钨铜复合材料

[color=#00008B] 复合材料力学是固体力学的一个新兴分支，它研究由两种或多种不同性能的材料，在宏观尺度上组成的多相固体材料，即复合材料的力学问题。复合材料具有明显的非均匀性和各向异性性质，这是复合材料力学的重要特点。 复合材料由增强物和基体组成，增强物起着承受载荷的主要作用，其几何形式有长纤维、短纤维和颗粒状物等多种；基体起着粘结、支持、保护增强物和传递应力的作用，常采用橡胶、石墨、树脂、金属和陶瓷等。 近代复合材料最重要的有两类：一类是纤维增强复合材料，主要是长纤维铺层复合材料，如玻璃钢；另一类是粒子增强复合材料，如建筑工程中广泛应用的混凝上。纤维增强复合材料是一种高功能材料，它在力学性能、物理性能和化学性能等方面都明显优于单一材料。 发展纤维增强复合材料是当前国际上极为重视的科学技术问题。现今在军用方面，飞机、火箭、导弹、人造卫星、舰艇、坦克、常规武器装备等，都已采用纤维增强复合材料；在民用方面，运输工具、建筑结构、机器和仪表部件、化工管道和容器、电子和核能工程结构，以至人体工程、医疗器械和体育用品等也逐渐开始使用这种复合材料。[/color]

[color=#00008B]同常规材料的力学理论相比，复合材料力学涉及的范围更广，研究的课题更多。 首先，常规材料存在的力学问题，如结构在外力作用下的强度、刚度，稳定性和振动等问题，在复合材料中依然存在，但由于复合材料有不均匀和各向异性的特点，以及由于材料几何(各材料的形状、分布、含量)和铺层几何(各单层的厚度、铺层方向、铺层顺序)等方面可变因素的增多，上述力学问题在复合材料力学中都必须重新研究，以确定那些适用于常规材料的力学理论、方法、方程、公式等是否仍适用于复合材料，如果不适用，应怎样修正。 其次，复合材料中还有许多常规材料中不存在的力学问题，如层间应力(层间正应力和剪应力耦合会引起复杂的断裂和脱层现象)、边界效应以及纤维脱胶、纤维断裂、基体开裂等问题。 最后，复合材料的材料设计和结构设计是同时进行的，因而在复合材料的材料设计(如材料选取和组合方式的确定)、加工工艺过程(如材料铺层、加温固化)和结构设计过程中都存在力学问题。[/color]

可用于生物传感的材料必须具备如下条件：响应灵敏；很好的稳定性；比较大的检测范围以及较低检测限；对被检测物质具有较好的选择性。过氧化氢不仅是一类含活性氧物质，也是生物体内许多酶（包括葡萄糖氧化酶、胆固醇氧化酶、尿酸、醇氧化酶、半乳糖氧化酶、肌氨酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶等）氧化后的副产物，因此发展一种有效的生物传感器用于检测过氧化氢显得十分重要。在生物传感器中，无酶的生物传感价格低廉并且具有较好的稳定性能，因此制备一种同时具有较低的检测限和较宽的线性检测范围的无酶生物传感器具有重大的意义。 考虑到石墨烯具有非常大的比表面积、良好的导电性能及很好的化学稳定性，在超敏生物传感器中有很大的应用前景；另外，贵金属纳米粒子具有很好的电学、光学、磁学性质及催化活性，中科院过程工程研究所科研人员在材料设计的基础上，采用绿色光电催化剂杂多酸（12O40][sup]3-[/sup] (PW12)）同时作为还原剂、包覆剂与桥接剂，制备石墨烯上负载金纳米粒子的三元复合材料，并研究了它们作为过氧化氢无酶生物传感器的应用。 研究团队最近曾首次报道过采用PW12同时作为还原剂、包覆剂与桥接剂制备碳纳米管上修饰贵金属纳米粒子的三元复合材料，并发现它们具有很好的光电催化活性（[i]J. Mater. Chem.[/i] 2011, 21, 2282；[i]Carbon[/i] 2011, 49, 1906；[i]J. Mater. Chem.[/i] 2011, 21, 14917）。最新研究在此工作的基础上，进一步制备了金纳米粒子、杂多酸与石墨烯的三元杂合材料。通过调节杂多酸与金属离子的浓度，可以制备石墨烯上不同金负载率的复合材料。透射电镜分析发现，石墨烯表面附着的金纳米粒子分散均匀并且颗粒大小很均一。XRD、XPS与拉曼光谱分析进一步证明了研究团队制备出了相应的三元杂合材料。 本反应的一个显著优点是避免了有机模板分子与表面活性剂的引入，能有效的增强材料的导电性与电催化活性。研究发现，此三元材料对过氧化氢的无酶生物传感检测限达到1.33×10[sup]-6[/sup] M，线性检测范围为 5.0×10[sup]-6[/sup]-1.8×10[sup]-2[/sup] M，同时满足具有较低的检测限和较宽的线性检测范围，是目前报道的含金的过氧化氢无酶生物传感器中最好的材料。通过进一步的研究发现，此材料的优异催化性能主要来源于金纳米粒子与石墨烯的协同作用。 该研究得到了中科院过程工程研究所百人计划与国家自然科学基金（21071146，51002155）的资助。相关研究结果已经发表在[i]Small[/i]（2012, 8, 1398-1406）上，得到审稿人的高度评价。 [url=http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201102298/abstract]论文链接[/url][img]http://www.cas.cn/ky/kyjz/201207/W020120713382999033734.jpg[/img]复合三元材料的制备方法[align=center][img]http://www.cas.cn/ky/kyjz/201207/W020120713382999042954.jpg[/img][/align][align=center] （a）复合材料的TEM形貌；（b）复合材料对过氧化氢的电化学生物传感。[/align]