旋流液体雾化火焰中纳米颗粒掺杂合成的机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51676109
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    90.0万
  • 负责人：
    李水清
  • 依托单位：
    清华大学
  • 学科分类：
    E0604.燃烧学
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The project aims to study the doping mechanism of multiple-component nanoparticles during flame spray pyrolysis. The novel swirl flame will be developed coupled with atomization of liquid precursors. Doping mechanism of flame-made nanoparticles will be revealed through in situ laser diagnostics including LIF, Raman and PS-LIBS. This will be instructive for accurate synthesis of nanoparticles for industrial uses. Experimentally, the spatial and temporal distribution of nanoparticles will be obtained. More importantly, the evolution model of nanoparticles under heterogeneous conditions will be established. Theoretically, evolutionary process of nanoparticles formation in the flame process, i.e. collisions, coalescence and sintering, will be obtained with population balance model together with turbulent flame model. Finally, theoretical foundation of doped nanoparticles evolved from liquid precursors in swirl flame will be built. We strive to make original progress in the heterogeneous combustion field.
本项目以旋流火焰合成纳米掺杂颗粒为研究对象，发展一种旋流火焰与前驱物液相雾化相结合的新型火焰合成方法。通过采用激光诱导荧光光谱、拉曼光谱和相选择激光击穿光谱等先进在线测量方法来揭示湍流火焰场内液相前驱物掺杂合成纳米颗粒的机理规律，为工业上精确、可靠控制掺杂纳米颗粒合成提供理论基础。实验上，观测纳米颗粒在空间及时间尺度上的变化规律，建立多相环境中纳米颗粒演化的物理模型。理论上，通过群平衡模型以及湍流火焰模型相结合的方法，研究掺杂合成纳米颗粒和在火焰场中的碰撞、聚并、烧结反应的微观过程。最终形成旋流液体雾化火焰中纳米颗粒合成的基础理论，力争在丰富非均相燃烧知识体系方面做出原创性贡献。

结项摘要

本项目搭建了旋流管状燃烧器和具有放大潜力的旋流雾化火焰合成燃烧器，通过多种在线激光诊断方法诊断了湍流火焰的结构和喷嘴的雾化特性。合成了以纳米Y2O3、Y2O3-Al2O3为基底、不同稀土元素掺杂、不同结构的纳米荧光材料，通过对颗粒的光学特性的测量，证明合成的下转换材料和上转换材料在高级彩色显示、高分辨率生物医学成像、及精确光学测温等方面具有巨大的应用潜力。.在掺杂合成机理的研究方面，利用离线表征方法分析前驱物溶液和产物纳米颗粒、利用PS-LIBS、PDA在线激光诊断方法，对火焰场中的颗粒相和液滴相进行了综合诊断测量。系统地研究了前驱物、溶剂、添加剂对于纳米颗粒生成的作用机制，通过火焰温度场、速度场的测量和不同工况下颗粒形貌的表征，建立了温度和停留时间与纳米颗粒生长过程的关联。进一步通过设计不同的进给方式，合成了均匀掺杂、包覆等不同结构的纳米颗粒，进一步优化了颗粒的光学特性。.在掺杂合成过程的在线激光诊断方法上，进一步在相选择性激光诱导击穿光谱方法基础上发展了新的谐振增强PS-LIBS方法，在保留原有的仅形成纳米等离子体、无延迟等特点的基础上，获得了强度高出一个数量级的原子光谱信号，实现了湍流火焰合成中纳米颗粒的瞬态诊断测量，结合自由基的PLIF测量方法，实现了湍流火焰场中颗粒相和自由基的同步瞬时测量，并可以识别湍流结构和化学反应不同强度的耦合机制。.在理论研究方面，采用了分子动力学方法研究了高温条件下纳米Y2O3和Y2O3-Al2O3复合氧化物单颗粒动态变化特性和颗粒烧结过程，通过选择合适的晶相识别方法，得到了不同粒径下、不同温度下纳米Y2O3的立方-单斜-熔融相图，揭示了粘性流掺混和晶相扩散两种不同的元素的掺混机制。利用开源软件开展了湍流火焰模拟，利用群平衡模型模拟了纳米颗粒生长过程，与实验结果达到良好的吻合。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Energy conversion and ignition of fluffy graphene by flash light
闪光灯对蓬松石墨烯的能量转换和点燃
  • DOI：
    10.1016/j.energy.2017.12.062
  • 发表时间：
    2018-02
  • 期刊：
    Energy
  • 影响因子：
    9
  • 作者：
    Liu Guannan;Liu Dong;Zhu Junwu;Wei Jili;Cui Wei;Li Shuiqing
  • 通讯作者：
    Li Shuiqing
Flame-made Y2O3:Yb3+/Er3+ upconversion nanoparticles: Mass production synthesis, multicolor tuning and thermal sensing studies
火焰制造的 Y2O3:Yb3 /Er3 上转换纳米粒子：大规模生产合成、多色调谐和热传感研究
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2020.157078
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Xu Yang;Zeyun Wu;Zining Yang;Xiaofan Zhao;Changqing Song;Maohui Yuan;Kai Han;Hongyan Wang;Shuiqing Li;Xiaojun Xu
  • 通讯作者：
    Xiaojun Xu
Rare-Earth-Doped Y4Al2O9 Nanoparticles for Stable Light-Converting Phosphors
用于稳定光转换的稀土掺杂 Y4Al2O9 纳米粒子
  • DOI：
    10.1021/acsanm.9b02231
  • 发表时间：
    2020-01-01
  • 期刊：
    ACS APPLIED NANO MATERIALS
  • 影响因子：
    5.9
  • 作者：
    Liu, Chenyang;Pokhrel, Suman;Maedler, Lutz
  • 通讯作者：
    Maedler, Lutz
Single-shot two-dimensional measurement of nanoparticles in turbulent jet-diffusion flames using phase-selective laser-induced breakdown spectroscopy
使用相选择激光诱导击穿光谱单次二维测量湍流喷射扩散火焰中的纳米颗粒
  • DOI：
    10.1016/j.proci.2018.06.227
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Proceedings of the Combustion Institute
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Ren Yihua;Zhang Yiyang;Li Shuiqing
  • 通讯作者：
    Li Shuiqing
Tuning excitation laser wavelength for secondary resonance in low-intensity phase-selective laser-induced breakdown spectroscopy for in-situ analytical measurement of nanoaerosols
调谐激发激光波长以实现低强度相选择激光诱导击穿光谱中的二次共振，用于纳米气溶胶的原位分析测量
  • DOI：
    10.1016/j.sab.2017.11.013
  • 发表时间：
    2018-02
  • 期刊：
    Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Gang Xiong;Shuiqing Li;Stephen D Tse
  • 通讯作者：
    Stephen D Tse

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  • 作者：
    李润东;池涌;李水清;严建华;王雷;岑可法
  • 通讯作者：
    岑可法

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
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          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
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          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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