量子点发光材料简介(精选7篇)
量子点CdS电化学发光传感器对DNA损伤研究
1 引言 量子点是一种新型发光材料,具有独特的物理和化学性质,在磁学、光学、电学、催化和化学传感以及生物医学等方面具有广阔的应用前景。目前,量子点的合成方法主要包括沉淀法、水热合成法、微波辅助法、模板法、电沉积法等。采用电沉积方法制备量子点,可以通过调控沉积条件控制量子点的粒度大小。但是在目前的研究报道中,多采用ITO玻璃和Pt等金属作为基底,在玻碳电极表面沉积具有发光性能的CdS的研究罕见报道。目前,CdS量子点修饰的电化学发光传感器的制备主要包括将CdS量子点制成碳糊电极、将已经制备好的水溶性的`CdS量子点直接滴涂到电极表面、通过层层自组装将已经制备好的水溶性的CdS量子点组装到碳纳米管修饰的玻碳电极上和通过核素一亲和素将CdS量子点连接到电极表面等方法。以上这些方法,需要提前制备CdS量子点,比较复杂。本研究采用电化学沉积方法在电极表面修饰CdS,这种方法具有操作方便,程序简单的优点。
随着信息社会的高速发展,人们对信息传输系统和集成电路芯片的带宽、可靠性、保密性和低功耗的要求越来越高。为了适应这一需求,在过去的四十多年里,大规模集成电路的性能一直按着摩尔定律快速提升,硅晶体管的特征尺寸越来越小,由此带来的量子效应、工艺难度、信号延迟和散热等问题已给传统的集成电路技术带来巨大挑战。作为下一代混合集成电路的方案之一,光互连具有超大带宽、抗干扰和低功耗等特点,将光互连引入集成芯片中可大幅度提高带宽,降低芯片功耗,因此片上光互连已经成为世界范围内的研究热点,其难点之一的高性能硅基发光器件更是引起了广泛关注。
然而,与硅作为电子材料的巨大成功不同,硅不是一种好的发光材料。硅是间接带隙半导体,这使得采用常规方法制作硅基高效发光器件几乎不可能,因此也阻碍了硅大规模进入光电子领域。为了克服这个困难,在过去的数十年里科学家们尝试了各种不同的方法,这些研究与硅基其他无源和有源器件方面的研究统称为硅基光子学。近几年来硅基发光器件的研究有了长足的进步,比如,在硅系材料中掺入稀土金属铒离子[1],在体硅材料中制作出缺陷网络实现发光[2],2006年Intel公司采用SOI(绝缘体上硅)键合III-V族化合物半导体研制出了条形激光器和阵列[3],并在此基础上,于2010年研制成功单片集成的4通道收发模块,实现了模块到模块间(光纤连接)50Gbit/s的高速传输[4]。
锗与硅同属IV族半导体材料,已经广泛应用于电子电路领域,大尺寸的绝缘层上锗和硅上锗衬底已经接近商业化[5]。近年来锗材料逐渐在光子学领域得到较多应用,例如,便于集成的31GHz波导型锗高速探测器[6]以及40GHz高速硅调制器[7]均已实现。除了发光器件,实现基于锗/硅平台的片上光互连需要的主要光电子器件也已经实现。2010年,MIT(麻省理工学院)的研究小组实现了基于高掺杂张应变锗材料的激光器[8],但注入电流密度高达105A/cm2量级。2006年,通过将锗量子点嵌入光学微腔,利用Purcell增强效应[9],我们首次观察到了锗量子点的室温共振发光[10]。虽然近年来国际国内在硅基发光材料和器件的研究上已经取得了很多成果,但适合于下一代大规模光电集成芯片的小尺寸、低功耗、制作工艺与CMOS(互补式金属氧化物半导体)工艺兼容的高效硅基发光器件仍然缺乏。因此我们开展了基于锗自组装量子点及将锗量子点嵌入光学微腔中实现硅基发光器件的研究,本文将介绍我们在这方面的研究进展。
1锗自组装量子点
锗与硅材料一样,也是间接带隙半导体,锗材料的发光能力较差,体锗材料仍然不能作为好的发光材料使用。而在量子结构中的量子限制效应可以有效展宽电子和空穴的波函数,从而增加电子和空穴波函数的交叠,显著增加电子和空穴的复合发光几率。锗自组装量子点可以通过MBE(分子束外延) 技术在硅衬底上生长得到。锗的晶格常数比硅的晶格常数大4%左右,在硅表面外延锗时,由于晶格失配,外延层产生应力,应力随着外延层厚度积累变大。在硅衬底上外延生长锗材料,锗原子将选择能量更低的三维岛装生长,从而形成锗自组装量子点, 这就是外延生长中的S-K模式。图1所示为通过MBE得到的锗自组装量子点的AFM(原子力显微镜)照片。
从图中可以看出,MBE过程中产生了两种大小不同的锗自组装量子点,较大的量子点类似半球形, 尺寸在60~120nm之间;较小的点类似金字塔形貌,尺寸在30~80 nm之间,量子点的密度在1010/cm2量级。锗量子点锗有着II型量子阱能带结构,在锗量子点材料中,电子和空穴被分开限制: 空穴限制在锗里面的势阱中,而电子被电子空穴对的库伦引力弱限制在锗量子点周围的硅中。由于量子限制作用,空穴的波函数发生展宽,与电子波函数的交叠增加,提升了电子空穴对复合发光的几率[11,12]。图2所示为锗自组装量子点材料在40K下测量得到的光致荧光谱,可以看到一个较宽的发光峰处在1.3~1.6μm的波长范围内,这个波段正好是光纤通信系统使用的波段,所以基于锗量子点材料的发光器件有着广泛的应用前景。同时硅材料对上述波段透明,处于此波段的光能在硅波导中长距离传输,为将来基于硅基片上大规模光电混合集成提供了可能。
锗量子点可在硅衬底上外延生长得到,相较于嵌入绝缘体的发光中心,更容易实现低电压电注入发光,这种优势对制备实用化的硅基发光器件非常重要。然而,由于自组装锗量子点的尺寸较大,量子限制效应不明显,锗量子点发光仍存在着发光效率低、发光缺乏方向性以及需要进一步提升锗量子点的发光特性等问题,将锗量子点与光学微腔结合是解决上述问题的途径之一[13]。
2光子晶体环形腔中锗量子点共振荧光
光学微腔内的光学共振将导致处在共振波长上的发光得到增强,而处在非共振波长上的发光被抑制。在这些共振波长上,由于Purcell效应,电子的自发辐射速率大幅增加,增加的幅度正比于腔模的Q值,反比于腔模的模式体积。将锗自组装量子点嵌入高Q值光学微腔中,可对锗量子点的发光特性进行调制,实现波长选择、方向调控和效率提升。
多种微腔可用来增强锗量子点的发光,包括微盘、微环和光子晶体微腔等[10,14]。我们利用光子晶体环形腔来增强腔中锗量子点的发光,在波长1 500~1 600nm内得到了6个尖锐的发光峰[15]。
用MBE系统在160nm顶层硅的SOI基片上外延生长4层锗量子点,再盖上硅帽层,并用电子束曝光和电感耦合等离子体刻蚀在顶层硅锗层上制备光子晶体环形腔结构。图3(a)所示为制作的环形腔的电镜照片,中心灰色圆圈表示微区光荧光测试系统的泵浦光斑;图3(b)为环形腔拐角处的放大电镜照片,将拐角处的空气孔的半径减小以增大腔的Q值;图3(c)为器件的结构示意图。
图4所示为所制作器件的室温光荧光谱,泵浦功率为16μW。图中下方较平坦的曲线和上方尖锐的发光峰分别代表平板区域(无结构)和环形腔的光荧光谱。如图所示,在波长1 500~1 600nm范围内,有6个尖锐的发光峰,对应6个腔模。图4中右图为谐振发光峰4的光谱的放大图,可以看出,发光峰的半高宽为0.5nm,对应Q值为3 085。与平板区域相比,环形腔对锗量子点的发光增强超过了30倍。通过计算微腔对光的提取效率的提升,可以得出环形腔的Purcell因子为2.1。
3硅基锗量子点定位生长
近些年来将图形衬底和自组装生长技术相结合已经成为控制量子点成核位置、提高均一性的重要手段,因此也引起了半导体异质外延领域研究者的极大兴趣。一般来说,生长在图形衬底上的锗量子点比起生长在平衬底上的量子点具有较低的成核势垒、较小的临界尺寸、较少的失配应力和较大的体积[16]。定位量子点在基础物理研究和技术应用上有较好的前景,如单个锗量子点可以作为硅基量子光源,双锗量子点有潜力用作单电子晶体管等。
为了研究锗量子点在不同图形衬底上的生长机理,我们利用电子束曝光和干法刻蚀在硅片上制备了不同形状的图形衬底[17]。定义纳米孔的长宽比为r,图5(a)、(b)分别给出了r=1和r=3的纳米孔阵列时,两种图形衬底的AFM形貌,纳米孔的排列周期为3μm。对于r=1的纳米孔阵列,在外延生长的过程中,通过精确控制外延生长,能实现在纳米坑上方成核的单个锗量子点,分别如图1(c)、(e) 所示。对于长方形纳米孔(r=3)的图形衬底,我们实现了定位双锗量子点的生长,分别如图1(d)、(f) 所示,每一个纳米孔内被一大一小两个量子点占据。
为了能从原理上理解长方形纳米孔中锗量子点的成核机理,我们模拟了生长过程中纳米孔内部的化学势分布,如图6所示。化学势沿着Si<110>方向在纳米坑内有两个极小值,双极小值的位置对应着双量子点的位置,极小值附近的化学势梯度的不对称也同时决定了成核的双点大小不对称。
在实验中我们发现通过合理控制外延生长的生长条件,可以实现0.6、1、3、5、10和15 m的大周期锗量子点的有序生长[18],如图7所示。我们认为在锗沉积的最开始锗量子点就已经在纳米孔中成核了,而纳米坑中锗量子点成核是由表面化学势最小值所决定的。继而可以推论锗量子点的定位与图形衬底的排列周期无关,通过优化生长条件可以实现无限大周期的锗量子点的有序生长。
对于周期排列的纳米圆台衬底,通过控制外延过程中的锗沉积量和生长温度,我们实现了在圆台的边缘生长出锗硅的量子点、纳米线和纳米环[19], 图8所示为在周期为600nm的纳米圆台上沉积10 ML的锗后样品的表面形貌。生长温度分别为(a)500 ℃、(b)540 ℃和(c)580 ℃。图(a)中箭头所指为一个量子点。
4与光子晶体微腔耦合的锗硅单量子点发光器件
在三维限制的自组装半导体量子点中,激子能级会变为类原子的分立能级结构;利用单个量子点中激子在分立能级之间的跃迁即可产生单光子。国际上多采用单个铟砷量子点与微腔耦合来实现片上集成的单光子源[20,21],能与硅基光互连兼容的硅基单光子源仍未见报道;锗硅量子点具有制作容易、发光波段在通信波长内以及与CMOS工艺兼容等优点,因此与硅衬底兼容的单个锗硅量子点被认为是实现硅基单光子源的可能方案之一[22]。
为了提高锗单量子点的发光效率,我们可以将锗硅单量子点嵌入到光子晶体微腔的中心,利用微腔中的Purcell效应来增强锗硅单量子点的自发辐射,如图9(a)所示。我们在硅基图形衬底上外延生长自组装锗硅量子点,得到了周期性排列的锗硅单量子点阵列,如图9(b)所示,排列周期为1 600nm。 在先进的微纳加工工艺的帮助下,我们首次实现了锗硅单量子点与光子晶体微腔的精确耦合和可控制备,如图9 (c)所示。L3型光子晶体的周期为a = 398nm,微腔两侧临近的三个孔分别被移动A = 0.2a,B =0.025a,C=0.2a。 微腔中心位置可以看到一个白色斑点,表明下面埋着一颗锗硅单量子点, 白色虚线表明了单量子点中心位置。图9(d)展示了单量子点和微腔中心对准误差的统计分布,利用高斯拟合得出平均误差为22nm。
图9(a)嵌入单个量子点的光子晶体微腔系统示意图;(b)生长在图形衬底上的锗硅单量子点的AFM照片;(c)增强垂直出射的L3型光子晶体微腔的扫描电镜照片;(d)单量子点和微腔中心位置对准误差的统计分布
通过室温光致荧光光谱测试,在激发波长为532nm、片上激发功率为230μW时,我们观察到了微腔增强的锗硅量子点荧光光谱[23],如图10所示。 图10(a)是微腔增强的锗硅单量子点的荧光光谱, 图中,曲线1为微腔增强的锗硅单量子点的PL谱线,曲线2为无增强的锗硅单量子点的PL谱线。 在波长1 300~1 600nm之间有多个尖锐的谐振发光峰,这些发光峰分别对应于光子晶体微腔的腔模。 在1537nm,与普通锗硅单量子点相比,微腔中单量子点发光增强达到了1 240倍,由此估算微腔的Purcell因子约为77.5。图10(b)是微腔增强的锗硅密集多量子点的荧光光谱,图中,曲线1为微腔增强的锗硅密集量子点的PL谱线,曲线2为无增强的锗硅密集量子点的PL谱线。由于微腔的作用, 在波长1 300~1 600nm之间也有多个尖锐的谐振发光峰。在1 524nm,微腔中多量子点发光增强达到了160倍,由此估算微腔的Purcell因子为10.1。 单量子点微腔中如此高的Purcell因子主要来源于锗硅单量子点与微腔相对位置得到了精确控制。
5结束语
量子点CdS修饰纳米结构TiO2复合膜的光电化学研究
半导体量子点作为宽禁带半导体材料的敏化剂有着重要的意义[1-5],利用量子点作为光敏剂有许多优点:第一,通过控制量子点的尺寸可以调节它们的能带以至于他们的`吸收光谱能够被调节去匹配日光的光谱分布;第二,半导体量子点由于量子局限效应而有大的消光系数,并且有可以导致电荷快速分离的固有极矩.第三,量子点敏化太阳电池有一个独特的潜在的能力,即能够产生大于一的量子产额.因此人们开始尝试将量子点应用于光电化学电池.本文用原位化学方法在纳米尺度TiO2多孔膜电极上修饰了Q-CdS,对其敏化效果进行了表征,并探讨了光电化学机理.
作 者:王伟 郝彦忠 WANG Wei HAO Yan-zhong 作者单位:河北科技大学理学院,河北,石家庄,050018 刊 名:化学研究与应用 ISTIC PKU英文刊名:CHEMICAL RESEARCH AND APPLICATION 年,卷(期):2007 19(2) 分类号:O6 关键词:量子点CdS TiO2/Q-CdS复合膜电极 光电化学委员观摩点简介(特色农业)
观摩点一 :吾达力克乡订单色素辣椒简介
该点位于吾达力克乡15村4组,连片面积1000亩,品种为甜椒。3月初起垄铺膜种植,播前施农家肥4立方/亩、复合肥40公斤/亩、尿素25公斤/亩,亩均保苗株数在6200棵以上。今年该乡种植订单色素辣椒1.3万亩,其中滴灌辣椒占1000亩、育苗移栽占1000亩。同时,成立了色素辣椒协会与客商厂家完成了该乡1.3万亩色素辣椒的合同签订,做好色素辣椒统一销售的前期准备。2011年,全县种植订单色素辣椒12万亩,其中,滴灌辣椒1.2万亩。
观摩点二:吾达力克乡设施农业建设
该点位于吾达力克乡6村4组,新建钢架标准棚150座,占地面积200亩,80座大棚主体已完工。建棚模式主要是钢架木料结构棚,75米×8米,水电、渠路、滴灌、卷帘机、棉被、缓冲房等配套设施齐全。按50米标准大棚折合资金计算,每座棚投入约3.7万元,其中上海援助资金2万元,剩余部分由乡政府和农民自筹。
2011年,莎车县计划改造老棚4078座,新建大棚680座,目前,全县改造老棚2000座,新建大棚680座。
观摩点三:阿斯兰巴格乡家禽孵化育雏养殖基地
该点位于阿斯兰巴格乡,计划总投资9267万元,其中上海援助资金3800万元,企业出资5467万元,占地面积500亩,经营管理由企业负责。第一期工程于今年4月动工,目前已投入2500万元,完成了每栋520平方米鸡舍主体工程60栋,订购孵化机40台,种鸡笼720组,育雏笼1800组,全自动标准化蛋鸡笼1800组。该基地预计在今年底竣工,11月初可引进种蛋,全面启动孵化育雏工作。竣工后每年可饲养种鸡5.5万套(其中肉种鸡5万套,蛋种鸡0.5万套,年可产种蛋880-1200万枚),年孵化育雏小鸡可达1000万只以上;年存栏商品蛋鸡20万只;年生产有机肥可达13万吨。建成后企业每年按成本价向农户提供600万只合格鸡苗。
观摩点四 : 现代农业示范园建设情况简介
该观摩点位于莎车县塔尕尔其乡4村,占地面积600亩,一期工程现已投入使用,占地面积23亩,主要包括1万平方米玻璃智能连栋温室和1000平方米育苗车间以及配备设施。预计每年可提供优质种苗3000-4000万株。二期工程目前已开始施工设计。为了充分发挥育苗工厂示范效益,保证园区有效运行,该园区通过合资注册公司的方式来经营,目前,莎车与上海孙桥现代农业发展有限公司达成共识,决定成立集营销、服务、科研、繁育、生产、培训一体的现代农业科技有限公司。公司运作主要依托上海孙桥先进的生产技术、科学的经营理念、全方位的市场信息,引领莎车县农业向集约化、规模化、标准化发展。
北京市高通律师事务所(以下简称高通所)成立于2001年,是经司法部核准,由北京市司法局批准设立的合伙制律师事务所。
高通的经营宗旨是:恪守国家法律、法规,以严肃认真的工作态度,高效、快捷的工作作风,竭诚为社会各界提供优质的法律服务。
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高通所目前拥有专职律师50多人(含成都分所19人),顾问和律师助理等专业人员18人,均毕业于国内外知名法学院或综合性大学;他们有的从事专职律师工作十几年,积累了丰富的办案经验;有的曾在国家司法机关从事审判和检察工作多年,与国内外司法界建立了广泛联系有的长期担任多家商业银行、证券公司的法律顾问,对金融领域的律师 1 业务非常熟悉;有的毕业于国外著名法学院并具有在国外工作经历,可流利使用多种语言为中外客户服务;高通的律师各有所长,相互取长补短,相得益彰。此外,所内还配备有辅助律师业务的经济、会计、外语、行政管理等专业人员,形成了律师事务所的最佳人才结构。为当事人提供优质和高效的法律服务。主要业务领域
一、常年和专项法律顾问服务
北京高通律师事务所自成立以来,为数十家国家机关、中外企业、事业单位等担任常年法律顾问并为上百家企业提供专项法律顾问服务,包括外资公司、中央企业、境内外上市公司、民营企业,涉及金融、建筑装饰工程、能源、教育、投资、科研等多个领域与行业。近年的主要客户包括:
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二、公司(企业)法律事务
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在不良资产处置方面,长期担任中国信达资产管理公司、华融资产管理公司北京办事处和第一联合资产管理公司等中外金融资产管理公司的常年或专项法律顾问,代理该些公司在北京、天津、成都、沈阳等地的重大、疑难项目的债权清理及回收工作,取得了良好业绩;在金融机构的清算和重组方面,曾为中国经济开发信托投资公司、辽宁证券等一批大型金融企业的重组、撤销、终止、解散和清算等提供法律服务,得到财政部、人民银行和证监会等多家中央金融管理机构的肯定和称赞。
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1、处理房地产开发与经营过程中的各种纠纷,成功代理多起房地产诉讼和仲裁案件。成功处理“御景园”、“万和世家”、“丽舍”等众多项目业主与开发商的纠纷。
2、担任项目法律顾问及签约律师
为北京利达行、京港、信宜、天海、京润等多家房地产开发公司处理法律事务,担任玫瑰园、汉荣家园、望都家园、元嘉国际公寓、城市广场、方舟苑、鑫雅苑小区和大西洋新城等十余个房地产开发项目的法律顾问及签约律师。
3、担任北京市商业银行购房贷款项目的指定律师。
4、担任物业管理法律顾问:
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5、担任北京产权交易中心的常年顾问,为几十宗,成交额达数十亿元的土地交易和160余宗成交额近6亿元的房产交易提供全程法律服务。
六、诉讼仲裁法律事务 高通所诉讼仲裁业务部拥有一支具有丰富实战经验的律师队伍,是高通所最大的业务部门,拥有执业律师、律师助理及工作人员十余名。高通所特别擅长代理在北京地区二审和申诉再审的重大疑难案件,而且所代理案件的胜诉率较高,享有良好的社会声誉,入选中国石油化工集团公司、中国信达资产管理公司等多家知名企业的诉讼律师短名单。诉讼部律师具有处理复杂法律问题的能力和较强的业务协调能力;不少律师曾在国家司法机关从事审判和检察工作多年,与国内外司法界建立了广泛联系。高通律师成功代理了众多有影响的诉讼和仲裁案件,有的案件被最高人民法院纳入典型案例汇编,取得了良好的效果。
七、资信及商务调查法律事务
量子点 (Quantum dots, QDs) , 又可称为纳米晶, 是一种由II-VI族或III-V族元素组成的纳米颗粒, 其具有优良的光学、电学性能, 已引起了人们的研究兴趣[6]。量子点的荧光性质已得到了广泛深入的研究[7], 有研究发现, 量子点可以增强许多化学发光体系的发光强度[8], 但是这些已报道的量子点化学发光体系存在一些缺点, 比如量子点不稳定需要合适的稳定试剂, 同时体系还需要特殊的化学发光试剂等。水溶性Zn Cd Se量子点易于制备, 并可以通过改变其组成、尺寸、形状和表面包被试剂来调节其发光特性。试验发现KMn O4可直接氧化包覆在Zn Cd Se量子点上的L-cys产生强烈的化学发光现象, 而头孢羟氨苄对该体系的化学发光具有很强的抑制作用, 基于此, 结合流动注射技术建立了一种直接测定头孢羟氨苄的新方法, 此法可用于头孢羟氨苄的测定, 检测效果良好, 同时利用KMn O4直接氧化量子点上的包被试剂而产生很强的化学发光这一方法也克服了传统量子点化学发光体系的缺点。
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
IFFM-D智能型流动注射化学发光仪, 西安瑞迈电子科技有限公司。
L-半胱氨酸 (98.5) , 国药集团化学试剂有限公司;高锰酸钾溶液0.01 mol/L (准确称取高锰酸钾0.158 0 g于50 m L烧杯中加少量水溶解, 然后定容至100 m L, 摇匀, 作为储备液, 使用时用水逐级稀释至所需浓度) ;硫酸, 盐酸, 硝酸, 磷酸。所用试剂均为分析纯, 水为石英亚沸重蒸水。
1.2 L-cys-Zn Cd Se量子点的制备
参照文献[9]并进行适当变化, 按以下六步进行:
(1) 合成锌的前体溶液:将136.3 mg氯化锌和368.8 mg的L-cys溶解于100 m L去离子水中, 用1 mol/L的氢氧化钠溶液调节溶液的p H值为8.0, 制得锌的前提溶液。
(2) 合成硒氢化钠溶液:将23.7 mg硒粉和118.5 mg硼氢化钠混合, 注入5 m L去离子水, 在30℃时反应30 min, 制得硒氢化钠溶液。
(3) 合成Zn Se前体溶液:在锌的前体溶液中通入氮气30 min, 将5 m L硒氢化钠溶液注入锌的前体溶液, 制得Zn Se前体溶液。
(4) 合成Zn Se量子点:将Zn Se前体溶液转移到反应釜中, 130℃油浴加热反应20 min, 伴以电磁搅拌, 制得Zn Se量子点。
(5) 合成Zn Cd Se前体溶液:将228.4 mg氯化镉和399.5 mg L-cys溶解于5 m L去离子水中, 注入Zn Se量子点溶液, 调节溶液的p H值为8, 制得Zn Cd Se前体溶液。
(6) 合成L-cys-Zn Cd Se量子点:在Zn Cd Se前体溶液中鼓入氮气30 min, 将其转移到反应釜中, 130℃油浴加热反应15 min, 伴以电磁搅拌, 制得L-cys-Zn Cd Se量子点。
1.3 实验方法
按图1所示连接流动注射化学发光分析流路, 分别将水、高锰酸钾溶液以及L-cys-Zn Cd Se量子点通过相应的管道输入分析系统, 待基线稳定后注入样品溶液, 记录反应的发光信号, 将其中未加入头孢羟氨苄的体系所产生的化学发光强度定义为本体发光值I0, 而将头孢羟氨苄加入到发光体系中所得到的化学发光强度定义为I, 则降低的化学发光值ΔI=I0-I, 以△I, 作为定量分析的依据。
2 结果与讨论
2.1 化学发光反应的机理推测
用IFFM-D智能型流动注射化学发光仪研究了化学发光反应动力学性质。结果发现, 如果体系中只有KMn O4和L-cys, 此时体系化学发光强度很弱, 而没有包覆L-cys的量子点则不能和KMn O4反应产生化学发光。如图2所示, 从KMn O4-L-cys-Zn Cd Se和KMn O4-L-cys-Zn Cd Se-头孢羟氨苄两个体系的动力学曲线可以看出, 高锰酸钾在酸性介质中可以与L-cys-Zn Cd Se反应产生较强的化学发光 (曲线1) , 而头孢羟氨苄的加入能明显抑制该化学发光强度 (曲线2) 。
我们根据实验现象推测了发光机理如下:
由上述推测可以看出, 高锰酸钾首先氧化半胱氨酸上的巯基, 产生自由基, 此自由基产生激发态的-SO2, 其与反应体系中的氧化剂继续反应, 将能量传递给量子点而产生激发态的量子点, 然后其回到基态时产生发光现象。头孢羟氨苄存结构中存在酚羟基同时还存在内酰胺键, 此结构使得头孢羟氨苄具有一定的还原性, 所以当其加入体系中后, 可与高锰酸钾反应, 而使氧化剂的浓度降低, 从而使整个体系的发光强度减弱, 从而抑制了体系的发光。
2.2 氧化剂的选择
实验了几种常见的氧化剂KMn O4、K2Cr2O7、K2S2O8、H2O2、Ce4+与L-cys-Zn Cd Se在0.02 mol/L介质中的反应情况。结果表明:KMn O4与L-cys-Zn Cd Se的反应产生化学发光强度最强, 而且ΔI随着KMn O4浓度的增加而增强, 当其浓度达到5.0×10-4mol/L时, 样品信号ΔI最大, 但超过5.0×10-4mol/L时样品信号反而减弱。本试验选择高锰酸钾浓度为
2.3 介质的选择
分别试验了浓度为0.02 mol/L的盐酸﹑硝酸﹑硫酸﹑磷酸作介质化学发光强度及样品信号ΔI的影响。结果表明, 在硫酸介质中发光强度最大, 而且化学发光强度随硫酸浓度的增大而增强。当硫酸浓度超过0.02 mol/L后, 发光和样品信号ΔI增强程度减缓。考虑到高浓度硫酸会对泵管造成腐蚀, 缩短其寿命, 本试验选用0.02 mol/L硫酸溶液。
2.4 包被试剂的影响
分别试验了半胱氨酸、还原型谷胱甘肽、胱氨酸和氧化型谷胱甘肽等四种包被试剂对发光性质的影响, 结果发现半胱氨酸的化学发光强度最大, 所以本实验选择了半胱氨酸作为包被试剂。
2.5 校准曲线﹑精密度与检出限
在选定的最佳试验条件下, 头孢羟氨苄质量浓度在2.1×10-9~1.6×10-5g/m L范围内与ΔΙ值呈良好的线性关系。为了提高测定的精密度与准确度, 校准曲线按所选头孢羟氨苄对照品浓度的数量级分段绘制, 校准曲线的基本参数列于表1。
对质量浓度为1.0×10-6g/m L的头孢羟氨苄标准溶液进行11次平行测定, RSD为2.0%, 检出限为1.5×10-9g/m L。
2.6 干扰试验
在选定的实验条件下, 对于质量浓度为1.0×10-6g/m L的头孢羟氨苄标准溶液进行干扰试验, 测定的相对误差不大于±5%时, 500倍的K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Ba2+、Zn2+、硬脂酸镁、淀粉, 200倍的Fe3+、葡萄糖对实验不造成干扰;抗坏血酸等还原性物质对实验产生干扰。
2.7 样品分析
取适量头孢羟氨苄片, 粉碎, 溶解, 过滤, 进行适当稀释, 按实验所述步骤测定其含量, 同时进行标准加标回收试验。加标回收率在95%~103%之间, 结果见表2。
3 结论
本文制备了水溶性Zn Cd Se量子点并发现其表面包覆的L-cys可直接被KMn O4氧化产生强烈的化学发光现象, 而头孢羟氨苄对该体系的化学发光具有很强的抑制作用, 以此, 结合流动注射技术建立了一种直接测定头孢羟氨苄的新方法, 此法可用于头孢羟氨苄的测定, 检测效果良好, 同时利用KMn O4直接氧化量子点上的包被试剂而产生很强的化学发光这一方法也克服了传统量子点化学发光体系的缺点。
摘要:试验发现KMnO4可氧化L-cys包覆ZnCdSe量子点产生强烈的化学发光现象, 而头孢羟氨苄对该体系的化学发光具有很强的抑制作用, 基于此, 首次建立了头孢羟氨苄的流动注射化学发光抑制分析法。结果表明, 发光信号的降低值ΔΙ与头孢羟氨苄的浓度在2.1×10-91.6×10-5g/mL的范围内呈良好的线性关系, 检出限为1.7×10-9g/mL。对1×10-5g/mL头孢羟氨苄测定的相对标准偏差为1.89% (n=11) , 加标回收率在95%103%之间。本方法快捷、简便且具有很高的灵敏度, 可用于头孢羟氨苄的测定, 结果满意。
关键词:ZnCdSe量子点,流动注射,化学发光,头孢羟氨苄
参考文献
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一、业务培养目标
本专业培养较系统地掌握材料科学的基本理论与技术,具备材料化学相关的基本知识和基本技能,能在材料科学与工程及其相关的领域从事研究、教学、科技开发及相关管理工作的材料化学高级专门人才。
二、业务培养要求
本专业学生主要学习材料科学方面的基本理论、基本知识和基本技能,受到科学思维与科学实验方面的基本训练,具有运用化学和材料化学的基础理论、基本知识和实验技能进材料研究和技术开发的基本能力。
毕业生应获得以下几方面的知识和能力:
1. 掌握数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识;
2. 掌握材料制备(或合成)、材料加工、材料结构与性能测定等方面的基础知识、基
本原理和基本实验技能;
3. 了解相近专业的一般原理和知识;
4. 熟悉国家关于材料科学与工程研究、科技开发及相关产业的政策,国内外知识产权
等方面的法律法规;
5. 了解材料化学的理论前沿、应用前景和最新发展动态,以及材料科学与工程产业的发展状况;
6. 掌握中外文资料查询、文献检索以及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法;
具有一定的实验设计,创造实验条件,归纳、整理、分析实验结果,撰写论文,参与学术交流的能力。
主干学科:材料科学、化学
主要课程:有机化学、无机化学、分析化学、物理化学、结构化学、材料力学、材料分析测试技术、材料成型等。
主要实践性教学环节:包括生产实习、毕业论文等,一般安排10~20,周。主要专业实验:材料制备与合成、材料加工、材料结构与性能测定等。修业年限:四年。
授予学位:理学或工学学士。
相近专业:材料物理、化学。
化学(chemistry)是研究物质的组成、结构、性质、以及变化规律的科学。世界是由物质组成的,化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一,它是一门历史悠久而又富有活力的学科,它的成就是社会文明的重要标志。材料化学(Material Chemistrty)专业一般是作为材料科学与工程系/学院中的一个专业方向。主要的研究范畴并不是材料的化学性质(尽管从字面上可以这么理解),而是材料在制备、使用过程中涉及到的化学过程、材料性质的测量。
比如陶瓷材料在烧结过程中的变化(也就是怎么才能烧出想要的陶瓷)、金属材料在使用过程中的腐蚀现象(怎样防止生锈)、冶金过程中条件的控制对产品的影响(怎么才能炼出优质钢材)等等。材料性质的测量也不同于材料物理专业的方法。材料化学专业所研究的大多跟传统产业有关,属于解决实际问题的理论学科,因此材料化学专业研究的课题没有那么新潮和热门,但是在现实生产中,对优秀的材料化学方面人才的需求是巨大的,例如说冶金行业,在钢铁、有色金属冶炼过程中效率低、产品质量差、生产过程中浪费严重等问题,都需要用材料化学的知识来解决。中国虽然一直以陶瓷闻名世界,但实际世界上精密陶瓷(用于电子材料中,价钱非常昂贵)绝大部分是由日本制造的,就是因为我们在配料、控制烧结条件等环节技术力量太差,而材料化学正是解决这些问题的。所以材料化学专业不仅实用价值高,而且发展空间大。
材料化学专业的基础课程主要涉及物理学、热力学、材料化学、冶金学、电化学等方面知识,特别是无机化学、物理化学。当然,由于专业方向的不同,有些专业也需要很多有机化学、生物化学的知识,像反应中的薄膜技术、胶体技术(在生产中以薄膜和胶体作为反应介质)的应用等等。因此本专业对考生的要求还是比较全面的,希望报考本专业的考生,特别是那些参加“3+X”考试的考生有所准备。本专业属于理学范畴,但是却不同于纯理学,对动手能力有一定的要求。总体来说,本专业竞争并不是很激烈,比起工程学的热门专业来说难度要小很多。在国内各高校中,清华大学材料科学与工程系在材料化学方面的实力很强,另外,北京科技大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学等水平也很高。
本专业的毕业生出国难度不是很大,不过出国之后从事的也是基础研究,比如测相图(非常繁杂琐碎),处于比热门冷、比冷门热的位置。在材料科学与工程各专业中,材料化学专业的毕业生就业情况还是比较不错的,不过目前能去而专业比较对口的,主要还是国有大中型企业,特别是大型钢铁制造公司,有些“夕阳产业”的味道。考研的选择也不少,除上面提到的高校外,很多工科比较齐全的学校都开设了相关专业,基本上都是在材料科学与工程系/学院下面。总体看来,本专业似乎不是一个非常吸引人的专业,但也有其自身的优势,希望慎重考虑。
武汉大学化学与分子科学学院是我国建立最早的化学院、系之一。她的历史可以追溯到1893年(光绪十九年)湖广总督张之洞在汉阳炼铁厂建立的化学学堂。1896年化学学堂并入湖北自强学堂的格致门,后改为化学门。1913年国立武昌高等师范成立,设数学理化部。1928年国立武汉大学组建,正式定名为武汉大学理工学院化学系,王星拱教授担任化学系首任系主任。1953年全国进行院校调整,湖南大学化学系和南昌大学化学系并入武汉大学化学系。
1997年12月在化学系的基础上组建武汉大学化学学院。2000年8月,武汉大学、武汉水利电力大学、武汉测绘科技大学和湖北医科大学合并,成立新的武汉大学。2001年1月,新武汉大学对院系进行学科归并,由合并的四校相关专业组建成武汉大学化学与分子科学学院(简称化学学院)。武汉大学化学系建系以来,著名化学家王星拱教授、曾昭抡院士曾在化学系任教,对化学学科的发展和学风建设产生了重大影响。化学学院桃李满天下,为国家培养了大批化学业人才和优秀的科技和企业领导骨干。据不完全统计,中国科学院和中国工程院两院院士中有十四位是化学学院的毕业生或教师,其中:曾昭抡、庄长慕、纪育沣、柯俊、彭少逸、陈荣悌、查全性、王佛松、游效曾、江元生、钱保功、卓仁禧十二人为中国科学
院院士;梁骏吾和张高勇为中国工程院院士。现有教职工总数为188人,其中,中国科学院院士2人,教授62人,副教授44人,有博士生导师70人。
学院是国家“211”和“985”重点建设单位。拥有国家重点学科:分析化学;湖北省重点学科:有机化学、物理化学和高分子化学。有教育部生物医用高分子材料重点实验室、教育部生物医学分析化学重点实验室、教育部有机硅化合物材料工程研究中心和湖北省两个重点实验室:化学电源材料与技术重点实验室;有机高分子光电材料重点实验室。有国家计量论证合格单位:武汉大学测试中心。1998、1999年,教育部先后批准在化学学院高分子化学与物理、分析化学和电化学三个学科设特聘教授岗位。
学院化学专业为一级学科博士学位、硕士学位授予点,涵盖了物理化学、分析化学、高分子化学与物理、有机化学和无机化学5个二级学科;材料化学与物理和应用化学为博士点;化学工艺为硕士学位授予点。1985年起设立化学专业博士后流动站,接受国内外博士后研究人员。
本科生学位授予专业2个:化学(国家基础科学研究和教学人才培养基地)、应用化学。
硕士生学位授予专业10个:无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、高分子化学与物理、化学生物学、材料物理与化学、材料学、化学工艺、应用化学。
博士生学位授予专业9个:无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、高分子化学与物理、化学生物学、材料物理与化学、材料学、应用化学。
我院现有在校本科生909人,其中:基地班397人,应用化学512人(含化学类、材料科学与技术试验班、化学生物学)。在校研究生696人,其中:博士生275人,硕士生421人。在站博士后工作人员12人。外国留学生4人。
我院是国家基础科学研究和教学人才培养基地化学专业点之一,积累了较丰富的教学经验,逐渐形成了自己的优势和特色。学院中心实验室的教学改革不断深入,将学院的科研方向和企业的生产难题引入本科生实验,与中国科学院和国外著名大学联合培养本科生,实验室全面向本科生开放,本科生广泛开展科学研究,已经形成我院本科生培养的显著特色。
经过多年的努力,我院逐步形成和发展了一系列具有多学科交叉特色的研究方向,科研项目已涉及国防、能源、材料、环境和生命科学等领域。分析科学、化学能源、高分子生物材料有机功能材料、热化学、超分子化学、无机新材料、电厂化学等领域的研究水平走在全国的前列,具有广泛的国际影响。成为国内外具有影响的化学教学、科研和人才培养基地。
江城多山,珞珈独秀;山上有黉,武汉大学。
武汉大学是国家教育部直属重点综合性大学,是国家“985工程 ”和“211工程 ”重点建设高校。
武汉大学溯源于1893年清末湖广总督张之洞奏请清政府创办的自强学堂,历经传承演变,1928年定名为国立武汉大学,是近代中国第一批国立大学。1946年,学校已形成文、法、理、工、农、医 6大学院并驾齐驱的办学格局。新中国成立后,武汉大学受到党和政府的高度重视。1958年,毛泽东主席亲临武大视察。1993年,武汉大学百年校庆之际,江泽民等党和国家领导人题词祝贺。改革开放以来,武汉大学在国内高校中率先进行教育教学改革,各项事业蓬勃发展,整体实力明显上升。1999年,世界权威期刊
《 Science 》杂志将武汉大学列为 “ 中国最杰出的大学之一 ”。2000年,武汉大学与武汉水利电力大学、武汉测绘科技大学、湖北医科大学合并组建新的武汉大学,揭开了学校改革发展的崭新一页。
回眸过去,筚路蓝缕,励精图治,玉汝于成。珞珈山上风云际会,周恩来、董必武、陈潭秋、罗荣桓曾在这里指点江山;辜鸿铭、竺可桢、李四光、闻一多、郁达夫、叶圣陶、李达等曾在这里激扬文字。一百多年来,武汉大学汇集了中华民族近现代史上众多的精彩华章,形成了优良的革命传统,积淀了厚重的人文底蕴,培育了 “ 自强、弘毅、求是、拓新 ”的大学精神。
武汉大学环绕东湖水,坐拥珞珈山,校园环境优美,风景如画,被誉为“ 中国最美丽的大学 ”。学校占地面积5167亩,建筑面积252万平方米。中西合璧的宫殿式建筑群古朴典雅,巍峨壮观,26栋早期建筑被列为 “ 全国重点文物保护单位 ”。近年来,法学大楼、经管大楼、外语大楼、计算机大楼等拔地而起,成为学校迈入新世纪的标志性建筑。
武汉大学学科门类齐全、综合性强、特色明显,涵盖了哲、经、法、教育、文、史、理、工、农、医、管理等11个学科门类。学校设有人文科学、社会科学、理学、工学、信息科学和医学六大学部36个学院(系)。有112个本科专业。5个一级学科被认定为国家重点学科,共覆盖了29个二级学科,另有17个二级学科被认定为国家重点学科。6个学科为国家重点(培育)学科。28个一级学科具有博士学位授予权。208个二级学科专业具有博士学位授予权,296个学科专业具有硕士学位授予权。有32个博士后流动站。设有三所三级甲等附属医院。
武汉大学名师荟萃,英才云集。学校现有专任教师3600余人,其中正副教授2300余人,有4位中国科学院院士、8位中国工程院院士、2位欧亚科学院院士、9位人文社科资深教授、8位“973 项目 ”首席科学家(含国家重大基础研究计划)、4位 “863 项目 ”计划领域专家、4个国家基金委创新群体、27位国家杰出青年科学基金获得者、12位国家级教学名师。
武汉大学科研实力雄厚,成就卓著。学校有4个国家重点实验室、2个国家工程技术研究中心、2个国家野外科学观测研究站、11个教育部重点实验室和5个教育部工程研究中心;还拥有7个教育部人文社会科学重点研究基地、10个国家基础科学研究与人才培养基地、8个国家级实验教学示范中心和1个国家大学生文化素质教育基地。
2000年以来,学校获得国家自然科学奖、国家发明奖和国家科技进步奖三大奖27项,SCI论文数和国家自然科学基金项目数均位列全国高校前列,在第一、二、三届教育部人文社会科学优秀成果奖评选中获奖数均居全国高校第三位,第四届居第二位,国家社科基金课题、教育部社科课题均居全国高校前列,并有数十项成果获得国家“ 五个一 ”工程奖、国家图书奖、中国图书奖。学校连续十次荣获深圳国际高新技术成果交易会优秀产品奖(成交奖)和优秀组织奖。
武汉大学积极利用自身的科技、智力资源优势,通过科技成果转化与产业化的方式,与企业和科研机构开展多层次、多领域的合作,共同建设高新技术产业发展的平台,联合创办了70多家高新技术企业,取得了良好的社会效益和经济效益,同时也促进了学校的发展。
学校参与了三峡工程、南水北调、西电东输等国家重点工程项目的科学研究和工程建设,在南北极科学考察、重大传染性疾病防治等科技攻关中不断取得新的突破,马协型、红莲型杂交稻、高频地波监测雷达、GPS全球卫星定位与导航、高性能混合动力电池等应用型科技成果不仅具有重大的科学理论价值,还产生了巨大的社会经济效益。
人文社会科学的专家学者充分发挥“ 智囊团 ”和“ 思想库 ”的作用,积极探索关系国家经济建设、社会发展和人类进步的重大理论与现实问题,取得了一批具有重大理论意义与应用价值的科研成果,为国家经济建设和社会发展提供了强大的理论保证和智力支持。大型汉语工具书《故训汇纂》、译著《康德三大批判新译》、学术专著《马克思劳动价值论的历史与现实》等成为新时期学校人文社会科学研究的标志性成果。
求知在武大,成才在珞珈。武汉大学率先提出 “ 创造、创新、创业 ” 教育的新理念,培养 “ 厚基础、宽口径、高素质、创新型 ”复合人才,积极探索适应经济与社会发展的人才培养模式。学校现有普通本科生32640人,硕士研究生13170人,博士研究生7191人,其中包括港澳台侨学生586人,有外国留学生1560人。建校以来,学校共培养了30多万名各类高级专门人才,仅两院院士就有100余人,为国家建设和社会进步做出了重要贡献。
令人瞩目的高水平办学成就,为武汉大学赢得了广泛的国际声誉,国际交流与合作日益频繁,学校与40个国家和地区的346所大学、科研机构建立了合作关系。
传承百年辉煌,尽展名校风采。面对新的发展机遇和挑战,武汉大学以科学发展观为指导,制定了建设成为中国特色、世界一流、国际知名的高水平大学的总目标,明确了建设综合性、研究型、国际化大学的发展定位,致力于推动学者、学科、学术、学风、学生的协调发展,不断提高学校综合实力和核心竞争力,各项工作在稳定中发展,在创新中前进,学校整体呈现出快速发展的崭新局面。
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