以OTS自组装单分子膜为探针研究TiO 2液相空穴氧化机理

以OTS自组装单分子膜为探针研究TiO 2液相空穴氧化机理
以OTS自组装单分子膜为探针研究TiO 2液相空穴氧化机理

物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.鄄Chim.Sin .,2007,23(7):1113-1116

Received:December 13,2006;Revised:January 31,2007;Published on Web:April 29,2007.?

Corresponding author.Email:xhlu@https://www.360docs.net/doc/7e2476166.html,;Tel:+8625?83588063.

国家自然科学基金(20246002,20236010,20676062),国家杰出青年科学基金海外合作基金(20428606),973项目(2003CB615700),江苏省自然科学重点基金(BK2004215)和江苏省自然科学基金(BK2002016)资助

?Editorial office of Acta Physico ?Chimica Sinica

[Note]

https://www.360docs.net/doc/7e2476166.html,

July 以OTS 自组装单分子膜为探针研究TiO 2液相空穴氧化机理

周雪锋

杨祝红

冯新

陆小华?

(南京工业大学化学化工学院,南京

210009)

摘要:通过引入十八烷基三氯硅烷(OTS)自组装单分子膜作为氧化反应的探针,在排除反应物的吸附和扩散的条件下研究溶胶?凝胶制备的TiO 2薄膜表面光催化空穴氧化初始过程.研究结果表明,在紫外光照下,水溶液中OTS 部分覆盖的TiO 2表面能够很快从憎水变成亲水.存在空穴捕获剂后,TiO 2表面OTS 自组装单分子膜碳链的脱除受到明显抑制,水接触角随光照时间变化非常小;而水中羟基自由基捕获剂或者F -的存在则对TiO 2表面OTS 自组装单分子膜碳链的脱除几乎无影响.这表明,空穴氧化在TiO 2表面OTS 自组装单分子膜碳链的脱除中占主要地位.关键词:光催化;机理;空穴氧化;

牺牲剂;自组装单分子膜

中图分类号:O643

Hole Oxidation on TiO 2Films in Aqueous Solutions Studied by Using OTS SAMs as a Probe

ZHOU Xue ?Feng

LI Wei ZHANG Yan YANG Zhu ?Hong FENG Xin LU Xiao ?Hua ?

(Department of Chemistry and Chemical Engineering,Nanjing University of Technology,Nanjing 210009,P.R.China )Abstract :An approach was developed to investigate hole oxidation on TiO 2films in aqueous solutions by using octadecyltrichlorosilane (OTS)self ?assembled monolayers (SAMs)as a probe,in which the adsorption and surface diffusion of the reactants were exculded.Under UV irradiation,the water contact angle of the OTS SAMs on TiO 2films in water decreased obviously.In the presence of hole scavengers,the decrease of water contact angle for the OTS SAMs on TiO 2films with UV irradiation was inhibited apparently,while the effect of ·OH radical scavengers and fluoride on the decrease of water contact angle was very small.It indicated that direct hole oxidation played a major role in photocatalytic removal of alkyl chains on TiO 2films in aqueous solutions.Key Words :Photocatalysis;

Mechanism;

Hole oxidation;Scavenger;SAMs

TiO 2photocatalysis is a promising method for purifying

the environment because most organic pollutants can be decom-posed for its strong oxidation ability [1-4].The mechanism of this oxidative reaction has been studied intensively,but the role of the main active species causing the initial photooxidation includ-ing photo ?generated positive holes (h +)and hydroxyl radicals (·OH)

is still one of the controversial issues for photocatalysis [1,5]

.Hydrox-yl radicals are often assumed to be the principal oxidizing species and should be responsible for the photocatalytic oxidation in

many studies [6-12].Moreover,mechanisms involving both ·OH radicals and positive holes have also been suggested [13-15].Howev-er,there also exists a significant body of literature supporting the idea that the direct reaction of the photo ?generated positive holes with organic compounds on the TiO 2surface plays an important role in the photooxidation process [16-18].Ishibashi et al .[17]suggest-ed that photocatalytic reactions developed mainly via photogen-erated holes by comparing the quantum yields of holes with that of ·OH radicals.However,the previous reports have indicated

1113

Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2007Vol.23

that the adsorption intensity,adsorbate configurations and sur-face diffusion of reactants on TiO2surface greatly influenced the hole oxidation process in the heterogeneous photocatalysis[19-22]. Therefore,an effective way to investigate the surface reaction ex-cluding the adsorption and surface diffusion of the reactant could give deeper insights into the mechanism of the heteroge-neous photocatalysis.

SAMs are thin organic films,which form spontaneously on solid surfaces with chemical bonds,and are considered to be a good model system for photocatalysis[23].In gas phase,the alkyl-siloxane SAMs on TiO2can be decomposed through the photo-catalytic oxidation of the alkyl chains[24].And the factors that af-fect the adsorption and surface diffusion of the reactant could be excluded in the process of the degradation of alkylsiloxane SAMs on TiO2.Furthermore,previous studies have shown that the increase in the hydrophilicity is accompanied by a decrease in the amount of carbon,reflecting the removal of alkyl chains on the OTS?coated surface[24,25].This indicates that the value of wa-ter contact angle could correspond to the residue of alkyl chains on the surface.

In this article,the hole oxidation mechanism in aqueous so-lutions was studied by applying OTS SAMs on sol?gel TiO2 films.Hole and·OH scavengers were used to distinguish the ef-fect of holes and·OH radicals.And the hydrophilicity of OTS SAMs?coated TiO2surface was characterized by measuring the water contact angle.

1Experimental

The anatase TiO2films were prepared by sol?gel method[26]. Ethanol and glass were used respectively as solvent and sub-strate.The molar ratios of ethanol,ethyl acetoacetate,and H2O to Ti(C4H9)4were26,0.5,and2,respectively.Surface morpholo-gy and the roughness of the films were characterized by an AFM (Autoprobe CP,Veeco,USA).To keep abundant active sites on TiO2surface,the partially grown OTS SAMs on both TiO2films and fresh mica were prepared.The substrate was immersed into a2.0mmol·L-1solutions of OTS precursor dissolved in toluene at(18.0±1.5)℃in the glove box.The deposition time was about 60s.The samples were then washed in carbon tetrachloride to remove the excess reactants and dried with pure nitrogen.Then infrared spectra were obtained by the attenuated total reflection spectrometer(Bruker Tensor27,German)because the vibrational frequency of alkyl chains could characterize the coverage of SAMs[27].And then the samples were irradiated in aqueous solu-tions(pH≈7).To check the effect of photolysis of OTS SAMs,the OTS SAMs on mica were irradiated under the same condition as a control experiment.The oxidation mechanism of OTS SAMs on TiO2in aqueous solutions was studied by adding excess holes scavengers,0.1mol·L-1KI[17,28-31],and·OH radical scavengers,0.1 mol·L-1tert?butyl alcohol(TBA)[9,14,32-34].And the effects of surface fluorination of TiO2on the photocatalytic reaction was investi-gated by adding0.1mol·L-1NaF[9,14,18].Furthermore,the pH val-ues of aqueous solutions ranged from6.9to6.3,and the OTS SAMs are very stable in these solutions.

The SAMs?coated samples with the same coverage were introduced into a quartz chamber with a15?W low pressure mer-cury lamp with total intensity of5mW·cm-2at a working dis-tance of2.6cm.The primary wavelength of the lamp is254nm. The water contact angle was employed to measure the hy-drophilicity of OTS SAMs?coated TiO2films in this work.The sessile drop method was used for contact angle measurements at (20.0±1.5)℃using contact angle meter(Powereach JC2000A, China).The water contact angle of OTS SAMs on TiO2films is (97±3)°before UV irradiation while naked TiO2films is(20±2)°. 2Results and discussion

Fig.1presents the AFM image of TiO2films.The films consist of TiO2nanoparticles.The root mean square(RMS) roughness of the films measured on an area of1000nm×1000 nm averaged out at1.9nm.On this smooth surface,the effect of roughness on water contact angle could be negligible.Moreover, two main bands at2850and2920cm-1were clearly observed in IR spectrum.These should be assigned toνs(CH2)andνa(CH2) modes of the OTS alkyl chains,respectively.The peak frequen-cies for theνs(CH2)andνa(CH2)modes provide insight on alkyl chain packing in terms of crystalline or liquidlike structure[27,35-38]. The peak frequency for theνa(CH2)mode of an all?trans extend-ed alkyl chain in a crystalline environment is reported to be ca 2915-2920cm-1,and that for theνs(CH2)mode is reported to be ca2846-2850cm-1.The frequencies of these peaks increase to ca2920cm-1and2850cm-1for theνa(CH2)andνs(CH2)modes, and are intermediate between crystalline and liquidlike.The vi-brational spectra show the shift in vibrational frequency with the coverage of SAMs[39].The results of IR and water contact angles indicated that the coverage of OTS SAMs on TiO2was about 60%of the maximum[27,40].

The water contact angle as a function of irradiation time is shown in Fig.2.Few changes are found in contact angle of OTS

Fig.1The AFM image(tapping mode)and cross

section of TiO2films

Scan size is1000nm×1000nm;The RMS roughness is1.9

nm.

1114

No.7ZHOU Xue ?Feng e t al .:Hole Oxidation on TiO 2Films in Aqueous Solutions Studied by Using OTS SAMs as a Probe SAMs on mica as a control experiment.However,the curve got on TiO 2films showed that the water contact angle of OTS SAMs on TiO 2films in aqueous solutions decreased greatly.It suggest-ed that the removal of alkyl chains of the OTS SAMs on TiO 2films with UV irradiation was efficient in aqueous solutions

Fig.2shows that the decreasing rate of contact angle of OTS SAMs ?coated TiO 2is in order of NaF ≈water ≈TBA>>NaF+KI ≈KI.In the presence of TBA as ·OH radical scavenger [9,14,32-34],UV irradiation time course of the water contact angle of OTS SAMs ?coated TiO 2is similar to the case in pure water.It sug-gested that the removal of alkyl chains of the OTS SAMs with photocatalytic oxidation in aqueous solutions was hardly affected by the ·OH radical.Whereas,in the presence of KI as hole scav-enger [17,28-31],the decrease of water contact angle with UV irradi-ation was inhibited apparently,and the water contact angle kept at the range of the high value even after 10min of UV irradia-tion.This implied that the removal of alkyl chains on TiO 2films was predominately initiated by direct hole oxidation in aqueous solutions.However,I -is a scavenger which reacts with positive hole as well as adsorbed ·OH radical [28,31].Therefore,the effect of F -was investigated because the fluoride adsorption on TiO 2sur-face was well known to replace the surface hydroxyl groups with Ti ?F species,and then could enhance generation of mobile free ·OH radicals and positive hole [7,14,34,41].The addition of NaF had slightly positive effects on the decrease of contact angle,which implied that the effect of adsorbed ·OH radical on the re-moval of alkyl chains could be negligible.However,in the pres-ence of both NaF and KI,the decrease of contact angle was effi-ciently inhibited,and just similar to the case of KI.It might be concluded that direct hole oxidation played a major role in pho-tocatalytic removal of alkyl chains on TiO 2films in aqueous so-lutions.In addition,OTS SAMs are directly connected with TiO 2by chemical bond,which would lead to the higher quantum yield values for hole oxidation of OTS SAMs [42].On the other hand,the whole alkyl chains of one OTS molecular could be re-moved completely by the hole oxidation in aqueous phase be-cause the holes can not leave TiO 2surface and may attack the groups of OTS SAMs which are close to TiO 2surface [43].Therefore,the residue of alkyl chains or the water contact angle on the TiO 2

surface is highly sensitive to the effect of hole oxidation.And

the system of OTS SAMs on TiO 2could provide a new way to investigate the hole oxidation in aqueous solutions.

3Conclusions

In summary,excluding the adsorption and surface diffusion of reactants,the hole oxidation on TiO 2was investigated by OTS SAMs and water contact angle.The water contact angle of OTS SAMs on TiO 2films in aqueous solutions was remarkably de-creased with UV irradiation.In the presence of hole scavengers,the decrease of water contact angle for the OTS SAMs with UV irradiation was inhibited apparently,while ·OH radical scav-engers and F -had little effect on the removal of alkyl chains on TiO 2.The results indicated that direct hole oxidation played a major role in photocatalytic removal of alkyl chains on TiO 2films in aqueous solutions.References

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21Lana ?Villarreal,T.;Rodes,A.;Perez,J.M.;Gomez,R.J.

Am.

Fig.2Water contact angle (兹)as a function of UV

irradiation time (t )for the OTS SAMs

1115

Acta Phys.?Chim.Sin.,2007Vol.23

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分子自组装原理及应用

分子自组装原理及应用 【摘要】:分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米科技领域已经有很广泛的应用。在未来的几十年中,分子自组装作为一种技术手段将会在新技术领域产生巨大的影响。在这篇文章里,我们介绍了分子自组装技术的定义、基本原理、分类、影响因素、表征手段等,并阐述了分子自组装技术目前的研究进展,展望了分子自组装技术的应用前景。 【关键词】分子自组装;自组装膜 1前言 分子自组装是分子与分子在一定条件下,依赖非共价键分子间作用力自发连接成结构稳定的分子聚集体的过程。通过分子自组装我们可以得到具有新奇的光、电、催化等功能和特性的自组装材料,特别是现在正在得到广泛关注的自组装膜材料在非线性光学器件、化学生物传感器、信息存储材料以及生物大分子合成方面都有广泛的应用前景,受到研究者广泛的重视和研究。 2分子自组装的原理及特点 分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体。分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性。并不是所有分子都能够发生自组装过程,它的产生需要两个条件:自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(Self- assembled monolayers , SAMs和逐层自组装膜(Layer -by – layer self-assembled membrane)。如图1所示,自组装膜的成膜机理是通过固液界面间的化学吸附,在基体上形成化学键连接的、取向排列的、紧密的二维有序单分子层,是纳米级的超薄膜。活性分子的头基与基体之间的化学反应使活性分子占据

荧光探针设计原理

荧光化学传感器是建立在光谱化学和化学波导与量测技术基础上的将分析对象的化学信息以荧光信号表达的传感装置。其主要组成部件有三个(图 1.1):1.识别结合基团(R),能选择性地与被分析物结合,并使传感器所处的化学环境发生改变。这种结合可以通过配位键,氢键等作用实现。2.信号报告基团(发色团, F),把识别基团与被分析物结合引起的化学环境变化转变为容易观察到的输出信号。信号报告基团起到了信息传输的作用,它把分子水平上发生的化学信息转换成能够为人感知(颜色变化)或仪器检测的信号(荧光等)。3.连接基团(S),将信号报告基团和识别结合基团连接起来,根据设计的不同连接基团可有多种选择,一般用做连接基团的是亚甲基等短链烷基。连接基团的合适与否将直接影响是否有输出信号的产生。信号表达可以是荧光的增强或减弱、光谱的移动、荧光寿命的变化等。 图1.1 荧光探针的结构 1.1.1 荧光探针的一般设计原理 (1) 结合型荧光探针[21] +

Analyte Signalling subunit Space Binding subunit Output signal 图1.2 共价连接型荧光探针 结合型荧光探针是利用化学共价键将识别基团和荧光基团连接起来的一类荧光探针,是比较常见的一类荧光探针。该类探针通过对比加入分析物前后荧光强度的变化、光谱位置的移动或荧光寿命的改变等实现对分析物的检测。在该类荧光化学传感器的设计中,必须充分考虑下列三个方面的因素。(a) 受体分子的荧光基团设计、合成:考虑到用于复杂环境体系的荧光检测,要求荧光基团要有强的荧光(高荧光量子产率,有利于提高检测的灵敏性),Stokes 位移要大(可有效消除常规荧光化合物如荧光素等具有的自猝灭现象),荧光发射最好要在长波长区(最好位于500 nm 以上,可避免复杂体系的常位于短波长区的背景荧光的干扰,另外由于长波长区发射的荧光能量的降低可减少荧光漂白现象的发生而延长传感器的使用寿命)。(b) 受体分子的识别基团:受体分子的识别基团设计以软硬酸碱理论、配位作用以及超分子作用力(如氢键、范德华力等)作为理论指导,多选择含氮、硫、磷杂环化合物作为识别分子。(c) 荧光超分子受体的组装:组装荧光超分子受体就是利用一个连接基将识别基团和荧光基团通过共价键连接在一起,要充分考虑到识别基团和荧光

膜下滴灌相关技术分析

膜下滴灌相关技术分析 膜下滴灌措施的使用,促进现代化农业的发展、节省用水用肥等各个方面成本提升农民自身利益,并且对提升国内农业在世界上的地位有着十分重要的影响。文章主要对膜下灌溉措施的特点、留存情况、制造的利益与膜下灌溉措施的发展进行了非常具体的讲述。 标签:膜下滴灌技术;应用;效益 引言 膜下滴灌措施是现在最有用的节约水资源灌溉措施之一。我国最开始使用膜下滴灌措施主要是在新疆等非常干旱的区域。经过结合使用覆膜栽植措施搭配膜下滴灌措施,组建了高效能节约水源的农业形式。 1 膜下滴灌技术及特征 膜下滴灌就是将项目节约用水滴灌措施以及农艺节约用水覆膜栽植两相措施集中为一项的农业节约用水措施,就是把滴灌的毛管埋设在地膜下面,并且移植管道送水等措施,组建大田膜下滴灌体系项目。 1.1 脱盐优良丰收 膜下滴灌是把滴灌所用的毛管埋设在地膜下面,降低了每棵植物之间水分的挥发,并且水分进入到土壤内能够溶解的盐分就会溶解在水里,同时伴随着水分朝附近扩散,盐分就能够分散到湿润带的末端,滴灌位置发展为淡化区域,这样农作物的根系主干能够和淡化区域形成最佳状态,为农作物的成长提供最佳的水分、盐分条件。膜下滴灌能够溶解土壤中可以溶解的盐分,也能够在适宜的时间适当的调节土壤中的空气、水分、肥料、热量等为农作物的成长提供最佳的条件,最大程度的使用光合作用。膜下滴灌能够调节掌控水分肥料盐分气体热量达到最佳状态,能够推动农作物进行光合作用,提升农作物优良产量。 1.2 节水抑盐 在干旱区域内降水量很少,蒸发严重,植物间的无效蒸发能够致使土壤再次形成盐渍化。盐分伴随着水的降落而降落,水分挥发流失盐分却留在原地,这是土壤再次形成盐渍化最关键的原因。膜下滴灌改善了普通条件下土地蒸发水分的环境。在大气层的作用下,土壤盐分普遍体现为何表土累积的过程,不过因为覆膜栽植阻碍了土壤水分以及大气层间的连接,改善了物质上层的环境,进而能够成功阻止土地水分蒸发这一现象。在很大程度上增强了土壤水分的使用价值,还有很明显的节水用途,进而阻止了盐分向上移动降低表面反盐的程序。 1.3 减少深层渗漏

单层自组装膜的应用进展

单层自组装膜的应用进展 XXXX (CC大学应用化学,山西太原030006) 摘要:自组装单分子膜(SAMs)是近20年来发展起来的一种新型有机超薄膜,具有广泛的应用前景,具有序度高、缺陷少、能量低的优点,易于用物理和化学技术进行研究。文中综述了自组装单分子膜在电分析化学,金属腐蚀与防护与美感修饰效能的应用进展。 关键词:自组装单分子膜;电分析化学;金属腐蚀与防护;美感修饰效能 自组装单层膜是表面活性物质在基片上形成一层排列致密有序的自组装膜,是近20年来发展起来的一种新型有机超薄膜,一般而言,自组装单分子膜(SAMs)具有以下主要特征:(1)原位自发形成;(2)热力学稳定;(3)覆盖度高,缺陷少;(4)分子有序排列;;(5)可人为设计分子结构和表面结构来获得预期的界面物理和化学性质;;(6)简单易得。由于其独特的结构和性能,其应用受到科研工作者的密切关注。本文综述了自组装单层膜在等领域的应用进展。 1自组装膜在电分析化学的应用[1] 自组装单分子膜在电分析化学领域显示出巨大的优势。主要表现在:在分子水平上预先设计膜结构,获得特殊的性能和功能,达到研究对象的目的。膜与研究对象的相互作用可通过对膜的预先设计和修饰达到最佳效果。另外,有序规则单分子膜提供了均相的电极表面,能有效避免电活性物质向电极表面的扩散。因此,SAMs技术在电分析化学领域获得了广泛的应用。 1.1化合物电化学性质研究[1] 利用自组装膜的活性基团,将具有氧化还原中心的化合物引入自组装膜分子中,在电极表面形成特定的修饰层来研究这些化合物的电化学性质。常常研究的化合物有二茂铁、偶氮苯、醌、染料及它们的衍生物等。另一类研究是将具有氧化还原中心的化合物共价键合在自组装膜上,研究该氧化还原中心对其他电活性物质的电催化作用。醌、染料及其衍生物对生物分子(如蛋白质及其他小分子)的电催化研究最为广泛。 1.2生物传感器[2] 利用自组装膜技术将酶或具有活性的细胞组织固定在自组装膜电极上,可制成对生物物质有选择性响应的传感器,对特定物质选择性地产生电催化反应,并对产物进行检测。根据识别机理,SAM生物传感器可分为电化学传感器,光学传感器,热传感器和质量传感器。电化学传感器SAM生物传感器的主要优点是它的稳定性,这与电活性的SAM作为电子通道有关,因此适合用作检测生物分子的基底。表面等离子体共振(SPR)传感器表面等离子体传感器属光学传感型,它能检测覆盖金属表面单分子膜厚度的变化,还可用于监测SAM原位生长和溶液中分子主体-客体作用,这种方法一般检测大的生物分子。如环糊精和杯状芳烃修饰的长链SAM表面,由于其孔穴可螯合有机小分子和相关的大的生物分子,因此具有较高的选择性。石英晶体微天平(QCM)是另一种重要的生物传感器,它根据共振频率变化引起的原位质量变化进行分析检测。这种质量敏感技术在研究单分子层信息,酶的固定、小分子有机物以及大的生物分子选择性响应等方面具有独到之处。 1.3离子选择性电极[1] 引入特定基团或化合物的自组装膜修饰电极对金属离子有选择性的响应,可制成离子选择性电极。具有超分子结构的冠醚,杯芳烃及杯芳醚对金属离子及有机分子有很高的识别能力,将这些物质键合在自组装膜电极上,可对金属离子及有机分子进行选择性测定。 1.4电子转移[3] 通过SAMs分子表面基团的设计,从而影响异相电子转移的速率,更进一步研究电子转

自组装单分子膜的合成及其表征方法

自组装单分子膜的合成及其表征方法 1232230039 12材料化学2班龚赛赛 摘要:自组装分子膜的制备和表征是目前自组装研究领域的主要方向, 此文总结了现阶段分子自组装膜的主要制备方法, 并从扫描探针显微镜( SPM)、电化学、光谱学和接触角等方面综述了近几年来自组装单分子膜的表征方法的研究进展, 概述自组装分子技术的现状及发展趋势。 关键词:自组装单分子膜; 扫描探针显微镜; 表征研究 引言 自组装单分子膜( SAMs) 的制备技术与机理研究已成为当今科研工作者们的研究热点,例如: 腐蚀科学、界面科学、材料科学等许多领域。它的制备技术多样化,应用领域广泛化,工艺简单,成本低廉,是自组装技术的主要特点,但研究自组装分子膜的形状大小、结构方式、性能对比、致密性与稳定性等性质却离不开表征方法。科学研究中利用大量的表征技术,可以提高工作效率,节省劳动成本,同时也可以获得人肉眼所不能察觉的信息,因此选择恰当的表征技术、方法与表征参数是科研工作者需要亟待解决的问题。但关于自组装分子膜的表征技术等方面的文章在近几年内并不多见。 下面本文就对自组装的主要技术和表征等方面作综述。 1.分子自组装的主要技术 1.1 化学吸附的自组装膜技术 其方法为: 将附有某表面物质的基片浸入到待组装分子的溶液或气氛中, 待组装分子一端的反应基与基片表面发生自动连续化学反应。在基片表面形成化学键连接的二维有序单层膜, 同层内分子间作用力仍为范德华力。若单层膜表面具有某种反应活性的活性基, 再与其它物质反应, 如此重复构成同质或异质的

多层膜。其主要用于以图形化自组装膜( se lf- assemb ly: SA )为模板的纳米结构制备技术。SA 结合光辐射、微接触印刷、等离子体刻蚀等 方法获得了广泛应用。例如Taton K. S. 和Gu ireP. E.将水溶液里包含光敏二苯甲酮疏水嵌段和低分子量聚环氧乙烷亲水嵌段的二嵌段共聚物用紫外光照射后, 共聚物自发地以共价键吸附到疏水表面上, 自组装成可减少细菌粘附的生物涂覆材料的SAM。 1.2物理吸附的离子自组装膜技术 又称为分子沉积法, 是1991年德国Ma inz大学的Decher首先提出的。其原理为: 将表面带正电荷的基片浸入阴离子聚电解质溶液中, 因静电吸引, 阴离子聚电解质吸附到基片表面使基片表面带负电, 然后将表面带负电荷的基片再浸入阳离子聚电解质溶液中, 如此重复得多层聚电解质自组装膜。这样可制取有机分子与其它组分的多层复合超薄膜。如图1所示。该技术有较好的识别能力、生物相容性、导电性、耐磨性, 比之于化学吸附膜, 层与层之间较强作用力使稳定性大为提高[ 7] 。Judk insC. M. 等[ 8] 在碳电极表面自组装1, 1c- 桥联- 2,2c- 二吡啶盐离子, 发现产物与高氯酸盐通过离子作用可获得性质稳定的膜, 并用循环伏安法研究了膜的催化性质。Cordas C. M 等[ 9] 在金电极上自组装了三价卟啉铁二硫化物衍生物的单层膜, 并用称量分析法和椭圆光度法研究出具有电催化功能的改性电极。 1.3旋涂方法 旋涂方法是指将配制好的聚合物溶液滴加到高速旋转的底物表面形成薄膜。Kim等用旋涂方法在玻璃底物上得到不对称聚联乙炔的自组装膜, 并用红外光谱和介电光谱确证了自组装膜氢键网络结构。张榕本等[ 10] 也用旋涂方法在玻璃上得到二阶非线性的光学自组装膜, 用红外光谱, 原子力显微镜(AFM )及示差扫描量热法( DSC )研究了自组装结构的形成过程 1.4基底上的有机分子自组装 基底上的有机分子自组装是有机分子自组装的主要方法之一, 除了产生自组装膜外, 还可产生其它结构。根据基底的不同, 可分为: ( 1) 金属基底: 如重金属(金、银、铂等) 表面硫醇类或二硫化物的自组装。通过有机物某官能团与金属共价作用使有机物自组装成单分子膜。

膜下滴灌技术要求规范[1]

惠农区膜下滴灌标准化生产技术规 一、前言 (一)水源资料 项目区水源为井水。 (二)作物资料 该项目区种植作物为蔬菜,其株行距分别为:0.25m×0.8m和 0.25m×1m。 二、系统选型 项目区确定采用固定式滴灌系统的支管+毛管系统。固定式滴灌系统由水源工程、首部装置、输配水管网以及灌水器四部分组成。 本滴灌系统以井水为水源,通过离心泵抽取加压进入首部。首部枢纽包括过滤装置,施肥装置和测控装置。过滤装置的作用是将水中的固体大颗粒过滤,防止这些污物进入滴灌系统堵塞滴头或在系统中形成沉淀。项目区的过滤装置采用离心+网式过滤器,过流量为50m3/h。施肥设备的作用是使易溶于水并施于根系的肥料、农药、化控药品等在施肥罐充分溶解,然后再通过滴灌系统输送到作物根部,便于作物吸收,充分发挥肥效,同时减少肥料浪费。项目区选用容积为100升和200升的施肥罐。测控装置的作用是方便系统的操作、运行管理、保证系统安全,它包括阀门、压力表、排气阀、逆止阀。输配水管网包括主干管、分干管、支管、毛管及连接管件。 干管起到为滴灌系统输送水量的作用。项目区采用两级干管:主干管和分干管。主干管由一条管线构成,分干管由若干条管线组成。

支管在滴灌系统中起控制滴灌带适宜长度,划分轮灌区的作用。本方案中干管采用0.4Mpa的PVC管以地埋形式铺设。支管采用薄壁纳米改良性PE管铺设于地表。管件的作用是将各部分管道连通为管网。灌水器作用是把末级管道中的压力水流均匀而稳定地分配到田间,满足作物对水分的要求。本系统毛管采用单翼迷宫式滴灌带。 三、水源分析及水源工程规划 (一)、水源分析 项目区为井水滴灌,水质处理以过滤泥砂为主,通过首部离心+网式过滤器处理后,基本达到滴灌水质要求。水中含盐量基本能满足作物灌溉水质要求。 (二)、水源工程规划 项目区滴灌系统的水源为井水,在水量上,完全能够满足滴灌用水要求。而在水质处理方面使用离心+网式过滤器做处理,详见离心+网式过滤器结构图。 四、参数的确定 (一)本滴灌系统基本参数的取值 1、设计保证率:不低于85% 2、灌溉水的利用率:0.90 3、设计系统的日工作小时数:20-22h。 4、滴灌设计土壤湿润比(P):50% 5、设计耗水强度(Ea): 6mm/d (二)灌溉制度

自组装单分子膜的制备及其在电分析化学中的应用_王都留

第27卷第5期2012年10月 大学化学 UNIVERSITY CHEMISTRY Vol.27No.5 Oct.2012自组装单分子膜的制备及其 在电分析化学中的应用* 王都留杨建东** (陇南师范高等专科学校生物与化学系甘肃成县742500) 摘要综述了自组装修饰电极在电分析化学中的应用。 关键词自组装单分子膜修饰电极影响因素制备及应用 随着科学技术的发展,对材料的研究正致力于采用“自下而上”的构筑方式来代替传统的“自上而下”的微加工技术,分子自组装正是适应这样一种趋势而产生的新技术。分子自组装的最基本层次是以有机分子为基本模块单元(building blocks)的。在生命体系中,大量复杂、具有生物学功能的超分子系统(蛋白质、核酸、生物膜、脂质体等)正是通过分子自组装形成的。有机化合物分子除通过化学键结合之外,在分子间还存在弱的相互作用,如氢键、静电作用、范德华力、π-π之间的相互作用等。这些相互作用在形成分子自组装时扮演重要的角色,可以形成一定结构、较稳定、具有某种特定功能的分子聚集体或超分子结构。这些由特殊功能分子聚集体形成的纳米材料在分子器件、生物传感等领域具有潜在的应用价值。 自组装单分子膜(self-assembled monolayers,SAMs)是分子通过化学键相互作用自发吸附在固/液或气/液界面形成的热力学稳定和能量最低的有序膜[1]。与其他单层膜相比,自组装膜有序度高、缺陷少、能量低;易于用物理和化学技术进行研究。自组装膜提供了在分子水平上设计表面结构来获得预期的界面物理和化学性质,而且为在二维或三维水平上组装复杂界面提供了强有力的工具,因此是研究各种表面和界面复杂现象的模型体系。 1自组装膜研究现状及特点 自组装单分子膜(SAMs)是近20年来发展起来的一种新型有机超薄膜。1946年,Zisman[2]最早将表面活性剂分子利用自组装吸附在金属电极表面,形成单分子层。但是这一开创性的工作当时并没有引起人们的注意。直到1983年,Nuzzo和Allara[3]利用烷基硫醇将二硫化物从稀溶液吸附在金电极上后,在金属表面的自组装研究才引起人们广泛关注。各种类型的自组装体系也随之出现,如硫醇盐、硫化物等分子被自组装到各种金属表面(Au、Ag、Cu、Pt、Ni)[4-5]和硅原子通过氧化硅[6]、有机酸或双亲分子连接在金属氧化物表面(如Al/Al2O3、PtO、TiO2、ZrO2)等[7]。在上述各类自组装体系中,烷基硫醇分子与金表面的自组装是目前研究最广泛、最彻底的自组装体系(图1)。Whitesides研究小组在自组装膜研究方面做了系统、开创性的工作[8-9]。一般而言,自组装单分子膜(SAMs)具有以下主要特征:(1)原位自发形成;(2)热力学稳定;(3)覆盖度高,缺陷少;(4)分子有序排列;(5)可人为设计分子结构和表面结构来获得预期的界面物理和化学性质;(6)简单易得。 ***基金资助:甘肃省教育厅科研项目(0928B-02);陇南师专校级重点项目(2012LSZK01001、2012LSZK01003);校级科研启动金资助通讯联系人,E-mail:lnszyjd@gmail.com

棉花膜下滴灌技术

棉花膜下滴灌技术 水是农业的命脉,也是整个国民经济和人类生活的命脉,水资源状况和利用水平已成为评价一个国家、一个地区经济能否持续增长的重要指标。随着世界各地面临水资源短缺的困境,发展抗旱节水新技术,已成为人们的当务之急。因此,在水资源条件十分有限的情况下,农村经济的农户要保持稳定发展奔小康,就要必须改变现有的用水方式,用更先进的灌溉技术推动抗旱节水工作的开展,以提高土地 利用率和水资源利用率。从九十年代中期以来,一种覆盖种植技术与滴灌技术相结合的新型节水方式一一膜下滴灌技术,在我国运用而生,显示了非常广阔和良好的推广应用前景,深受各地农户的喜爱和欢迎。 膜下滴灌是覆盖种植与滴灌相结合的一种灌水技术,也是地膜栽培抗旱技术的延伸与深化。它根据作物生长发育的需要,将水通过滴灌系统一滴一滴地向有限的土壤空间供给,仅在作物根系范围内进行局部灌溉,也可同时根据需要将化肥和农药等随水滴入作物根系。作为一种新型的节水灌溉技术,与地表灌溉、喷灌等技术相比,有着其无可比拟的优点,是目前最节水、节能的灌水方式。由于膜下滴灌的配水设施埋设在地面一下,管材不易老化,灌水时土壤表面几乎没有蒸发,又避免了水的深层渗漏和地表径流,使作物对水、肥的利用更直接有效,便于农产田间管理和精确控制水量,达到高效农业用水的目的。 一、棉花膜下滴灌技术的产生 棉花膜下滴灌技术就是将滴灌技术与覆膜植棉技术结合在一起,既能提

高地温减少棵间蒸发,又能减少深层渗漏,达到一个综合的节水增产效果, 是先进的栽培技术与灌水技术的集成。棉花膜下滴灌技术是滴灌技术与覆膜植棉技术的结合,加压的水流经过滤设施滤“清”后,进入输水干管(常埋设在地下)、支管、毛管铺设在地膜下方的滴灌管(带),再由毛管上的灌水器滴入棉花的根层土壤,供棉花根系吸收。 (新疆生产建设兵团(以下简称兵团)试验、应用和推广棉花膜下滴灌技术,至今已取得了突破性的进展。2000 年达到1.665 万h m2(24 . 98 万亩),2001 年猛增到5 .228 万h m2(78 . 42 万亩)。2002年,统计至5月底,又新增6. 107万h m(91 . 60万亩),总面积已达 11 .335 万h m (170 万亩),成为全国大田作物应用滴灌技术规模最大的片区。) 要维持当地经济可持续发展,维护生态平衡,唯一的出路就是节水。由于农业用水量比高达95 %,因此,节水的首要对象是农业节水。 二、膜下滴灌技术设备膜下滴灌是利用灌溉渠道与大田水位差和地面的自然坡降实施自流灌溉的一种节水措施。以首部设备(井灌或经过过滤设施的水库、普通渠道)为中心,铺设主、支管道,农作物播种铺膜与机具铺设铺设滴灌毛管道同时进行,并在播种后连接安装支管和毛管,通过四通管件连接组成管网系统。膜下滴灌通过地表下的滴水器(滴头)施水,灌水 器流量与地表滴灌大致相同。根据滴灌水压的区分,该设施分为 常压式和加压式滴灌系统 1、常压式膜下滴灌系统:该系统是将渠水按原渠系通过渠道引到地头,再通过铺放到地头的管系将水直接引入作物行间的软管(毛管)内,通过阀门控制,进行滴灌。该系统主要包括主管、支管、毛管、铺膜铺管播种机。

分子自组装原理及应用(精)

分子自组装原理及应用 毛薇莉无机专业MG0424012 【摘要】分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米科技领域已经有很广泛的应用。在未来的几十年中,分子自组装作为一种技术手段将会在新技术领域产生巨大的影响。在这篇文章里,我们介绍了分子自组装技术的定义、基本原理、分类、影响因素、表征手段等,并阐述了分子自组装技术目前的研究进展,展望了分子自组装技术的应用前景。 【关键词】分子自组装;自组装膜 1前言 分子自组装是分子与分子在一定条件下,依赖非共价键分子间作用力自发连接成结构稳定的分子聚集体的过程[1]。通过分子自组装我们可以得到具有新奇的光、电、催化等功能和特性的自组装材料,特别是现在正在得到广泛关注的自组装膜材料在非线性光学器件、化学生物传感器、信息存储材料以及生物大分子合成方面都有广泛的应用前景,受到研究者广泛的重视和研究。 2分子自组装的原理及特点 分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体[2]。分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性[3]。并不是所有分子都能够发生自组装过程,它的产生需要两个条件[4]:自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(Self- assembled monolayers , SAMs和逐层自组装膜(Layer -by – layer self-assembled membrane)。如图1所示,自组装膜的成膜机理是通过固液界面间的化学吸附,在基体上形成化学键连接的、取向排列的、紧密的二维有序单分子层,是纳米级的超薄膜。活性分子的头基与基体之间的化学反应使活性分子占据基体表面上每个可以键接的位置,并通过分子间力使吸附分子紧密排列。如果活性分子的尾基也具有某种反应活性,则又可继续与别的物质反应,形成多层膜,即化学吸附多层膜。自组装成膜较另外一种成膜技术LangmuirBlodgett(LB)成膜具有操作简单,膜的热力学性质好,膜稳定的特点,因而它更是一种具有广阔应用前景的成膜技术。另外,根据膜层与层之间的作用方式不同,自组装多层膜又可分为两大类,除了前面所述基于化学吸附的自组装膜外,还包括交替沉积的自组装膜。通过化学吸附自组装膜技术制得的单层膜有序度高,化学稳定性也较好。而交替沉积自组装膜主要指的是带相反电荷基团的聚电解质之间层与层组装而构筑起来的膜,这种 膜能把膜控制在分子级水平,是一种构筑复合有机超薄膜的有效方法。

分子自组装原理及应用

分子自组装原理及应用 分子自组装的原理及特点: 分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体。分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性。并不是所有分子都能够发生自组装过程,它的产生需要两个条件:自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(Self- assembled monolayers , SAMs和逐层自组装膜(Layer -by –layer self-assembled membrane)。如图1所示,自组装膜的成膜机理是通过固液界面间的化学吸附,在基体上形成化学键连接的、取向排列的、紧密的二维有序单分子层,是纳米级的超薄膜。活性分子的头基与基体之间的化学反应使活性分子占据基体表面上每个可以键接的位置,并通过分子间力使吸附分子紧密排列。如果活性分子的尾基也具有某种反应活性,则又可继续与别的物质反应,形成多层膜,即化学吸附多层膜。自组装成膜较另外一种成膜技术LangmuirBlodgett(LB)成膜具有操作简单,膜的热力学性质好,膜稳定的特点,因而它更是一种具有广阔应用前景的成膜技术。另外,根据膜层与层之间的作用方式不同,自组装多层膜又可分为两大类,除了前面所述基于化学吸附的自组装膜外,还包括交替沉积的自组装膜。通过化学吸附自组装膜技术制得的单层膜有序度高,化学稳定性也较好。而交替沉积自组装膜主要指的是带相反电荷基团的聚电解质之间层与层组装而构筑起来的膜,这种膜能把膜控制在分子级水平,是一种构筑复合有机超薄膜的有效方法。 分子自组装体系形成的影响因素: 分子自组装是在热力学平衡条件下进行的分子重排过程,它的影响因素也多种多样,主要有以下三个影响因素: 1 分子识别对分子自组装的影响 分子识别可定义为某给定受体对作用物或者给体有选择地结合并产生某种特定功能的过程,包括分子间有几何尺寸、形状上的相互识别以及分子对氢键、ππ相互作用等非共价相互作用力的识别。利用分子彼此间的识别、结合特征,从中挖掘高效、高选择性的功能。若将具有识别部位的多个分子组合,彼此便寻找最安定、最接近的位置,并形成超过单个分子功能的高次结构的聚集体。在有机分子自组装过程中控制组装顺序的指令信息就包含于自组装分子之中,信息依靠分子识别进行。目前分子识别进一步应用于临床药物分析、模拟酶催化以及化学仿生传感器。为定性分离和设计提供更多的信息,也为加速分子发现提供潜能。 2 组分对分子自组装的影响 组分的结构和数目对自组装超分子聚集体的结构有很大的影响。吴凡等利用扫描轨道电镜观测了4 十六烷氧基苯甲酸(T1)和3,4,5 三取代十六烷氧基苯甲酸(T3)分子在石磨上形成的自组装体系的结构,结果发现这两种分子的自组装排列结构有着很大的不同:T1分子形成的是有序的明暗相间的条陇状结构,而T3分子形成的是密堆积结构。这说明组分结构的微小变化或组分的数目变化可能导致其参与形成的自组装体结构上的重大变化。 3 溶剂对分子自组装的影响 绝大多数对自组装体系的研究都是在溶液中进行的,因而溶剂对自组装体系的形成起着关键作用。溶剂的性质及结构上的不同都可能导致自组装体系结构发生重大改变。任何破坏非共价键的溶剂,都可能会影响到自组装过程的进行,包括溶剂的类型、密度、pH值以及浓

分子荧光的机理和荧光探针原理

1.3荧光分子探针识别机理 1.3.1光诱导电子转移[4,12](Photoinduced Electron Transfer,PET) 典型的PET体系是由包含电子给体的识别基团部分R(reseptor),通过一间隔基S(space)和荧光团F(fluorophore)相连而构建。其中荧光团部分是光能吸收和荧光发射的场所,识别基团部分则用于结合客体,这两部分被间隔基隔开,又靠间隔基相连而成一个分子,构成了一个在选择性识别客体的同时又给出光信号变化的超分子体系。PET荧光探针中,荧光团与识别基团之间存在着光诱导电子转移,对荧光有非常强的淬灭作用,因此在未结合客体之前,探针分子不发射荧光,或荧光很弱,一旦识别基团与客体相结合,光诱导电子转移作用受到抑制,甚至被完全阻断,荧光团就会发射出强烈荧光(图1-1)。PET荧光探针作用机制可由前线轨道理论来说明(图1-2)。由于与客体结合前后,荧光强度差别非常大,呈明显的“关”、“开”状态,因此这类探针又被称做荧光分子开关。 图1-1 PET荧光探针的一般原理图LUMO 图1-2 PET荧光探针的前线轨道原理图 已报道的PET荧光分子探针中,多数都是以脂肪氨基或氮杂冠醚作为识别基团。de Silva 研究小组利用多种荧光团设计了大量该类PET探针用于氢质子、碱金属阳离子识别。化合物1是一个简单的PET荧光分子探针,在甲醇中和K+络合后,荧光量子产率从0.003增加至0.14。钱旭红等设计的PET荧光探针(化合物2),对氢质子有很好的识别作用,已被Molecular Probe公司推广为细胞内酸性内酯质探针。de Silva研究小组利用类似于EDTA

玉米膜下滴灌技术

高效节水玉米膜下滴灌技术规程 膜下滴灌是膜下灌溉的一种。膜下滴灌主要是将滴灌带铺设在膜下,利用地面给水管道(主管、副管)将灌溉水源送入滴管带,滴灌带上设有滴头,使水不断地滴入土壤中直至渗入作物根部,以减少土壤的田间蒸发,提高了水的利用率。该技术适用于干旱地区大力推广和发展。干旱地区节水增粮的关键性技术。 膜下滴灌是现代节水灌溉中一次新的突破,它结合不同形式的节水灌溉方法的优点,建立了单独的灌溉系统,利用少量的水使大面积的耕地得到有效灌溉,使之达到灌溉节水、保水、保温、改善土壤性状、光照条件、加速作物生长发育进程、提高粮食产量的目的。 一、玉米膜下滴灌增产的经济效益 玉米膜下滴灌耕作比露地玉米种植增产30%-70%,有的地方产量成倍增加。由于灌溉是管道输水,输水损失很小,滴灌时能使水比较缓慢均匀渗入膜下土壤中,基本上不产生深层渗漏和地表径流,比普通地膜灌溉省水40%-60%,灌溉水利用系数可达95%以上。在早春冷凉、无霜短、年积温少、自然灾害较多、伏旱严重地区,为了使玉米抗旱增温早成熟,采用该项技术,可大幅度提高产量,从而获得高产增收的效果。 二、玉米膜下滴灌节水增产的主要因素 1、保水作用:膜下滴灌灌水适度后,保持了土壤毛细管的上下通畅,土壤中的水可源源不断上升到地表。覆膜后,土壤与大气隔开,

土壤水分不能蒸发散失到空气中,而膜内以液-气-液的方式循环往复,使土壤表层保持湿润。对自然降水,少量以苗孔渗入土壤,大量水分流入垄沟,以横向形式渗入覆膜区,由地膜保护起来,被作物有效利用。 2、增温作用:土壤耕作层的热量来源主要是吸收太阳辐射。地膜阻隔土壤热能与大气交换。阳光中的辐射透过地膜,地温升高。土壤自身的传导作用,使深层的温度逐渐升高保存在土壤中。灌溉水通过管道及毛管滴头系统缓慢滴入膜下土壤中,起到水流增温,汽化热损失极少,温度下降缓慢。据农业部门测算,全生育期可提高积温150℃-200℃。 3、改善土壤的物理性状,衡量土壤耕性和生产能力主要因素包括土壤的容重、孔隙度和土壤的固液气三相比。地膜覆盖后,地表不会受到降雨冲刷和渗水的压力,滴灌的渗水压力极小,保证了土壤的疏松状态,透气性良好,孔隙度增加,容重降低,有利于作物根系的生长发育。同时地膜覆盖使土壤的含盐量降低,偏盐碱地种植覆膜玉米,可提早15天成熟,而且比露地玉米增产。 4、对土壤养分的影响。覆盖地膜后增温保墒,有利于土壤微生物的活动,加快有机物和速效养分的分解,增加土壤养分的含量,盖膜后阻止雨水对土壤的冲刷和浸润,保护养分不受损失。但由于植株生长旺盛,根系发达,吸收量强,消耗养分增大,土壤养分减少,容易形成早衰和侧伏,影响产量,故一定要施足基肥,并分次追肥。滴灌系统配有施肥罐,随时可利用系统进行追肥,满足作物生长需要。

膜下滴灌带的铺设技术

膜下滴灌带铺设技术 膜下滴灌技术是确保农民增产增收的节水灌溉技能,膜下滴灌带的铺设尤其重要。下面介绍一下播种前滴灌带的准备工作以及铺设滴灌带的技术要求。 一、播种前滴灌带的准备工作 1、确保铺设滴灌带与设计图纸一致,同一流量的滴灌带、泵房和地号须使用同一滴头间距和流量的滴灌带。 2、确保播种机导向轮与控制环调整正确,滴灌带一定要错开穴播器鸭子嘴5到10公分距离。 3、保证播种机所有设备转动灵活,支架和控制环要光滑,还要注意检查是否有焊渣、毛刺及尖利硬物,以防割破滴灌带。 4、田间杂物、渣滓要及时清理干净,避免在铺设滴灌带时划伤滴灌带。 5、仔细查看滴灌带挡板、堵头等防护板是否完备,避免使用中磨损滴灌带。 二、铺设滴灌带的技术要求 1、滴灌带会热胀冷缩,铺设过程中在两头留出1.5—2.0m的富余。 2、播带机车在起步前要有钢纤或木桩固定滴灌带,若出现滴灌带换卷或者断带的情况,要及时做好标记,播种后要用快通连接好。 3、铺设滴灌带时,机车启动要平稳、缓慢。 4、迷宫式滴灌带在铺设时要注意迷宫面向上,如果迷宫面朝下了,则会造成滴头出水顺低处流,导致滴水不匀。滴灌带应铺设行间正中位置,不能偏置,否则也会造成滴水不匀。 5、为防止在铺设地面管切断滴灌带时回缩过多,造成安装困难,要在播带时注意不能过紧。铺设滴灌带应平直、不打结、不扭曲,发现次品滴灌带及时更换。 6、播带中有遗漏在膜外的滴灌带要及时移入膜下或覆土压住,防止起风时造成撕膜。 7、滴灌带末端接口采用三横折一竖折,插入约5—8cm的短滴灌中的方法打结,然后将末端埋入10cm土层下。同时防止滴灌带管内进入沙、土等异物。 8、特别注意在铺设滴灌带的时候要对应设计图纸进行安装。

自组装

自组装(self-assembly),是指基本结构单元(分子,纳米材料,微米或更大尺度的物质)自发形成有序结构的一种技术。在自组装的过程中,基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。自组装过程并不是大量原子、离子、分子之间弱作用力的简单叠加,而是若干个体之间同时自发的发生关联并集合在一起形成一个紧密而又有序的整体,是一种整体的复杂的协同作用。 自组装(self-assembly)为系统之构成元素(components;如分子)在不受人類外力之介入下,自行聚集、组织成规则结构的现象[1],例如分子的结晶即是一种自组装现象。自组装程序的发生通常会将系统从一个无序(disordered)的狀态转化成一个有序(ordered)的狀态,其可以发生在不同的尺度,例如分子首先聚集成奈米尺寸的超分子单元(supramolecular unit;如界面活性剂分子自组装成微胞;如图一所示),这些超分子单元间的作用力进而促使其在空间上做规则的排列(如微胞排列成体心立方之晶格),而使系统具有一种阶级性结构(hierarchical structure)。自组装普遍存在於自然界中,如生物体的细胞即是由各种生物分子自组装而成;而运用各种分子之自组装亦是建构奈米材料非常重要的方法,这种所谓由下而上(bottom-up)的方法目前被广泛应用來制备具光、电、磁、感测、与催化功能的奈米材料 多分子自组装体化学 概述 分子聚集体化学是化学发展的新层次。分子聚集体化学以分子之间的弱相互作用及其协同效应为基础,自组装是创造具有新颖结构和功能的有序分子聚集体的重要手段。分子聚集体的化学为实现化学学科的知识创新提供了契机,同时它与物理、生物、材料等学科交叉融合,而成为产生新概念和高技术的重要源头之一。拟解决的关键科学问题:多层次、多组分的分子自组装及组装动态过程;分子间弱相互作用的加合性、协同性和方向性;分子聚集体中的电子转移、能量传递和化学转换。 研究内容 1、分子间相互作用的协同效应与自组装原理:通过多识别位点单体的组装,阐明分子间相互作用的加合性、协同性和方向性,建立二维及三维空间分层次组装的有效原理和方法。

大力发展膜下滴灌技术

节水农业之膜下滴灌技术 一、膜下滴灌技术在我国的发展 我国自1974年开始引进滴灌技术,到1996年,全国应用微灌、滴灌面积约109.5万亩,其中山西省运城地区的地下滴灌面积达25万亩,山东省稳定发展以果树为主的滴灌面积达30万亩。河北、河南、北京、甘肃、新疆、陕西、内蒙古、辽宁、江西、四川、广东、海南等省(直辖市、自治区)也有滴灌应用。 我国是一个贫水农业大国,现有耕地19.5亿亩,农田灌溉面积占耕地总面积50%,根据我国节水灌溉发展规划,到2010年要新增节水灌溉面积3亿亩。西北旱区估计灌溉面积约2000万亩(其中河西走廊1000万亩,柴达木盆地100万亩,宁夏600万亩,陕北300万亩),云南烟草约600万亩,广西甘蔗约1000万亩,东北的玉米、卷烟、洋葱等也有一定面积,因此以膜下滴灌技术产生的巨大经济效益和其极低的成本投入为基础,其推广应用前景将极为广阔。 二、膜下滴灌技术节水增产原理 1.膜下滴灌技术改善作物生长环境 膜下滴灌技术正是通过把溶解有肥料的水滴入作物根部的土壤中,发挥了地膜增温保墒特性及滴灌按需灌溉的特点,使作物生长环境的“水、肥、盐、光、温、气”保持协调,促进作物在良好的农业环境下得到生长,从而达到节水增产目的。其主要表现在以下方面: (1)水。传统灌溉方式下,灌溉水是不可控的,不仅造成水资源浪费严重,单方水的生产能力降低,而且在作物需水的关键时期不能充分保证持续供水。滴灌技术使灌溉水从时间和量上得到控制,做到及时灌溉、按需灌溉,土壤湿润深度由常规灌溉的80cm以上,降低到湿润作物主要根系的40cm左右,提高了水分利用率。对棉花而言一般节水40%以上,灌溉周期由传统的15~20天缩短到5~10天,由于采取局部灌溉,控制土壤的含水量在20%~80%之间,保证了作物的有效生长时间,并抑制病菌滋生,滴灌不产生地面径流,各种病害不随水传播传染。 (2)肥。在传统施肥技术中,肥料提前施入土壤中,与土壤混合,期间部分肥料发生分解,不能达到水肥同步,影响了肥效的发挥。而滴灌条件下利用测土配方施肥,化肥随水溶解后直接施入作物根系范围,作物吸收肥料的能力提高,

第一章膜下滴灌技术的特点和发展概况

第一章膜下滴灌技术的特点和发展概况 1.1 膜下滴灌技术的特点 1.1.1 什么是膜下滴灌技术 膜下滴灌技术是将作物覆膜栽培种植技术与滴灌技术相结合的一种 高效节水灌溉技术。滴灌利用管道系统供水,使灌溉水成滴状、缓慢、均匀、定时、定量地浸润作物根系发育区域,使作物主要根系区的土壤始终保持在最优含水状态,地膜覆盖则进一步起到了增加地温、促作物早发并减少了作物棵间水分的蒸发。将两者优势进行互补,从而形成了膜下滴灌技术,这项技术由兵团人创造的,而且在2004 年获得了国家科技进步二等奖,这项技术已经在新疆地方和兵团的大田农作物中大面积应用,受到了广大农民的欢迎,取得了显著的社会、经济、生态效益。膜下滴灌系统工作时,加压或自压的水流经净化过滤设施滤“清”后,进入输水干管(常埋设在地下)、支管、毛管——铺设在地膜下方的滴灌管(带),再由毛管上的灌水器(滴头)滴入作物根层土壤中,供作物根系吸收。 通过膜下滴灌技术的推广,带动了多项农业科技的集成运用,发挥了节水灌溉的综合效益,实践证明,膜下滴灌的发展是现代灌溉技术代替传统灌溉技术的过程,更是农业生产方式发生重大变革的过程。兵团以天业集团、石河子大学、兵团农科院为技术依托,建立了国家(新疆)节水工程技术研究中心,首先从棉花、酱用番茄等经济作物入手,以膜下滴灌技术为平台,广泛应用农业六大精准技术,集成灌溉技术、农业机械技术、耕作栽培技术和田间管理技术为一体,探索出了一条

现代高效农业发展的新路子。 新疆生产建设兵团近过十几年的生产实践和研究显示,采用膜下滴灌技术灌溉,与传统的地面灌溉技术相比,有以下8 个方面的明显优点: (1)省水:滴灌是一种可控制的局部灌溉,可适时适量的灌水。水滴渗到作物根层周围的土壤中,供作物本身生长所需。实施覆膜栽培,抑制了棵间蒸发。滴灌系统又采用管道输水,减少了渗漏损失。所以,在作物生长期内,比地面灌省水40%~50%。 (2)省肥:肥料随滴灌水流直接送达作物根系部位,易被作物根系吸收,提高了肥料的利用率和利用效率;亦可做到适时适量,对作物生长极为有利,平均可省肥20%左右。 (3)省农药:水在管道中封闭输送,避免了水对虫害的传播。另外,采用滴灌技术进行灌溉,地表无积水,田间地面湿度小,不利于滋生病菌和虫害。因而除草剂、杀虫剂用量明显减少,可省农药10%~20%以上,且杀虫效果好。 (4)省地:由于田间全部采用管道输水,代替了地面灌溉时需要的农渠及田间灌水毛渠及埂子,可节省土地5%~7%。 (5)省工和节能:地面灌时,挖土堵口,工作条件差,劳动强度大,采用滴灌后,主要工作是观测仪表、操作阀门,工作条件好;滴灌能随水施肥、施药,由于是局部灌溉;作物行距间几乎无水,膜下及旁侧杂草难以生长,且土壤不板结,田间人工作业(包括锄草、施肥、修渠、平埂、病害治理等)和机械作业等大大减少,人工管理定额也

看自组装原理

看自组装原理 《自然》杂志: 科学家发现普遍的自组装原理 邓邓州门户网04-22 自组装原理(英语:principles of universal self-assembly,或译自我组装原理),是用来形容一无序系统在没有外部的干预下,由个别部件间的互动,如吸引和排斥或自发生成化学键等,而组成一个有组织的结构的过程。近年来自组装原理特别吸引科技界注意,因它提供自下而上、可控制的方法组装原子或分子成较大的结构,从纳米结构到微型机器等。 自组装至少有三个特征使其成为一个独特的概念: 有序性:自组装结构必须比单独的组成部分有序性更高,无论是形状还是自组装实体进行的任何行为。相互作用:比如像凡德瓦力(Van der Waals)、毛细现象、π-π相互作用,、氢键(Hydrogen bond)等弱相互作用。它们决定了液体的物理性质、固体的可溶性、及生物膜的分子组装。组成结构:构建的基本单元不只包括原子、分子,还包括拥有不同化学构成、结构、功能的纳米级、微米级的结构。这些结构可以是通过传统化学反应形成,也可以是通过别的自组装而构成的。多年来,科学家们一直在寻找能够以相同方式构建细胞(复杂的生物)到晶体(更简单的无机材料)的自组装工作原理。现在,土耳其的一个科学家团队证明了在多种材料上起作用的通用自组装过程的基本原理,即从数个原子(大的量子点)到近100万亿个原子大的人体细胞。他们的研究成果在今天的《自然物理》杂志上。 研究人员说:“要启动自我组装,要么强迫系统交付特定结果,要么利用其内部动力来获得普遍结果。我们遵循了第二种方法。”研究人员不仅展示了大小结构和质量差异超过四个数量级的简单结构以及复杂结构的自组装。它们都遵循S 型曲线聚集在一起。奇怪的是,还观察到与S曲线的个体偏差遵循特雷西-维多姆分布的统计数据,该统计数据体现在多样的、社会的、经济的和物理的系统中。 看了文章 是用来形容一无序系统在没有外部的干预下,由个别部件间的互动,如吸引和排斥或自发生成化学键等,而组成一个有组织的结构的过程。是在变化的电磁力作用下工作的,电磁力分为引力和斥力,二者还是相互转换的。变化的电磁力使宇宙一切事件变化的力量。 所有的化学键、宇宙力都是变化的电磁力。

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