• 大气污染与雾霾研究
  捕获单个气溶胶粒子可以在在较长时间内详细研究其基本特性。光学捕获已经发展成为实现这种单粒子研究的强大工具。然而，捕获和操纵空气中的单个粒子，尤其是是形状不规则的吸收粒子，要比在溶液中的粒子更具挑战性。尽管其内在机制还不完全明了，但最近的实验发展促使操纵和表征单个气溶胶粒子成为可能。在这篇项工作中，我们分析了几种用于捕获和操纵气溶胶粒子的光学配置。根据捕获原理的不同，可初步将它们分为辐射压力陷阱、光致反射陷阱和通用光学陷阱（UOTs）。辐射压力阱是基于光子动量传递产生的辐射压力，包括早期的光学悬浮配置和著名的光镊。为了评估每种光捕获方案，有四个关键方面:讨论了光阱结构的简单性、鲁棒性、灵活性和效率。除了稳定的光学捕获外，从一维到三维的光学操作可以使研究各种单粒子具有极大的灵活性。随着单粒子在空气中的稳定捕获和灵活操作，其他分析技术可以用来表征这些粒子。

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• 水污染与油水分离
  在这项工作中，利用附着在油水界面上的微米级聚苯乙烯胶乳颗粒，对二维聚集网络的可控生成进行了实验研究。对颗粒单层的聚集结构的控制是通过破坏胶体颗粒的初始结晶单层来实现的。通过改变水亚相的组成，可以得到具有相似动力学尺度行为的紧密且开放的结构。在溶液中加入一价盐，导致乳胶颗粒的缓慢聚集，并产生相当致密的结构。乳胶颗粒聚集、是在静电斥力缓慢的降低，和横向毛细相互作用共同影响下发生的，这取决于聚集体的形状和粒子的润湿性能。 然而，在电解质中加入少量的离子表面活性剂会导致更开放的最终结构和更快的聚集动力学。 所获得的结果对于不同的机械或流变界面性能，可以生成定制结构的接口。

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• 藻类生长与环境关系
  酚类物质（PS）和藻酸盐（ALG）之间的相互作用已被认为在褐藻的细胞壁结构中产生明显影响。但目前仍没有报道这种相互作用的明确证据。钒依赖型溴过氧化物酶（VBPO）已被提出作为PS与ALG结合的可能催化剂。在这项工作中，我们使用分子排阻色谱（SEC）和光学镊子显微镜研究了PS和棕藻中ALG之间的相互作用。SEC的分析表明，ALG与PS形成高分子量复合物。为了研究这种分子复合物的形成，我们研究了在存在或不存在VBPO的情况下，来自岩藻（Fusus vesiculosus L.）的纯化的ALG与来自Pandina Gymnospora（Kütz。）的纯化的PS的体外相互作用。PS和ALG之间的交互仅在添加VBPO时发生，表明该酶对于结合过程至关重要。这些分子的相互作用导致ALG粘度降低。我们认为VBPO会促进PS分子与ALG糖醛酸残基的结合，并且我们还认为PS是棕色藻类细胞壁的组成部分。

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• 界面化学
  这项工作，根据Ashkin在三维空间中的计算方法，计算了单个激光束在二维油水界面上，通过强聚焦在介电球体上所施加的光捕获力大小。 基于几何光学近似(GOA)的方法，横向俘获力的计算结果与捕获力的实验测量结果一致。 重要的是，计算结果验证了施加在垂直于界面的粒子上的辐射力不足以诱导粒子对之间的毛细管相互作用，这一过程可能被误认为是粒子-粒子相互作用。 最后，我们发现光捕获力的大小，取决于粒子在界面处的三相接触角，并在水相中的极大值到油相中的极小值之间发生变化。

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• 化学工程
  测量单个纳米气泡成核的活化能势垒非均相气泡成核是最基本的界面过程之一，受到了物理、化学等各个领域的广泛关注。虽然大多数的研究都集中在大的微泡上，但在这项工作中，我们使用表面等离子体共振显微镜，测量单个纳米胚胎蒸汽泡在聚焦激光束加热金薄膜时的成核速率常数和激活能垒。图像分析允许同时测定同一批光学图像的局部温度和局部成核速率常数。通过分析成核速率常数与温度的关系，我们可以计算出亚微米点内的局部活化能势垒。对衬底的扫描进一步得到了空间分辨率为100 nm的成核率图，结果表明与局部粗糙度无关。这些结果表明，胚胎纳米泡异质成核的激活能垒是由晶面结构和表面化学，而不是几何粗糙度 调进行调节的。

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• 化工
  双光阱光镊已被用来直接测量两个二氧化硅颗粒之间的相互作用力，以控制离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的浓度。通过在一个点光阱和一个线性光阱中捕获两个二氧化硅粒子，并控制线性陷阱使一个粒子接近另一个粒子，可以通过粒子间距离的变化，测量这两个粒子之间的相互作用力。结果表明，随着SDBS浓度的增加，两个二氧化硅颗粒之间的相互作用力出现在两个二氧化硅颗粒之间较近的表面距离上。只有低于SDBS临界胶束浓度(cmc)的二氧化硅颗粒之间存在排斥力，用经典的Derjaguin - Landau - Verwey - Overbeek (DLVO)理论可以很好地拟合。然而，在SDBS胶束产生的诱导下，耗尽引力出现在SDBS的cmc上方。通过现场测量两种硅颗粒在不同浓度SDBS存在下的相互作用力，可以定量计算出耗尽力。

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