微纳米制造技术及理论》的课程考核中，过去我们多依赖闭卷考试的方式，闭卷考试能考察学生对基础理论的掌握，督促学生在课后进行重点内容的复习和掌握。而在本轮的改革尝试中，我们增加了要求学生写一个课程总结的考核方式。这份课程总结不是对本课程主要内容的综述，而是针对某一项微纳米制造技术的现状综述，并给出一个利用该种加工工艺制作某种新型微结构或微器件的创新性提案。虽然多数学生的提案可行性不大，但至少达到了使学生站在一个科研工作者的角度去了解并利用微纳米制造技术的教学目的。

（四）微纳米制造课的实验教学

通过虚拟科研实验的教学方式，虽然能在一定程度上增加学生的直观认识，但给人最深刻的认识一般还是从实践中获得的。《微纳米制造技术及理论》作为一门实践性很强的课，实验教学是一项重要的教学环节。但本校尚未设立微机电系统工程专业，也没有相关教学实验中心，因此开展实验教学难度很大。为此，本教学团队克服困难，采取特定时间开放科研环境，与教学并用的方案，安排了三堂精彩的实验课教学。首先为使学生对微纳米制造以直观的认识，我们在实验室展示了基于仿生制造技术的功能表面、基于生物制造技术的功能颗粒、基于微机电系统技术的微传感器等成果，并给学生展示了相关的实验环境、加工设备及原理。为进一步加深学生的认识，我们分组进行了光刻工艺试验和溅射工艺试验，使学生体验并认识到加工过程中的难点和技巧，给学生留下了深刻的印象，加深了对课堂知识的认识。此外，通过与半导体加工条件较好的科研单位合作，以创造更优良的教学参观环境，相信能使学生获得更深刻的认识，促进微纳米制造工程实践能力的培养。

四、结语

微纳米制造技术发展迅速，制造学科高年级本科生或研究生具有掌握微纳米制造的基础知识，了解其最新的发展动态及技术现状的强烈需求。要在有限的课堂时间内把丰富的微纳制造相关内容讲授给知识背景和研究方向各不相同的学生具有极大的挑战性。我们从精品化教学内容以增强内容间的逻辑性、开展虚拟科研实验教学实现教学与科研的融合、改善实验条件加深学生感性认识等三个方面做了初步探索，并取得了一定成效，力争为微纳米制造领域的教学改革和学生培养做出贡献。

参考文献：

[1]中国机械工程学会.中国机械工程技术路线图[M].北京：中国科学技术出版社，2011.

[2]张海霞，赵小林，译.微机电系统设计与加工[M].机械工业出版社，2010.

[3]唐道武.微机电系统课程教学改革的思考[J].产业与科技论坛，2012，（11）.