納米顆粒
關(guān)注創(chuàng)建者：農(nóng)夫山泉 創(chuàng)建時(shí)間：2018-09-20
納米顆粒的視頻教程
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該系列視頻后續(xù)會(huì)繼續(xù)添加金屬納米顆粒散射、彎曲光纖、光學(xué)共性變換、隱身衣、SPP、表面等離子體、光力等教學(xué)視頻，隨著后期視頻的增加，會(huì)相應(yīng)的合理提高出售價(jià)格。已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)的后續(xù)更新均可免費(fèi)看，滿意好評(píng)后可以私信我贈(zèng)送視頻對(duì)應(yīng)的源文件。，歡迎大家入COMSOL交流群交流學(xué)習(xí)，群號(hào)273071890
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納米顆粒的實(shí)例教程
參考文獻(xiàn)是 南京大學(xué) 碩士畢業(yè)論文《金屬納米顆粒有序陣列中Fano共振的產(chǎn)生條件》-靳悅榮。
本文不討論fano共振，僅僅介紹文中涉及到的三種情況下的納米顆粒，這三種情況幾乎囊括了大部分關(guān)于納米顆粒的仿真情況。
情況一：有限數(shù)目的納米顆粒處于無(wú)限大的均勻介質(zhì)中。比如納米顆粒位于無(wú)限大的水中，或者無(wú)限大的空氣中。
下圖是論文中橢圓金顆粒位于無(wú)窮大空氣中，求其消光譜，下面是論文圖VS我的復(fù)現(xiàn)結(jié)果
情況二：有限數(shù)目的納米顆粒位于兩個(gè)半無(wú)限大的介質(zhì)的分界面上，比如納米顆粒放在玻璃基板上，納米顆粒上方是空氣，下方是玻璃，一束光照射到納米顆粒上，求其散射光譜，消光截面等等。
下面是論文圖VS我的復(fù)現(xiàn)結(jié)果。圖中 藍(lán)色虛線 表示一個(gè)金顆粒位于無(wú)窮大的介質(zhì)板上，上方是空氣，下方是介質(zhì)板，求其消光光譜。
情況三：無(wú)限數(shù)目的納米顆粒是周期性排布在介質(zhì)基板上的，也就是超表面結(jié)構(gòu)。求其反射光譜，透射光譜，吸收光譜。
展開(kāi) 納米顆粒通常具有與本體材料不同的光學(xué)，電學(xué)，磁學(xué)或催化性質(zhì)。然而，通常納米顆粒的團(tuán)聚會(huì)嚴(yán)重影響這些特殊的納米特性，因此，使納米顆粒相互分開(kāi)，可以長(zhǎng)時(shí)間地穩(wěn)定其性能。
加州理工學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程系Giapis教授組利用無(wú)針靜電紡絲技術(shù)，通過(guò)將電解質(zhì)磷酸二氫銫（CDP）與聚乙烯吡咯烷酮（PVP）或聚乙烯醇（PVA）聚合物溶液混合，并加入少量以DMF為溶劑的聚苯胺（PANI）溶液來(lái)增加樣品的電導(dǎo)率。在靜電紡絲后高溫?zé)崽幚?em>納米纖維樣品，成功制得了可用于固體酸性燃料電池（SAFCs）的納米纖維電極。
在靜電紡絲過(guò)程中，DMF較低的蒸汽壓導(dǎo)致其不易揮發(fā)。磷酸二氫銫（CDP）由于不溶于DMF，在靜電紡絲末期易形成過(guò)飽和狀態(tài)，會(huì)在PVP或PVA納米纖維內(nèi)部及表面成核結(jié)晶“長(zhǎng)出”納米顆粒。同機(jī)械壓制磷酸二氫銫（CDP）粉末生產(chǎn)的陰極相比，該納米纖維電極在每個(gè)電流密度下都具有更高的電池電壓，其原因是納米纖維電極表面積（21m2/g）相比于傳統(tǒng)陰極表面積（2.4m2/g）更大，約為9倍。同時(shí)因?yàn)镻VP和PVA在氧化還原反應(yīng)中沒(méi)有活性，所以需要通過(guò)300℃高溫?zé)崽幚砣コＴ谠搶?shí)驗(yàn)中，PVP與PVA不同的熱解性質(zhì)導(dǎo)致了PVP基納米纖維相比于PVA基納米纖維具有更好的電化學(xué)性能。該方法維持了納米顆粒的分散狀態(tài)，為在納米纖維表面附著納米顆粒提供了新的思路。
該研究成果近期發(fā)表于《Nature Communications》上。
圖文速遞
圖1.靜電紡絲過(guò)程的示意圖。納米顆粒修飾的納米纖維由透明聚合物溶液一步制成，溶液中含有溶解的磷酸二氫銫（CDP）和聚合物。在浸入溶液中的旋轉(zhuǎn)電極上會(huì)形成多個(gè)泰勒錐。在收集電極上吹熱空氣，使得靜電紡絲能夠在低聚合物濃度下進(jìn)行。具有CDP納米顆粒的纖維會(huì)大面積地沉積到收集電極上。
圖2.橫截面掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。
展開(kāi) 【科研摘要】
木材是一種生態(tài)友好且豐富的基材，并且可以通過(guò)大規(guī)模納米技術(shù)進(jìn)行功能化。但是，木材中的分層結(jié)構(gòu)和相互連接的纖維阻礙了納米粒子向木材中的滲透。最近，
瑞典皇家理工學(xué)院
Lars A. Berglund
教授
團(tuán)隊(duì)用金和銀鹽對(duì)脫木素的木材浸漬，這是通過(guò)微波輔助合成原位還原為等離激元納米顆粒。
透明生物復(fù)合材料由具有結(jié)構(gòu)顏色的承重材料形式的含納米顆粒的木材制成。
著色源自納米粒子表面等離激元，其需要低尺寸的分散性和粒子分離。脫木素的木材充當(dāng)綠色還原劑和納米顆粒所附著的增強(qiáng)支架，從而預(yù)先設(shè)計(jì)了它們?cè)诶w維“管”表面上的分布。
使用掃描透射電子顯微鏡（
STEM），能量色散光譜（EDS）和拉曼顯微鏡對(duì)納米級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，以確定粒徑，粒徑分布以及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系。光學(xué)特性，包括對(duì)偏振光的響應(yīng)，是特別令人關(guān)注的。
相關(guān)論文以題為
Facile Processing of Transparent Wood Nanocomposites with Structural Color from Plasmonic Nanoparticles
發(fā)表在《
C
hemistry of Materials
》上。
【主圖導(dǎo)讀】
圖
1.
（a）結(jié)構(gòu)化的TW處理的示意圖：脫木質(zhì)的木材中浸入了金屬鹽（銀或金），這些金屬鹽通過(guò)微波輔助合成原位還原成等離子體納米顆粒。然后將含納米顆粒的基材浸入單體中，并固化成具有結(jié)構(gòu)顏色的TW復(fù)合材料。（b）輕木，脫木素的基材，銀的基材，金的基材，（c）Ag-TW和（d）Au-TW的照片。
圖
2. Ag-TW和Au-TW的光學(xué)特性：
（a）總透射率和（b）偏振分裂比。
展開(kāi) 具有診療功能的納米顆粒在癌癥治療中具有比較好的應(yīng)用前景，預(yù)計(jì)在未來(lái)可能會(huì)拓寬生物技術(shù)和制藥行業(yè)領(lǐng)域。但具有診療功能的納米顆粒在臨床轉(zhuǎn)化中面臨許多挑戰(zhàn)。首先，納米顆粒在體內(nèi)的安全性是一個(gè)比較重要的問(wèn)題，許多納米顆粒會(huì)在重要器官中蓄積，從而導(dǎo)致潛在的急性或長(zhǎng)期毒性。因此，開(kāi)發(fā)安全、可靠、生物相容性好和低毒的納米顆粒非常有必要。其次，多功能納米顆粒需要同時(shí)具備診斷，監(jiān)測(cè)和治療的功能。另外，具有適宜尺寸的納米顆粒可以具有較好的“增強(qiáng)滲透滯留”（EPR）效應(yīng)，從而在腫瘤內(nèi)蓄積，但較大尺寸的納米顆粒極易被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)捕獲并蓄積達(dá)數(shù)月，從而引起潛在的體內(nèi)毒性。較小納米顆粒（<6 nm）雖不能實(shí)現(xiàn)快速腎清除，降低毒副作用，但其較短的體內(nèi)血液循環(huán)和較弱的EPR效應(yīng)，導(dǎo)致腫瘤蓄積和滯留較差，從而影響治療效果。因此，EPR效應(yīng)和腎清除之間的兩難問(wèn)題限制了納米顆粒的進(jìn)一步臨床應(yīng)用。
基于以上背景，中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所陳學(xué)思、田華雨研究員團(tuán)隊(duì)通過(guò)“引入去鐵胺（DFO）觸發(fā)的動(dòng)態(tài)解組裝策略”來(lái)解決納米顆粒瘤內(nèi)蓄積與快速腎清除之間的“兩難”問(wèn)題。多功能納米顆粒可基于EPR效應(yīng)實(shí)現(xiàn)在腫瘤處的富集，另外，被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)捕獲的納米顆粒可被DFO解組裝以減少對(duì)機(jī)體造成的潛在危害。這個(gè)策略具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）納米顆粒由如下成分構(gòu)成：食源性藍(lán)靛果中提取的天然花青素、體內(nèi)本身含有內(nèi)源性鐵以及聚谷氨酸衍生物，可以保證該納米顆粒體內(nèi)應(yīng)用的安全性。（2）該納米顆粒具有光聲和磁共振雙模成像功能，且在此指導(dǎo)下，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的光熱治療。（3）該納米顆粒在DFO作用下，具有動(dòng)態(tài)解組裝能力。注射DFO后，蓄積在肝臟的納米顆粒可發(fā)生有效解離，并由腎臟排出，從而改變代謝途徑，大大降低納米顆粒對(duì)肝臟造成的潛在危害，有效解決了EPR效應(yīng)和快速腎清除的“兩難”問(wèn)題。
圖1.
展開(kāi) 【科研摘要】
木材是一種生態(tài)友好且豐富的基材，并且可以通過(guò)大規(guī)模納米技術(shù)進(jìn)行功能化。但是，木材中的分層結(jié)構(gòu)和相互連接的纖維阻礙了納米粒子向木材中的滲透。最近，
瑞典皇家理工學(xué)院
Lars A. Berglund
教授
團(tuán)隊(duì)用金和銀鹽對(duì)脫木素的木材浸漬，這是通過(guò)微波輔助合成原位還原為等離激元納米顆粒。
透明生物復(fù)合材料由具有結(jié)構(gòu)顏色的承重材料形式的含納米顆粒的木材制成。
著色源自納米粒子表面等離激元，其需要低尺寸的分散性和粒子分離。脫木素的木材充當(dāng)綠色還原劑和納米顆粒所附著的增強(qiáng)支架，從而預(yù)先設(shè)計(jì)了它們?cè)诶w維“管”表面上的分布。
使用掃描透射電子顯微鏡（
STEM），能量色散光譜（EDS）和拉曼顯微鏡對(duì)納米級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，以確定粒徑，粒徑分布以及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系。光學(xué)特性，包括對(duì)偏振光的響應(yīng)，是特別令人關(guān)注的。
相關(guān)論文以題為
Facile Processing of Transparent Wood Nanocomposites with Structural Color from Plasmonic Nanoparticles
發(fā)表在《
C
hemistry of Materials
》上。
【主圖導(dǎo)讀】
圖
1.
（a）結(jié)構(gòu)化的TW處理的示意圖：脫木質(zhì)的木材中浸入了金屬鹽（銀或金），這些金屬鹽通過(guò)微波輔助合成原位還原成等離子體納米顆粒。然后將含納米顆粒的基材浸入單體中，并固化成具有結(jié)構(gòu)顏色的TW復(fù)合材料。（b）輕木，脫木素的基材，銀的基材，金的基材，（c）Ag-TW和（d）Au-TW的照片。
圖
2. Ag-TW和Au-TW的光學(xué)特性：
（a）總透射率和（b）偏振分裂比。
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為了進(jìn)一步突破碳?xì)浠A(chǔ)液體的導(dǎo)熱極限，引入高導(dǎo)熱的金屬氧化物納米顆粒制備成納米流體（Nanofluids），成為了熱管理介質(zhì)的前沿攻關(guān)方向。
支持組合使用，亦可添加自定義或文獻(xiàn)中的勢(shì)函數(shù)）
執(zhí)行高度定制化的力學(xué)屬性仿真
系統(tǒng)類(lèi)型
應(yīng)用示例
聚合物
功能
構(gòu)建并平衡聚合物系統(tǒng)
獲取熱機(jī)械屬性，如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、彈性模量及動(dòng)態(tài)模量
仿真熱傳輸過(guò)程
計(jì)算光學(xué)屬性
優(yōu)勢(shì)
極具靈活性的構(gòu)建器
全自動(dòng)化工作流程
研究與其他聚合物、分子及納米顆粒混合的聚合物體系
</p><p>需分析納米級(jí)甚至原子級(jí)細(xì)節(jié)（如納米顆粒的尺寸與結(jié)晶性、單原子分散狀態(tài)）。
生物醫(yī)學(xué)：為電場(chǎng)對(duì)細(xì)胞膜、微球和納米顆粒的影響研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有助于發(fā)展新的生物醫(yī)學(xué)技術(shù)。
結(jié)語(yǔ)
通過(guò)GROMACS分子動(dòng)力學(xué)模擬，本案例成功探究了電場(chǎng)作用下水球行為的演變過(guò)程。對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和工程師來(lái)說(shuō)，本案例提供了一個(gè)有力的工具，可以為解決實(shí)際問(wèn)題提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
Ansys Lumerical | 米氏散射 FDTD10個(gè)月前
設(shè)置納米顆粒的材料或索引。
在“模型”中設(shè)置納米顆粒的跨度和位置、網(wǎng)格覆蓋的網(wǎng)格大小以及仿真跨度。源和 “abs”/“scat” 分析組將自動(dòng)由最多兩個(gè)網(wǎng)格單元分開(kāi)，納米顆粒被 “abs” 分析組完全包圍。
在模擬非球形粒子或多個(gè)粒子時(shí)，可能需要更新邊界條件以匹配新結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性。還需要修改關(guān)聯(lián)的腳本文件，以校正散射體的幾何面積和大小參數(shù)。
Al-Said等人利用紫外-可見(jiàn)吸收光譜確定所制備的樣品ALE-ZnONPs中含有氧化鋅納米顆粒。如圖6所示，樣品ALE-ZnONPs在375 nm出現(xiàn)了特征峰，制備樣品的原材料ALE和ZnSO4在該處無(wú)特征峰。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，納米氧化鋅的特征峰在358-375 nm之間，由此證實(shí)了氧化鋅納米顆粒的生成。
②根據(jù)吸收峰的強(qiáng)弱對(duì)比比較樣品的相關(guān)性質(zhì)。
氣-液-固三相體系CFD模擬方法：理論框架與應(yīng)用拓展11個(gè)月前
Feng 等也將液相以及納米顆粒兩相看作擬均相處理，在 CFD 模擬中考慮的曳力、升力以及虛擬質(zhì)量力，重點(diǎn)考察時(shí)均徑向氣含率以及液速分布。
而GROMACS作為高性能的開(kāi)源MD模擬軟件，為研究油水界面張力、乳化劑作用、納米顆粒輔助分離等提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。
本案例基于GROMACS，建立油水混合體系的分子動(dòng)力學(xué)模型，模擬其在常溫下的自發(fā)相分離過(guò)程，并考察油分子的溶劑可及表面積的變化。
初始模型的構(gòu)建
在本案例中，我們采用烷烴（正十六烷） 作為油相，構(gòu)建一個(gè)油水混合初始體系。
粗粉（granular powder）
10μm~1μm
細(xì)粉（super fine powder）
1μm~0.1μm
超細(xì)粉（ultra fine powder）
＜0.1μm（100~1nm）
納米顆粒
案例2：汽車(chē)尾氣納米顆粒排放瞬態(tài)模擬
針對(duì)汽車(chē)尾氣中的納米顆粒較難檢測(cè)的問(wèn)題，本案例展示CMCL軟件中kinetics & SRM Engine Suite在物理化學(xué)建模中預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣相及顆粒物排放的能力，以及MoDS生成用于瞬態(tài)仿真的高維與快速響應(yīng)替代模型的能力。
