功能材料

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钴铁双金属有机骨架及其炭化产物的低温脱硝性能研究

何汉兵, 马小鹏, 李忠濮, 张慧, 任倩

功能材料. 2018, 49(12): 12001-12006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.001

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采用水热法成功合成了钴铁双金属有机骨架Co_x/MIL-100(Fe)_(1/4CTAB)(x=1/5,1/10,1/20),其Co_1/10/MIL-100(Fe)_(1/4CTAB)形貌规整,在150 ℃脱硝率为45%左右,但180 ℃即可达到脱硝率90%左右,通过考察不同炭化气氛下将其作为前驱体炭化获得一系列炭基钴铁氧化物Fe-Co_xO_y/C(x=1/5,1/10,1/20)样品,对所制备的催化剂进行了表征,其Co_1/10/MIL-100(Fe)_(1/4CTAB)在800 ℃、微还原气氛(CO)下,炭化2 h得到的Fe-Co_1/10O_y/C(CO)在150和180 ℃脱硝率即可分别达到85%和95%左右,具有更加优越的低温脱硝性能。

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锂离子电池正极材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂的研究进展

牛萍健, 谢天, 袁安, 汤昊

功能材料. 2018, 49(12): 12007-12016. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.002

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高镍三元正极材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂因具有高能量密度和相对较低成本等优点,有望被广泛应用于汽车动力电池,受到科研工作者的广泛关注。现阶段的研究主要集中在解决该材料的循环稳定性、倍率性能以及高温性能。通过文献调研,从合成方法、离子掺杂和表面包覆3个方面较全面的分析和总结了近期对LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂材料的主要研究成果,重点讨论了不同合成条件和处理方式对该材料循环稳定性、倍率性能以及高温性能的作用和影响。

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CNTs及其复合材料在医用材料领域的应用

殷萌, 张秀梅, 胡银春, 魏延, 杜晶晶, 连小洁, 黄棣

功能材料. 2018, 49(12): 12017-12022. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.003

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碳纳米管(CNTs)具有良好的强度和韧性,较大的长径比和比表面积,以及独特的力学、电学、磁学和光学特性,并且表现出良好的生物相容性与生物功能性。基于CNTs独特的结构,研究人员可通过对其修饰和改性,制备出性能优良的CNTs及其复合材料,从而广泛应用于医用材料领域。综述了CNTs及其复合材料在神经/骨组织工程、血管修复与再生、药物/基因载体中的应用,讨论了其在医用材料领域中的生物安全性问题,并对目前亟待研究的重要问题及研究方向进行了展望。

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富镍系LiNiO₂基正极材料储存性能研究进展

刘万民, 秦牡兰, 邓继勇, 过海华, 洪天立

功能材料. 2018, 49(12): 12023-12031. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.004

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锂离子电池富镍系LiNiO₂基正极材料因高容量、低成本而倍受关注,但其极差的储存性能尚未引起足够的重视。综述了富镍系LiNiO₂基正极材料储存性能的研究进展;概述了以提高富镍系LiNiO₂基正极材料储存性能所进行的各种改性研究情况;指出了制备富镍系LiNiO₂基正极材料为体相、电化学活性物质为表相的包覆型或梯度型材料是提高其储存性能的最佳途径。

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对苯二胺/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能研究

石凯, 李孟宇, 李巧玲

功能材料. 2018, 49(12): 12032-12038. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.005

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以对苯二胺(PPD)为还原剂,采用一步水热法制备了对苯二胺/石墨烯(PRG)复合材料。研究了PPD用量对复合物形貌、层间距、以及电化学性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱(Raman)对PRG的结构及形貌等性质进行了表征,采用三电极系统测了试样品的的电化学性能。结果表明,PRG复合物中碳原子层的厚度为0.4 nm,横向尺寸约为1 μm,最大底面间距为0.944 125 nm。复合物电极表现为双层电容器和赝电容器特征,比电容量为320.50 F/g,经过1 000次循环后比容量保持率为92%。阻抗谱表明石墨烯与PPD复合后能很好促进电荷的迁移。

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迁移型阻锈剂用于钢筋锈蚀修复及其存在的问题

艾志勇, 叶快, 俞博, 江祥林, 王凯, 余其俊, 韦江雄, 蒋金洋, 孙伟

功能材料. 2018, 49(12): 12039-12044. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.006

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钢筋锈蚀已成为导致混凝土结构耐久性不足的一大病害。使用迁移型阻锈剂对正在发生腐蚀的钢筋混凝土结构进行修复防护,是延长其耐久性的有效措施。综述了常用迁移型阻锈剂国内外研究和使用现状及其存在的问题,通过分析归纳各主要迁移型阻锈剂的优点与缺陷及其相关作用原理,提出了关于高效、高性能迁移型阻锈剂设计新的设想,并指出了迁移型阻锈剂使用技术今后的重点研究方向。

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MOFs材料在分离膜中的应用

邦宇, 陈庆春, 刘兴, 段龙繁, 晏乐安, 邓慧宇

功能材料. 2018, 49(12): 12045-12055. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.007

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MOFs材料具有骨架构型可设计性强,比表面积大,孔隙率高、化学性质、热学性质易调等特点,因此在吸附、传感器、催化以及分离等领域引起人们广泛关注。在简要介绍MOFs材料及其分离膜制备方法的基础上,分析了MOFs对膜分离性能的影响因素如表面官能团、粒径、形貌、孔径、用量及其它次级效应等,并对今后的研究方向提出建议。

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热喷涂技术制备铁基非晶涂层的研究进展

李春燕, 丁娟强, 朱福平, 尹金锋, 王铮, 赵燕春, 寇生中

功能材料. 2018, 49(12): 12056-12061. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.008

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热喷涂技术可用于表面防护和强化,被大量应用到各行各业。由于热喷涂技术具有冷却速率很快的特点,满足形成非晶的基本条件,同时Fe基非晶合金具有耐磨耐腐蚀等优异的性能,所以用该技术制备得到的铁基非晶合金涂层性能优良,能给好多行业带来经济效益。将对等离子喷涂、超音速火焰喷涂等热喷涂技术制备铁基非晶涂层的研究进展进行综述。

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高发射率红外辐射材料的研究进展

徐冰洁, 陈琦, 刘鹏飞, 卢卫华, 韩召

功能材料. 2018, 49(12): 12062-12070. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.009

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高发射率红外辐射材料被广泛用于辐射传热的领域,在高发射率材料的开发和合成上已经有大量的理论和实验工作。综述了近年来高发射率红外辐射材料的研究现状,重点介绍了红外辐射材料的研究理论、材料体系及其新的应用领域等方面的研究进展,并对未来的发展前景做出展望。

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零维、一维、二维无机纳米材料催化还原CO₂研究进展

王帅, 王振, 邱俊杰, 杨慧

功能材料. 2018, 49(12): 12071-12078. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.010

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CO₂是温室气体的主要成分,但也是可被利用的潜在碳能源。主要介绍了近年来丰富的纳米材料包含零维、一维、二维无机纳米材料催化还原CO₂的研究现状。综述了不同课题组采用零维、一维、二维纳米结构进行催化还原CO₂,从材料结构、催化性能以及基本反应机理等方面进行分析和评述,分析总结不同维度的纳米材料各自的优势。最后对CO₂催化还原研究的发展方向和应用前景进行了展望。

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PVDF薄膜压电传感特性及其在工程结构监测应用研究进展

周刘聪, 罗健林, 李秋义, 陈帅超, 张纪刚

功能材料. 2018, 49(12): 12079-12083. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.011

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PVDF压电薄膜因其体积小、质量轻、稳定性高、传感灵敏度高、制作成本低等优点而被广泛应用于工程结构监测体系中。总结了PVDF压电薄膜基本特点、工作原理及静/动态传感特性,并指出其用作应变传感器在工程结构或构件局部监测中具有的优势;分析了以PVDF压电薄膜作为传感元件在工程实际监测中应用实例,最后对其在结构监测方面应用前景做了相关展望。

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高硅钢轧制法制备技术的研究进展

付勇军, 苏皓璐, 廖庆玲, 雷家柳, 赵栋楠, 张玉成

功能材料. 2018, 49(12): 12084-12090. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.012

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磁性能优良的高硅钢由于室温脆性而难以采用传统轧制法生产。介绍了合金增韧法、包埋轧制法、粉末轧制法、温轧法、铸轧法等5种高硅钢特殊轧制法制备技术,给出了每种轧制法的定义、生产原理、研究方法、研究内容、工艺参数和存在问题,总结了高硅钢的主要优点及应用领域,展望了高硅钢的发展前景及研究方向。分析认为,在能源日益紧张的今天,尤其在高频信息领域,高硅钢是普通硅钢的理想替代材料。作为一种高效节能电磁材料,高硅钢必将得到高度关注及快速发展。铸轧法和温轧法相结合的制备技术将成为高硅钢轧制法今后的主要研究方向。

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原位退火处理对ZnS/Si薄膜结晶性能的影响

赵彬豪, 麦合木提·麦麦提, 买买提热夏提·买买提, 王嘉鸥, 奎热西·伊布拉辛

功能材料. 2018, 49(12): 12091-12095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.013

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采用脉冲激光沉积法在Si衬底上生长出厚度为400 nm的一系列ZnS薄膜,进行原位退火处理,获得单晶结构的闪锌矿型ZnS薄膜。首次报道了采用原位退火处理后获得单晶ZnS薄膜为立方结构的闪锌矿且薄膜沿(111)晶面择优生长,同时研究了其结晶质量与退火工艺之间的关系。结果显示随着退火温度的升高,薄膜的平均晶粒尺寸由200 ℃的13.357 nm增长到400 ℃的27.232 nm,另外薄膜的平均粗糙度由2.05 nm下降达到1.14 nm。采用脉冲激光沉积法制备的ZnS薄膜在400 ℃退火后表现出极好的单晶择优取向生长以及良好的表面平整度,为研究单晶ZnS薄膜提供一种实验解决思路。

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热浸温度对不同热浸镀层力学性能的影响

李欣, 李慧荣, 李孟星, 张宏博, 黄永智, 李运刚

功能材料. 2018, 49(12): 12096-12100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.014

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研究了不同热浸热浸温度对纯锌镀层和Zn-11%Al-3%Mg-0.2%Si-0.02%RE合金镀层中元素分布、镀层厚度的影响并对两种镀层中的物相进行了分析,同时研究了不同热浸温度对镀层试样抗弯曲强度和硬度的影响。结果表明两种镀层的厚度都随热浸镀温度的升高而减薄。随着热浸镀温度的升高,扩散阻碍层被迅速破坏,导致合金镀层中的Al含量出现了降低的现象。通过XRD结果分析得出,纯锌镀层内部主要包括Zn和FeZn_8.75两种物质,合金镀层内部则主要包括Zn、Fe₄Zn₉、MgZn₂、Al₅Fe₂。抗弯曲试验和硬度测试结果表明,两种试样的抗弯强度都随热浸温度的升高而降低。纯锌镀层试样的硬度随热浸温度的升高呈现降低趋势,而合金镀层试样的硬度则随热浸温度的升高呈上升趋势。

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熔盐电沉积法制备Ni-W功能梯度材料的研究

李孟星, 孟祥海, 张宏博, 李欣, 柳亚斌, 李运刚

功能材料. 2018, 49(12): 12101-12106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.015

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在NaCl-KCl-NaF-WO₃熔盐体系中,采用脉冲电流,700 ℃的熔盐温度,50 mA/cm²的电流密度,沉积10 min制备致密Ni-W功能梯度材料(FGM),研究了熔盐组成和电流密度等因素对沉积层表面形貌和厚度的影响规律;并对试样成分和断面形貌进行了分析。结果表明,熔盐组成摩尔比为n(NaCl)∶n(KCl)∶n(NaF)∶n(WO₃)=0.3385∶0.3385∶0.25∶0.073,电流密度为50 mA/cm²时,可以得到致密、均匀、且具有一定的金属光泽的Ni-W沉积层。

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吸附重金属离子的核壳纤维的制备与研究

赵冬梅, 白莉, 刘宇, 藏琳琳, 李坚

功能材料. 2018, 49(12): 12107-12112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.016

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为了制备低成本、强吸附、高效、环境友好的新型吸附剂,首先以不同比例的聚甲基丙烯酸和醋酸纤维素混合溶液作为纺丝液,采用单轴静电纺丝制备出纳米纤维。通过透射电镜,红外光谱和X射线光电能谱证明纤维具有明显的核壳结构。同时表征了纤维的热稳定性和力学性质。然后研究了pH值、初始离子浓度、吸附时间和醋酸纤维素含量对纤维吸附二价铜离子性能的影响。最后,通过对纤维进行吸附和解吸测试,研究了影响纤维重复利用性的因素。结果表明,具有核壳结构的纳米纤维可以有效的吸附二价铜离子,并通过反复的吸附和解吸实现材料的循环利用。

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废纸纤维环氧化改性及其反应动力学研究

修慧娟, 成锐, 李金宝, 宋特

功能材料. 2018, 49(12): 12113-12117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.017

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通过废纸纤维环氧基化改性,研究了反应温度和反应时间对改性纤维环氧值和取代度的影响。结果表明,废纸纤维的环氧基取代度随着反应温度的升高和反应时间的延长而增加。红外光谱分析显示改性后废纸纤维中有部分羟基被甲基环氧基团取代,谱图中出现了甲基、亚甲基以及醚键吸收峰的增强变化;X射线衍射分析表明纤维原有的结晶结构受到破坏,相对结晶度明显下降,改性纤维的结晶度为21.04%;TGA分析表明改性后纤维的热稳定性略有下降。确定了废纸纤维环氧基化在不同温度下的反应速率常数分别为k₁=0.11(60 ℃),k₂=0.25(70 ℃)、k₃=0.35(80 ℃)。计算出了环氧基化反应的表观活化能为48.14 kJ/mol。

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载甲氨蝶呤-亚叶酸钙温敏水凝胶的制备及体外释药研究

朱琴, 季金苟, 王丹, 郭圆圆, 刘月华, 郝石磊

功能材料. 2018, 49(12): 12118-12122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.018

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为了实现疏水性药物和亲水性药物共同包载,采用自由基聚合法和物理交联法制备了羟丙基甲基纤维素(HPMC)/聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)水凝胶。甲氨蝶呤(MTX)和亚叶酸钙(CaF)被选为模型药物。用相转变分析、差示扫描量热法(DSC)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度计(UV)等考察了水凝胶的理化性能及其体外释药行为。结果表明,该水凝胶最低临界溶解温度(LCST)为32.6 ℃,呈相互连接3D多孔结构,孔径30～80 μm。加入HPMC有利于包载以及药物的减缓释放;体外释放发现,CaF的释放速率略高于MTX,在MTX释放时,其周围环境中已存在部分CaF,预示该水凝胶可能有较好的预防MTX过量或大剂量应用后引起的严重不良反应的效果。

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基于氧化铜/碳基复合材料电化学传感器检测亚硝酸根

叶小爱, 章家立, 关婷婷

功能材料. 2018, 49(12): 12123-12128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.019

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为改善氧化铜(CuO)传感器的灵敏度,以氮苯基甘氨酸(NAN)、氧化石墨烯(GO)为原材料,在磷酸缓冲液支持的电解质溶液中,通过电化学聚合法在玻碳电极上制备出碳基复合材料(rGO/NPAN),并以其为支撑材料,采用循环伏安法将氧化铜与之复合最终形成氧化铜/石墨烯/N取代羧基聚苯胺(CuO/rGO/NPAN)电化学传感器。N取代羧基聚苯胺的强吸附性、及石墨烯的大比表面积、高导电性有利于氧化铜的均匀分布。利用扫描电镜(SEM)对CuO/rGO/NPAN传感器的形貌进行表征,讨论了pH值、扫描速率等因素对电化学活性和电催化活性的影响,采用循环伏安发、计时电位法、交流阻抗法对该传感器的电化学性能进行研究,并对其电化学机理进行探讨。结果表明,该修饰电极具有低的检测电位、高的电化学响应及良好的稳定性,检测亚硝酸根的浓度范围为(0.5×10^-6)～(7.4×10^-3) mol/L与(7.4×10^-3)～(22.9×10^-3 )mol/L。灵敏度为32.317 μA/(mmol·L),检测下限低至0.15 μmol/L(S/N=3)。将此传感器用于实际应用,回收率在99.9%～112%之间。

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Ni掺杂SnO₂气敏材料优化设计及对低浓度甲醛气敏性能研究

郭威威, 周麒麟, 陆伟丽

功能材料. 2018, 49(12): 12129-12136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.020

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甲醛是室内空气污染的主要气体,严重危害人的身体健康。SnO₂是目前在气体传感器上应用较多的气敏材料。通过一步水热法成功制备了不同Ni掺杂SnO₂立方体。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)等表征手段对材料的形貌和结构进行分析,并以室内污染气体甲醛为目标气体对其气敏性能进行了研究。结果表明,Ni掺杂可以有效地改善SnO₂基气体传感器的气敏性能,最佳掺杂浓度为4%(原子分数),进一步掺杂不利于SnO₂气敏性能的提高。从材料的结构和表面缺陷方面对Ni掺杂改善SnO₂的气敏机理进行了分析。Ni掺杂增加了SnO₂材料的比表面积,为气体分子提供了更多的孔洞和间隙,有利于气体分子的吸附和脱附;同时,Ni掺杂降低禁带宽度,产生了更多氧缺陷,从而降低了工作温度并有利于吸附氧的产生,优化了SnO₂的气敏性能。

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氯氧镁水泥混凝土中涂层钢筋的防腐试验研究

乔宏霞, 李江川, 温少勇, 王鹏辉, 郭向柯

功能材料. 2018, 49(12): 12137-12143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.021

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为了解决氯氧镁水泥混凝土中钢筋的锈蚀问题,根据西部盐渍土地区的自然环境,对氯氧镁水泥涂层钢筋混凝土进行了溶液浸泡加速锈蚀试验;通过电化学试验测得了表征氯氧镁水泥混凝土中裸露钢筋和涂层钢筋锈蚀的极化曲线,对钢筋表面的锈蚀程度进行分析、通过SEM和XRD微观试验对其产物进行分析;最终得出,通过对钢筋的开路电位、腐蚀速率和腐蚀电流密度分析得出,在不同环境下,涂层可以很好的保护氯氧镁水泥混凝土中的钢筋免受腐蚀。在最后腐蚀达到稳定后,涂层钢筋的腐蚀电流密度是裸露钢筋的1/20,其腐蚀速率和腐蚀电流密度变化波动相保持一致,从而得出涂层对氯氧镁水泥混凝土中的钢筋有很好的防腐效果。

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复配和毛油用改性淀粉的制备及性能研究

张毅, 高园园, 张昊, 刘迪

功能材料. 2018, 49(12): 12144-12147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.022

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以玉米淀粉为原料,制备两种改性淀粉用于和毛油的添加剂。通过接枝丙烯酰胺和羧甲基化两步反应,制备出粉接枝丙烯酰胺羧甲基化复合改性淀粉,使该改性淀粉同时具有丙烯酰胺接枝淀粉和羧甲基淀粉的性质;以三偏磷酸钠为交联剂制备的交联淀粉,能够增加淀粉的粘度稳定性和附着力。对制备的改性淀粉进行了红外光谱分析、凝胶渗透色谱分析以及溶解性和其它理化性能的测定,为淀粉基高分子表面活性剂在毛纺加工领域的工业化应用提供一定的理论与实验参考。

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YBa₂Cu₃O_7-x前驱液中铜含量对薄膜取向演变的影响

武传宝

功能材料. 2018, 49(12): 12148-12152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.023

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在化学溶液法制备YBa₂Cu₃O_7-x(Y123)薄膜过程中,温度和氧分压是影响薄膜取向的重要因素。然而,当薄膜中金属离子比Y∶Ba∶Cu为1∶2∶3 (即Y123成分)时,仅靠调控温度和氧分压两个参数很难获得a轴择优取向的Y123薄膜,主要原因在于忽视了薄膜成分对其取向的影响。研究了Y123前驱液中铜含量对Y123薄膜取向演变的影响。研究发现,前驱液中Cu含量对薄膜取向影响很大。在所得薄膜成分中,如果Cu含量过量,则有利于a轴取向;如果Cu含量不足,则有利于c轴取向。随着Y123前驱液中Cu含量的增加,a轴取向薄膜的生长窗口有增大趋势。当金属离子比Y∶Ba∶Cu为1∶2∶4时,薄膜的a轴取向度达到最大,最大值约为70%。

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煤矸石/膨润土复合微珠的制备及其对Cu²⁺和亚甲基蓝的吸附研究

王庆刚, 闫姝, 孟文清, 戎烨东, 张曙豪, 杨金龙

功能材料. 2018, 49(12): 12153-12160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.024

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将煤矸石粉和膨润土粉按不同比例混合并加入粘结剂球磨后,利用喷雾干燥法制备了煤矸石/膨润土不同比例的复合球坯体,再通过煅烧得到煤矸石/膨润土复合空心微珠。研究了微珠的预处理温度、用量、吸附时间以及染料与Cu²⁺浓度对废水中亚甲基蓝及重金属离子Cu²⁺的吸附性能。研究表明,煤矸石/膨润土复合微珠为多孔结构,成球好。经600 ℃煅烧后的复合配比为1∶1的复合微珠,在投加量为2 g/L时对80 mg/L的Cu²⁺的吸附量和去除率分别为39.94 mg/g和99.85%,在投加量为6 g/L时对100 mg/L的亚甲基蓝的吸附量和去除率为7.85 mg/g和47.07%。伪二级动力学方程和Langmuir吸附等温模型更适合描述它们的吸附过程,易吸附并且是单层吸附,复合微珠对Cu²⁺吸附效果明显,对亚甲基蓝也有一定的去除效果。

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UV光催化桐油基多元醇的制备及表征

杨子明, 李普旺, 杨卓鸿, 李思东, 陶金龙, 王超, 吕明哲, 周闯

功能材料. 2018, 49(12): 12161-12165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.025

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首先将桐油与甲醇经过酯交换反应制备桐酸甲酯,然后在浓硫酸的催化下将其与过氧化氢和乙酸反应,制备环氧桐酸甲酯,最后以阳离子光引发剂(三芳基硫鎓盐)为催化剂,在UV光照条件下催化环氧桐酸甲酯与二乙醇胺进行光化学开环反应,制备桐油基多元醇。并通过红外光谱、紫外光谱、核磁波谱、凝胶色谱等方法来鉴定产物的结构。结果表明,在UV光下三芳基硫鎓盐可以催化环氧桐酸甲酯开环制备桐油基多元醇,其羟基值为599.54 mg KOH/g,平均分子量为544。

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NaCl-KCl熔盐Ta⁵⁺在钨电极上的电化学还原机理

叶昌美, 田亚斌, 王昭文, 杨少华

功能材料. 2018, 49(12): 12166-12169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.026

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以NaCl-KCl为电解质体系,K₂TaF₇为原料,利用循环伏安法、计时电位法和计时电流法研究温度为1 073 K时钽离子在钨电极上的电化学过程。结果表明,在1 073 K温度下49%(质量分数)KCl-51%(质量分数)NaCl-5%(质量分数)K₂TaF₇的熔盐体系中,钽离子在钨电极上还原是一步转移5个电子反应,即Ta²⁺+5e^-Ta相对于铂电极析出电位为-1.6 V;钽离子在钨电极析出过程中出现成核极化现象,该电化学还原是准可逆反应。并且通过循环伏安和计时电流可判断钽离子在钨电极上的还原过程是受离子扩散步骤控制,1 073 K时Ta⁵⁺在49%(质量分数)KCl-51%(质量分数)NaCl-5%(质量分数)K₂TaF₇熔盐中的扩散系数D=7.48806×10^-5 cm²/s。

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化学转化工艺对TC4钛合金表面性能及电偶腐蚀性能的影响

苏景新, 张艺莹, 吴欣欣, 骆晨, 杨勇进, 詹中伟

功能材料. 2018, 49(12): 12170-12174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.027

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研究了不同化学转化工艺对钛合金表面膜形貌、膜成分、漆层结合力、与铝合金电偶腐蚀的影响。采用波音公司钛合金表面处理工艺(BAC5861)和中国航发北京航空材料研究院研制的RT5-1和RN5-1工艺在钛合金表面制备转化膜,用电偶腐蚀测试仪评价钛合金与铝合金的电偶腐蚀程度,交叉划格法评价漆层结合力。BAC5861处理的钛合金表面转化膜由Na₃TiOF₅组成。经BAC5861、RT5-1和RN5-1处理的钛合金表面与环氧树脂漆的结合力等级分别为9,10和6级,与未处理铝合金的电偶腐蚀敏感度分别为D,D,C级。结果表明,RT5-1和BAC5861工艺能明显提高钛合金基体与漆层的结合力,RN5-1工艺能有效降低钛合金与铝合金的电偶腐蚀敏感性,综合防电偶腐蚀和漆层结合力性能,RT5-1工艺优于RN5-1工艺和BAC5861工艺。

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可用于荧光检测硫化氢的希夫碱配合物的设计与合成

贺婷, 唐东林, 魏艳红, 冯川桂, 李瑞海

功能材料. 2018, 49(12): 12175-12178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.028

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以1,8-萘二甲酸酐为起点,合成1,8-萘酰亚胺,通过亲核加成反应合成希夫碱配体,进而与铜离子络合得到配合物,采用核磁共振氢谱与傅立叶变换红外光谱对其进行了结构表征。考察了配合物与H₂S气体反应前后紫外吸收光谱与荧光光谱的变化、浓度响应曲线、响应时间,响应在20 s开始并于2 min完成,检测极限达到1.68 μmol/L。配合物对硫化氢有良好的荧光增强响应,具有响应快、灵敏度高、检测极限低的特点。

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磁控溅射工艺对二氧化钒薄膜生长及场致相变性能的影响

何长安, 王庆国, 曲兆明, 卢聘, 王妍

功能材料. 2018, 49(12): 12179-12183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.029

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为揭示VO₂薄膜场致相变规律,指导氧化钒工业化规模制造与应用,使用磁控溅射直流溅射工艺在蓝宝石衬底上制备了VO₂薄膜。对薄膜进行了XRD及SEM测试,分析了溅射氧分压、溅射温度及溅射压强对晶体组份、晶粒的生长趋势及晶体表面结构的影响规律。对VO_x薄膜的场致相变特性进行了测试研究,分析了VO_x薄膜的导电开关特性,总结了溅射氧氩比对其临界相变电场区间及电导率变化倍数的影响规律。得出结论,基片温度对成膜速度和晶粒大小及晶粒间隙有很大影响,溅射气压对薄膜表面晶体生长的均匀性影响显著,氧分压是影响薄膜组份的重要因素,氧氩比会影响薄膜的场致相变电导率变化倍数和临界相变电压区间。

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高性能介孔TiO₂制备及其在染料废水处理应用

卫贤贤, 王潇潇, 曹艳芝, 高丽兵, 郭少青

功能材料. 2018, 49(12): 12184-12189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.030

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以钛酸四丁酯为前驱体,采用溶剂热法合成具有高光催化性能介孔TiO₂。考察合成温度、合成时间、表面活性剂种类对TiO₂结构的影响,并在模拟太阳光下降解罗丹明B为探针反应考察光催化性能影响。实验结果表明,当表面活性剂是三嵌段共聚物P123,溶剂热制备条件是150 ℃、24 h时,TiO₂的光催化性能最好,其动力学常数是商用二氧化钛P25的1.69倍。光催化机理研究结果表明TiO₂的光催化反应是直接的半导体光致激发机制,起作用活性基团的重要性依次是空穴h⁺、羟基自由基·OH、电子e⁺和超氧离子·O₂^-。

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壳聚糖/纳米氧化钛亲水疏油改性筛网的制备及其油水分离性能

范金石, 雷东, 段嘉昕, 徐桂云, 朱海涛

功能材料. 2018, 49(12): 12190-12194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.031

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以壳聚糖、纳米氧化钛为改性原料,以不锈钢筛网为基体,通过浸渍涂覆的方法制备了系列改性筛网。采用扫描电子显微镜、接触角测量仪对改性筛网进行表征,探究了壳聚糖浓度、纳米氧化钛浓度、涂覆顺序等因素对改性筛网的水下亲水/疏油的性能的影响。结果表明,当顶层为二氧化钛且二氧化钛浓度为2%(质量分数)时,改性筛网的水下接触角和分离效率最大,分别为135°和99.02%;当顶层为壳聚糖且壳聚糖浓度为0.36wt%时,改性筛网的水下接触角和分离效率最大,分别为134°和99.29%;当二氧化钛和壳聚糖掺混时,优选壳聚糖浓度为0.09%(质量分数),二氧化钛浓度为2%(质量分数),此时改性筛网的水下接触角和分离效率达到最大,分别是138°和99.13%。制备的改性筛网具有良好的水下亲水疏油性能,可以用于油水分离。

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蜡质超疏水涂层的制备及其防粘附应用

宋美慧, 唐亚丽, 卢立新, 王军, 丘晓琳

功能材料. 2018, 49(12): 12195-12199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.032

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在棕榈蜡/乙酸乙酯悬浊液中超声分散疏水性纳米二氧化硅制备蜡质超疏水涂料,用浸渍提拉法在玻璃片表面制备超疏水涂层。单因素实验考察棕榈蜡在乙酸乙酯中的浓度、疏水性纳米二氧化硅的添加量和干燥方式对疏水性能的影响,分析不同因素情况下的接触角、滚动角和防粘附性能。结果表明棕榈蜡在乙酸乙酯中的浓度为4 g/100 mL,纳米二氧化硅添加量占棕榈蜡质量的1/2,室温中自然干燥,涂层疏水性效果最佳,此条件下制备的超疏水涂层的接触角为150.60°,滚动角为6°。该涂层适用于不同的基材(如玻璃片、PE膜、BOPP膜的铝塑复合膜)。通过对酸奶粘附性的试验,发现涂层在各种基材表面表现出良好的防粘附性能,酸奶可在其上自由滚动。用热封时间作为指标,测试施加涂层后的热封性能,结果表明,涂层的施加不影响铝塑复合膜等耐高温材料的热封性。

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两步熔盐法制备片状BaTiO₃晶体及其表征

张昌松, 赵珂迪, 陈勃新, 雷春耀, 石玉洁

功能材料. 2018, 49(12): 12200-12204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.033

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BaTiO₃薄片微晶通过两步熔盐法通过使用Ba₄Ti₁₃O₃₀作为中间产物的离子交换制备。用XRD和SEM对熔融盐反应产物的晶体结构和微观结构进行了表征。研究结果表明,当使用NaCl熔盐时,熔盐与总反应物的质量比为1∶1,1 050 ℃下3 h,可以制备纯的BaTiO₃微晶。其晶粒尺寸为16 μm,厚度为1 μm,且分散性较好。XRD图谱显示晶粒以纯的BaTiO₃相存在。用这种方法合成的片状颗粒可以用作织构陶瓷的模板。

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过程控制剂对球磨法制备纳米硅粉的影响

许宝松, 陈琦, 邱奔, 徐冰洁, 韩召

功能材料. 2018, 49(12): 12205-12210. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.034

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分别以去离子水、正己烷、无水乙醇为过程控制剂,采用机械球磨法制备纳米硅粉。探究了极性溶剂与非极性溶剂作为过程控制剂对于球磨法制备纳米硅粉的化学组成、粒度、微观形貌、分散性、物相组成的影响。结果表明,采用无水乙醇和去离子水作为过程控制剂时,羟基基团可以有效的改善粉体的团聚现象。但随着硅粉细化至纳米级别时,水中的氢氧根离子会使部分纳米硅粉转化成硅醇,从而加剧团聚。当乙醇用量为3 mL/g,球磨48 h后,可以稳定制备出粒度分布为30～50 nm,分散性良好,X射线衍射图谱无杂峰,球形的纳米硅粉,且其表面生成了2 nm左右的亚稳态SiO_x层。相对与工业上采取的气相法合成纳米硅粉,本研究探索了物理法合成纳米硅粉的可行性。

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亚微米级钛酸钡的晶相与形貌调控及其立方-四方晶相转变

丁厚远, 商少明, 顾丹, 秦高敏, 刘浩, 赵贝贝

功能材料. 2018, 49(12): 12211-12216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.035

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以α钛酸和八水合氢氧化钡为原料,采用低温固相法制备出均一性良好的亚微米级四方相钛酸钡,研究了焙烧工艺(焙烧温度、焙烧时间、升温速率和焙烧方式)对钛酸钡微观形貌结构、晶相含量、晶粒大小和晶相转变温度的影响。通过SEM、XRD和Raman等手段对钛酸钡样品进行了表征,其结果表明四方相钛酸钡晶粒大小为亚微米级,在300 ℃由亚稳态立方相钛酸钡晶相转变而来,600 ℃时钛酸钡晶粒以立方体形貌为主,700 ℃时钛酸钡粉体中以四方相钛酸钡为主。无论是晶相转变温度还是焙烧温度均较传统温度显著降低。

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熔融制样X射线荧光光谱法测定陶瓷中的硅含量

陈美瑜, 兰琳

功能材料. 2018, 49(12): 12217-12220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.12.036

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采用X射线荧光光谱法测定高性能陶瓷中的硅元素含量,系统研究了熔剂、稀释比、脱模剂、熔融温度与时间对测定结果的影响,并分析了产生这些影响的机理。结果表明,当无水四硼酸锂、碳酸锂、样品三者质量比(m(无水四硼酸锂)∶m(碳酸锂)∶m(样品))=8.0∶1.5∶0.2时,在1 050 ℃下先预熔5 min、再摇摆熔融10 min,可以获得高质量的熔片。硅的质量浓度在55%～70%时,相关系数为0.9997,方法检出限为0.81%。硅元素的加标质量为0.02 g时,加标回收率为98.5%～99.0%。此方法已应用到日常陶瓷样品的检测。

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2018年, 第49卷, 第12期　刊出日期：2018-12-30

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