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2022年, 第53卷, 第12期　刊出日期：2022-12-30
  

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  • 本期中英文目录、封面
    功能材料. 2022, 53(12): 0-0.
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    • 热点·关注 (2021年度重庆市出版专项资金资助项目)
  • P型有机热电聚合物材料的研究进展
    丁小明, 杨杰, 张珂, 吴思程
    功能材料. 2022, 53(12): 12001-12013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.001
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    热电材料通过热电效应可以实现热能与电能之间的相互转化,在医疗、太空、军事和日常生活中发挥着越来越重要的作用。有机热电材料原料来源丰富,结构可进行针对性的设计剪裁,同时具备轻、薄、柔和大面积溶液制备的特点,在最近进入了快速发展的阶段,其热电性能取得了显著的提升。总结了从20世纪80年代开始到目前为止p型聚合物热电材料的演变和性能进展,分成了4个部分展开讨论,集中在聚合物的针对性结构设计,和聚合物与掺杂剂掺杂工程的优化。最后进行了总结并对未来的发展方向进行了展望。
  • 水性聚氨酯结构对糠醛基染料变色行为的影响
    周圣林, 马浩, 王亚洲, 徐林溪, 范浩军, 向均
    功能材料. 2022, 53(12): 12014-12020. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.002
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    研究糠醛基染料(FDs)在不同结构水性聚氨酯(WPU)中的变色行为,是进一步推进这类变色材料应用的前提。因此,设计并制备了玻璃化转变温度(Tg)不同的聚醚型WPU(MWPU)及聚酯型WPU(ZWPU),研究FDs在这两种WPU薄膜中的变色行为。研究发现,加入1.5%(质量分数) FDs对WPU薄膜的Tg及热分解性能几乎没有影响。FDs在极性较高的MWPU薄膜中,倾向于形成极性更强的无色环状结构,致使薄膜初始颜色较浅。其次,较高的Tg会使得薄膜颜色恢复速率及恢复程度更低,当温度接近WPU的Tg时,薄膜颜色变化被冻结。最后,通过实验证明FDs-MWPU这款变色材料能作为疫苗安全指示标签,降低人们因注射失效疫苗而造成不适的风险。
  • 铁电晶体Ba1-xCaxTiO3的能带、态密度和光学性质理论研究
    季彬, 赫崇君, 李自强, 邓晨光, 李千
    功能材料. 2022, 53(12): 12021-12027. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.003
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    铁电晶体BaTiO3已经被广泛应用于介电和压电元件领域中,但BaTiO3存在多个相变温度,尤其是发生在室温附近的相变,会严重损害晶体质量。为了对BaTiO3的性能进行改良,考虑对BaTiO3晶体进行掺杂。基于第一性原理,计算了不同Ca含量掺杂BaTiO3的电子结构和光学性质,即Ba1-xCaxTiO3(x=0, 0.125, 0.25,0.5)。通过研究发现,在电子结构方面,BaTiO3是直接带隙半导体,其禁带宽度为1.74 eV,掺杂Ca导致BaTiO3带隙增加。BaTiO3掺杂Ca后的态密度比未掺杂的BaTiO3大,但随着掺杂含量的增加,态密度不断减小。在光学性质方面,BaTiO3掺杂Ca后,导致介电峰发生明显偏移。BaTiO3掺杂Ca后,其静态介电常数变小。不同Ca含量掺杂BaTiO3后对不同波长的光吸收有所不同,当Ca含量为0.125时,对光的吸收能力下降程度较大。本文对Ba1-xCaxTiO3(x=0, 0.125, 0.25,0.5)的研究结果表明其在光电领域具有广泛的应用前景,同时对该系列晶体的生长及性能研究提供一定的理论基础。
  • 低频磁损耗型吸波材料研究进展
    贾雪菲, 常乾, 曹雪芳, 卫芝贤
    功能材料. 2022, 53(12): 12028-12032. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.004
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    随着5G时代的到来,电子产品的飞速发展,数字信号广播、卫星通信与导航、蓝牙信号等1~8 GHz范围内电磁波的辐射危害急剧增加,长期暴露在电磁波辐射下会对我们的身体造成伤害。磁损耗型吸波材料如铁氧体、羰基铁等成本低、可调控,是实现低频吸波材料达到“薄、轻、宽、强”综合要求的理想材料。综述了近5年内低频磁损耗型吸波材料的研究进展,并展望了低频磁损耗型吸波材料的发展方向。
  • 超低温烧结陶瓷Ca2V2O7-LiF的微波介电性能
    韩如意, 郑宇欣, 李波
    功能材料. 2022, 53(12): 12033-12038. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.005
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    通过固相法制备了超低温烧结Ca2V2O7-LiF微波介质陶瓷,系统研究了掺入LiF对Ca2V2O7烧结温度和微波介电性能的影响。研究表明,掺入LiF会导致在烧结区间内产生熔点极低的液相,液相的物质传递作用将烧结温度从920 ℃大幅降低至550 ℃。在最佳烧结温度550 ℃下,LiF不会与Ca2V2O7反应生成杂相,也不会改变Ca2V2O7的三斜结构。但是高于550 ℃时LiF与Ca2V2O7形成了少量Ca5F(VO4)3。掺入LiF形成的超低熔点液相有助于超低温烧结并得到较高的密度进而得到较高的Q×f值。掺杂3% (质量分数)LiF的Ca2V2O7在550 ℃下烧结3 h具有最佳的微波介电性能:εr=11.83,Q×f=46,476 GHz,τf=-116.43×10-6/℃。
    • 综述·进展
  • AIE型超支化聚合物的研究进展
    贾园, 刘茜, 杨菊香, 刘振
    功能材料. 2022, 53(12): 12039-12046. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.006
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    超支化聚合物(HBP)是一类含有大量官能团、结构高度支化的三维大分子,具有分子间不纠缠、低粘度和高反应活性等特点。聚集诱导发光(AIE)型HBP不但具有以上特征,而且在聚集状态下能够发出明亮的光,因此在发光成像、传感材料、荧光材料等领域表现出较大的应用潜力。在探讨AIE型HBP结构与发光性能关系的基础上,对不同种类的AIE型HBP开发现状进行了综述,包括含有芳香环的AIE型HBP和含有非典型发光基团的AIE型HBP。同时讨论了AIE型HBP的发光机理,并展望了其未来的发展及应用方向。
  • 过渡金属硒化物超级电容器高性能电极材料的研究进展
    王帅达, 刘秀军, 张静
    功能材料. 2022, 53(12): 12047-12052. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.007
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    过渡金属硒化物具有较高的电导率,并且硒具有低电负性使较弱的金属-硒键更有利于氧化还原反应的发生,是潜在的超级电容器高性能电极材料。本文首先介绍了目前过渡金属硒化物主要的制备方法,然后阐述了提升其电化学性能的优化策略。一方面对制备方法进行优化,通过调控反应物时间、反应温度、电解液组成等因素,调控电极材料的形貌和结构,来提高离子传输效率;另一方面通过(1)二元过渡金属成分的调配,(2)与碳基材料进行复合,以及(3)结构的调控制备高性能电极材料,以提高其电化学性能。最后对其发展前景和重点发展方向进行了展望。
  • 纤维素纳米晶柔性功能光子材料的制备及应用研究进展
    李孟情, 李仁爱, 张宏壮, 陈妍, 刘祝兰, 曹云峰
    功能材料. 2022, 53(12): 12053-12064. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.008
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    利用绿色可再生和具有自组装成光子结构能力的纤维素纳米晶体(CNCs)构筑柔性功能材料可提供丰富直观的可视化信息、降低成本并减少不可降解材料的危害。但是由于体系内缺乏有效的软能耗相,基于CNCs的光子材料具有机械易碎和缺乏动态光学响应等不足,为其功能性拓展应用带来了一定的挑战。因此,根据CNCs的结构特点,详细介绍了目前CNCs光子膜的制备方法及其影响因素,进而对目前CNCs光子膜从机械刚性到机械柔性和机色响应性的各种合成调控策略进行了总结。同时,还着重强调了CNCs柔性功能光子材料的各种有前景的应用方向以及未来面临的挑战。
  • 有机改性蒙脱土对污水处理研究进展
    王丽艳, 杨超, 李欢, 赵冰, 马文辉, 阚伟, 殷广明, 盖媛媛, 武文婷
    功能材料. 2022, 53(12): 12065-12072. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.009
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    蒙脱土因具有层间距可调、良好的吸附性和离子交换性等优点,在污水处理上引起人们的广泛关注。天然蒙脱土存在亲水性强、吸附效率低、选择吸附性差等缺点,严重限制了蒙脱土对污水的处理能力。但天然蒙脱土经有机化改性后,可极大的提升蒙脱土的吸附性能。从表面活性剂、偶联剂及天然聚合物为有机改性剂出发,综述了近年来国内外有机蒙脱土对污水中污染物(包括重金属离子、染料、酚类化合物,多环芳烃等)处理的最新研究进展,并分析了有机蒙脱土对污染物的吸附机理,最后对有机蒙脱土复合材料未来发展方向及应用前景提出了展望。
  • 生物炭改性及其对水中污染物去除研究进展
    姜晶, 吴仪, 盛光遥
    功能材料. 2022, 53(12): 12073-12084. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.010
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    生物炭因具有原材料来源广泛、孔隙结构发达、比表面积大、表面官能团丰富且制备成本低等特点而被广泛运用于污染物去除、土壤改良、固碳减排等方面。对生物炭进行改性(包括物理改性、化学改性以及生物改性)能有效改善其原有的理化性质,提高其对目标污染物的去除效果。 文章系统梳理了生物炭的改性方法及其在水中污染物去除方面的应用,归纳了改性生物炭作为有效吸附剂在去除重金属、有机污染物和无机营养元素方面的作用机理,提出了生物炭改性及其在水污染处理应用中面临的主要问题及可能的发展方向,为改性生物炭在污水处理方面的推广应用提供指导。
    • 研究·开发
  • 高性能Fe2O3的制备及其超级电容性能研究
    宋治廷, 蒋文成, 胡洪铭, 杨子泽, 舒婷, 李艳虹
    功能材料. 2022, 53(12): 12085-12091. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.011
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    Fe2O3具有成本低、无毒、来源丰富、对环境友好等优点,被认为是一种极具应用前景的水系超级电容器负极材料,然而它也存在电导率低、循环稳定性和倍率性能差等缺点。采用水热法和热处理法在碳纸上制备获得了N、S共掺杂的Fe2O3。研究结果表明,N和S掺杂未改变材料的物相,但却使材料的形貌由纳米线组成的网状结构变为一层致密多孔的薄膜。其次,由于导电性的提高和反应活性位点的增多,材料表现出较高的比电容(473.2 mF/cm2,2 mA/cm2下)、优越的倍率性能(85.5%,2~20 mA/cm2)和良好的循环稳定性(96%,15 mA/cm2,10 000圈),还具有更高的电化学反应可逆性和库伦效率。最后将N、S-Fe2O3与商业活性炭组装了水系非对称型超级电容器,其体积比电容为2.1 F/cm3(1 mA/cm2下)。将两个组装的超级电容器串联后可以成功驱动一串并联的LED灯(额定电压3 V),实验结果说明该材料具有一定的实际应用价值。
  • TNTs电极光电协同降解磺胺类抗生素的研究
    陈梓慧, 秦撼, 杨鹏, 鲁玥, 姚硕, 肖飞, 陈慧英, 夏建新, 邢璇
    功能材料. 2022, 53(12): 12092-12099. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.012
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    利用水热法对Ti板进行处理制得钛酸盐纳米管(titanate nanotubes,TNTs)电极,并利用XRD,TEM和SEM对其进行系统表征,对比了TNTs电极在光催化,电催化和光电协同作用下对磺胺嘧啶(sulfadiazine,SD)的降解效果,探索了不同外加电压对降解效果的影响。结果表明,水热法成功制得内径为5 nm的无序排列的TNTs电极。在初始SD浓度80 mg/L,外加稳压5 V的条件下,TNTs电极在光电协同作用下对SD的降解效率较单纯光解或单纯电解均有提升,反应50 min降解率可达97.38%。在SD本身降解率较高的情况下,TOC去除率较低,这一结果表明溶液中存在大量SD降解中间产物。利用Gaussian软件在B3LYP/6-31+g(d,p)水平优化SD分子构象,结合密度泛函理论(density functional theory,DFT)计算福井函数和电子云密度,确定了SD分子中的反应活性位点,利用高效液相色谱串联质谱(liquid chromatograph mass spectrometer,LC-MS)对中间产物测定,检测到质荷比(m/z)为96、187、117等6种中间产物,推测了SD的两种降解途径。经探究,TNTs光电协同降解抗生素的性能优秀,对现今水体抗生素类污染降解有重大意义。
  • 一种水溶性原卟啉聚合物的合成及其在光动力灭活耐药菌以及癌细胞方面的研究
    施佳皓, 路正楠, 盛扬, 孙一新, MarkBradley, 张嵘
    功能材料. 2022, 53(12): 12100-12109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.013
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    原卟啉 IX (PPIX) 是光动力疗法中的一种光敏剂。然而,它的水溶性差以及在生理介质中的π-π堆积阻碍了其广泛应用。通过PPIX与聚乙二醇(PEG400)的酯化反应合成了PPIX的水溶性衍生物,PPIX衍生物与六亚甲基二异氰酸酯聚合形成水溶性聚氨酯,通过聚氨酯链段阻碍PPIX单元间的π-π堆积。对PPIX衍生物及其聚氨酯聚合物进行了表征,结果表明聚氨酯在PPIX及其衍生物中单线态氧的产生效率最高。分别研究了PPIX衍生物及其聚氨酯对大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S. aureus)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的光动力抗菌活性。结果表明,405 nm激光照射5 min后,基于PPIX单元的聚氨酯达到约100%的抗菌率。当在黑暗中与人类脂肪干细胞和肝癌细胞 (HePG2) 共培养时,PPIX 衍生物及其聚氨酯显示出高生物相容性。暴露于405 nm或635 nm激光5 min后,约90%和50%的HePG2细胞被聚氨酯杀死,这是PPIX及其衍生物中最好的。因此,PPIX聚氨酯具有作为光动力疗法用于抗菌和抗癌治疗的潜力。
  • 碳酸钙晶须增强水泥基复合材料压缩性能随温度的变化规律
    张毅, 吴立山, 余志辉, 张聪
    功能材料. 2022, 53(12): 12110-12115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.014
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    碳酸钙晶须可以有效改善水泥基复合材料在常温下的压缩性能,但是高温作用后碳酸钙晶须对材料压缩性能的影响尚不清楚。研究了不同体积掺量(0%、0.5%、1%、2%)的碳酸钙晶须增强水泥基复合材料分别在常温以及200,400,600 和800 ℃高温作用后的压缩性能。试验结果表明,常温下随着晶须掺量的提高,试件的抗压强度和压缩韧性呈先上升后下降的趋势,其中掺入1%碳酸钙晶须的材料压缩性能最好。200 ℃条件下材料的抗压强度和压缩韧性较常温均有明显提高,而当目标温度超过200 ℃后,高温对材料的压缩性能劣化作用明显,其抗压强度和压缩韧性持续衰减,800 ℃作用后各组的压缩性能已没有明显差距,但在每个目标温度作用下,碳酸钙晶须均可以提高高温作用后的抗压强度值和压缩韧性值,说明碳酸钙晶须的掺入对提高材料在高温作用后的压缩性能有积极作用。
  • NiCo-LDH/CNW/CC三维结构复合电极及其电化学性能研究
    龙俊杰, 王兵, 熊鹰
    功能材料. 2022, 53(12): 12116-12120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.015
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    NiCo-LDH具有优异的电化学性能,但自身易团聚且导电性差,导致其作为电极使用时本征电化学性能无法体现,常见的解决办法是将其分散负载于导电性好、比表面积大的惰性基体表面来使用。本文首次利用微波等离子体化学气相沉积技术先在具有大比表面积、导电性好且惰性强的碳布(CC)表面制备具有三维多孔结构的碳纳米墙(CNW)以进一步提高其比表面积和对粒子的负载性,再将NiCo-LDH通过电沉积法分散负载于CNW表面形成NiCo-LDH/CNW/CC三维结构复合电极。采用SEM观察复合电极的微观结构,同时通过Raman和XRD技术分析复合电极的材料组成,最后进一步使用电化学技术研究复合电极在三电极体系下的电化学性能。结果表明,CNW涂覆于CC表面作为载体能有效抑制NiCo-LDH的团聚,增加NiCo-LDH的分散性和有效暴露面积,所形成的NiCo-LDH/CNW/CC三维结构复合电极在2 mV·s-1扫速下比电容是NiCo-LDH/CC的1.4倍;在电流密度为2 mA·cm-2时,比电容高达3.9 F·cm-2,同时展现出优异的倍率性能;且经10 000次循环后,电容保持率仍达70%,远优于NiCo-LDH/CC的循环稳定性,表明制备形成的NiCo-LDH/CNW/CC复合电极可充分发挥NiCo-LDH的电化学特性、CNW三维多孔结构良好负载性和CC优异的机械、电学性能,是一种极具应用潜力的新型电极材料。
  • In含量对Mg-In二元合金腐蚀行为的影响研究
    邓志超, 孙俊丽, 侯利锋, 杜华云, 王骞, 刘笑达, 卫英慧
    功能材料. 2022, 53(12): 12121-12127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.016
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    通过浸泡试验、电化学测试、扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射仪(XRD)分析,研究了固溶态Mg-xIn(x=1,2,4,6,10,14,18和35%)合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明,Mg-In合金的耐蚀性随着In含量的升高而下降。在镁合金中添加适量的In元素时,In的抑制作用在镁合金腐蚀过程中占主导地位,合金表面能够形成具有保护性的双层腐蚀层结构,能够阻挡NaCl溶液对基体的腐蚀,所以In含量较低的Mg-xIn(x=1,2,4,6和10%)合金的耐蚀性较好;In含量较高的Mg-xIn(x=14,18和35%)合金表面无法形成具有保护性的双层腐蚀层结构,此时,In的活化作用发挥主要作用,合金的耐蚀性差。
  • AgNO3真空浸渍制备杀菌银缓释椰壳活性炭研究
    孔祥鑫, 范金玥, 张坤, 黄举, 黄晓丽, 李伟, 刘守新
    功能材料. 2022, 53(12): 12128-12132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.017
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    对椰壳活性炭在真空条件下浸渍硝酸银(AgNO3),制备具有杀菌作用的银缓释椰壳活性炭(Ag/AC)。以大肠埃希杆菌(E.coli)为实验菌种考察Ag/AC的抑菌杀菌作用,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积分析仪分别对Ag/AC表面形态、晶体结构、比表面积和孔结构进行分析。结果表明:银离子在AC表面被还原成粒径为200~800 nm的单质银;随着AgNO3浸渍浓度的增加,银担载量上升、粒径增大,Ag/AC的比表面积、总孔容、平均孔径减小,杀菌性能与抗银流失性能提高。当AgNO3溶液浸渍浓度为8.0 g·L-1时,载银量最大(0.44%),杀菌性能最佳(99.26%);在水中振荡15 d,银流失率为30% ,对比相同条件下常压浸渍得到Ag/AC银流失率为94.23% ,真空浸渍制备的载银椰壳活性炭在保持高杀菌率的同时实现了银缓释。
  • 木质素基有序多孔碳复合相变材料的制备及性能研究
    李天阳, 潘虹, 徐丽慧, 倪凯, 李可婷, 沈勇
    功能材料. 2022, 53(12): 12133-12138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.018
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    以木质素为原材料和介孔分子筛(SBA-15)为模板制备木质素基有序多孔碳(MC),采用真空浸渍法负载相变材料聚乙二醇(PEG),制备出木质素基有序多孔碳复合相变材料(MC/PEG)。通过SEM、XRD、FT-IR 以及DSC等方法对其结构表征及性能测试。结果表明,MC的最大负载量可达75%,其相变焓值为89.7 J·g-1。在负载量为60%时,MC/PEG复合相变的热导率可达0.5029 W/mK,较纯PEG提升了50.3%。将MC/PEG复合相变材料利用涂层法制备了相变调温棉织物,经过红外热成像分析后可以发现相较棉织物,相变调温棉织物拥有良好的调温性能。
  • Fe2+对锰激活氟化物红色荧光粉耐湿性能的影响研究
    蔡文婷, 何盛安, 刘丽丽, 叶信宇
    功能材料. 2022, 53(12): 12139-12146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.019
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    提出了一种绿色、简便的基于Fe2+离子的氧化还原策略来提高锰激活氟化物红色荧光粉的耐湿性。采用共沉淀法合成了K2SiF6:Mn4+(KSFM)荧光材料,并对Fe2+处理前后样品的形貌、晶体成分、元素组成、发光性能、荧光寿命、耐湿性和热稳定性进行了研究。SEM结果表明,经Fe2+离子处理后的K2SiF6:Mn4+(T-KSFM)颗粒的团聚程度得到有效的降低。XPS测试结果表明,T-KSFM样品表面Mn含量减少。光谱测试结果表明,最强激发峰约468 nm处,次强峰位于约360 nm处,而最强窄带发射峰位于632 nm处。经过Fe2+处理后的T-KSFM荧光粉在去离子水浸泡320 min后,其相对发光强度为初始发光强度的80.3%,而KSFM仅还有63.4%。此外,将T-KSFM作为红色组分与黄粉YAG以及蓝光芯片封装制得WLEDs色坐标为(0.4110,0.3963),处于暖白光区域。以上结果表明,基于Fe2+的简易氧化还原策略可以有效提高氟化物红色荧光粉的耐湿性,为获得优异耐湿性能的氟化物荧光粉提供了新的思路。
  • 碳纤维改性环氧树脂基复合材料的制备及性能研究
    郑天麒
    功能材料. 2022, 53(12): 12147-12151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.020
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以环氧树脂E51为基础材料,碳纤维为增强材料,制备出了不同碳纤维掺杂量(0,3%,6%,9%(质量分数))的改性环氧树脂基复合材料,研究了碳纤维掺杂量对环氧树脂基复合材料力学性能、微观形貌、热稳定性和导热性能的影响。结果表明,适量碳纤维的掺杂提高了环氧树脂基复合材料的力学性能、热稳定性和导热性能。随着碳纤维掺杂量的增加,改性环氧树脂基复合材料的拉伸强度、断裂延伸率、弯曲强度和弯曲模量均先增大后降低,当碳纤维的掺杂量为6%时,复合材料的拉伸强度、断裂延伸率、弯曲强度和弯曲模量均达到了最大值,分别为48.5 MPa,1.86%,85.6 MPa和3.09 GPa。随着碳纤维掺杂量的增加,复合材料的分解温度和残留量先升高后降低,当碳纤维的掺杂量为6%时,复合材料的分解温度和残留量达到最大,分别为453.7 ℃和4.9%。复合材料的导热系数随碳纤维掺杂量的增加而增大,当碳纤维的掺杂量<6%时,导热系数增长速率较快。综合分析可知,碳纤维的最佳掺杂量为6%。
  • 旋甩快淬带ErCoSi的各向异性磁热效应
    张艳, 胡季帆, 赵同云, 莫兆军, 曹博宇, 尚颖琦
    功能材料. 2022, 53(12): 12152-12156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.021
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    磁制冷技术的关键在于磁热效应材料的发展。具有各向异性磁热效应的新型磁制冷材料可以用于旋转磁制冷技术而被广泛研究。研究了ErCoSi旋甩快淬带化合物的磁性、磁热效应及磁各向异性。在Tc=5.5 K处发生了铁磁(FM)到顺磁(PM)的二级相变。通过分析5 m/s-ErCoSi快淬带在磁场∥和⊥横截面的两个方向的等温磁化曲线、磁熵变和磁制冷能力可知,在μ0H=0~5 T的磁场变化时,磁场∥和⊥快淬带横截面的最大磁熵变值-ΔSM分别为17.5 J·kg-1 k-1和 12 J·kg-1 k-1;制冷能力分别可达230 J·kg-1和120 J·kg-1. 表明5 m/s-ErCoSi快淬带具有大的磁热效应和明显的磁各向异性,有望实现旋转样品磁制冷技术.
  • 碳纤维/环氧树脂复合保温材料的制备及性能研究
    刘延金, 钟曦
    功能材料. 2022, 53(12): 12157-12161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.022
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    表面未处理的碳纤维具有较大的惰性,为了改善碳纤维和环氧树脂的结合效果,通过将碳纤维浸入浓HNO3中,控制浸入时间,制备了碳纤维/环氧树脂复合保温材料。研究了浓HNO3处理时间对复合材料的微观形貌、力学性能和保温性能的影响。结果表明,浓HNO3的处理使碳纤维表面发生了氧化,凹槽数量增加,环氧树脂和碳纤维的结合强度增加。碳纤维/环氧树脂复合保温材料的拉伸强度和断裂延伸率均随浓HNO3处理时间的增加而先增大后降低,当浓HNO3处理时间为3 h时,复合材料的拉伸强度和断裂延伸率均达到最大值,分别为45.9 MPa和1.75%。在800 ℃下,当HNO3处理时间为3 h时,复合材料的残留质量最高为7.73%,热稳定性最佳。随着浓HNO3处理时间的增加,复合材料的导热系数先降低后轻微增加,当HNO3处理时间为3 h时,复合材料的导热系数最低为0.027 W/(m·K),具有良好的保温性能。
    • 工艺·技术
  • 正十二烷基三甲氧基硅烷改性聚磷酸铵及其在丙烯酸酯密封胶中的应用
    毕建华, 吴京兴, 郝万军, 王忠, 樊民, 陈乐, 徐宝罗, 符丽莎
    功能材料. 2022, 53(12): 12162-12169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.023
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    通过离子交换反应将γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)接枝于聚磷酸铵(APP)表面,然后加入水解后的正十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)引发共缩合反应,成功制备出改性聚磷酸铵(C-APP)。采用FT-IR、XPS、SEM等方法分别对APP和C-APP进行表征。研究结果表明,长链烷烃及Si—O—Si结构接枝于APP表面,疏水角由20.0°变为146.9°。以此为基础,将APP和C-APP加入到丙烯酸酯密封胶(AS)当中,制备出一系列阻燃AS复合材料并对其阻燃性能、耐水性、力学性能等进行了测试分析。研究表明,C-APP可以进一步提升AS复合材料的阻燃性能,当加入20%(质量分数)C-APP时,LOI达到26%(体积分数),UL-94等级为V-0级;APP/AS浸水后失重率为17.5%,而C-APP/AS则降低至9.6%;此外,C-APP的加入改善了AS复合材料的力学性能,增进了APP与AS的相容性。
  • 微晶纤维素/明胶对淀粉复合薄膜性能影响研究
    张静贤, 龙柱, 覃程荣, 陈杰, 张丹
    功能材料. 2022, 53(12): 12170-12176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.024
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    探究微晶纤维素/明胶对淀粉复合膜热封、力学、热稳定性能等影响,以期提升淀粉基薄膜的综合性能。以不同比例微晶纤维素/明胶(1∶9,2∶8,3∶7)做增强相,溶液浇铸法制备多组分淀粉膜—微晶纤维素/明胶/淀粉膜(MCC/GL/ST)。通过扫描电镜(SEM) 、差示量热扫描(DSC)、热重分析(TG)对薄膜进行表观形貌及热稳定性分析,采用热封仪、万能材料拉力机表征薄膜力学性能、热封性能。结果表明,与微晶纤维素/淀粉膜(MCC/ST)相比,微晶纤维素/明胶(2∶8)/淀粉膜(MCC/GL/ST-2)热封强度提高了352.9%,拉伸强度提高至9.12 MPa,红外光谱分析(FT-IR)表明MCC和GL之间存在氢键相互作用;薄膜阻隔性能随明胶添加量降低而提升,DSC及TG曲线表明MCC/GL/ST-2具有良好的热稳定性,可满足热封加工性的同时保证其性能稳定。
  • RCA改性沥青改性机理与疲劳特性
    陆佳宝, 王国忠, 胡江三, 刘仲宁
    功能材料. 2022, 53(12): 12177-12183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.025
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    为了对高模量RCA改性沥青改性机理与疲劳特性进行深入研究,通过沥青3个基本性能指标、布洛克菲尔德黏度、红外光谱、线性振幅扫描和介电常数测试等试验方法对沥青的性能进行测定与分析。结果表明,RCA改性剂的最佳掺量为沥青质量的16.7%;RCA改性剂对沥青的改性为物理改性;在低应变下,RCA改性沥青的疲劳性能优于基质沥青,对应变的依赖性更高;提出的沥青新疲劳破坏准则计算出的疲劳寿命与沥青混合料疲劳寿命相关性良好,用其来评价RCA改性沥青的抗疲劳性能是可行的。
  • 氨基酸改性PASP荧光示踪阻垢剂的合成及性能
    余嵘, 成柯瑶, 付少华, 雷欢, 田智岗, 房平
    功能材料. 2022, 53(12): 12184-12188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.026
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    通过具有荧光性能的酪氨酸(Tyr)、具有阻垢基团的谷氨酸(Glu)对环保型阻垢剂聚天冬氨酸(PASP)进行接枝改性,制备了新型环保型荧光示踪阻垢剂Tyr-Glu-PASP,改善了PASP的阻CaSO4性能,新增了荧光示踪效果。对合成产物进行了红外表征、热重表征、荧光光谱表征。结果表明,PASP中增加了酚羟基、羧基、酰胺基等阻垢基团,热稳定性优异。阻垢性能研究结果表明,在氨基酸总量与PSI的单体配比为0.6、投加浓度为4 mg/L,钙离子浓度为6 000 mg/L时,对CaSO4的阻垢率可达96%。采用扫描电镜、X射线粉末衍射分析和荧光光谱法相结合的方法研究了硫酸钙的晶型变化,结果显示CaSO4由规整的柱状结构变为团状结构,晶粒变小,促进了钙垢晶粒在水中的溶解度。
  • 碳点掺杂复合型水凝胶的制备及其对Fe3+的检测和吸附
    马培林, 张一昆, 宋亚婷, 张涛, 李旭, 刘志明
    功能材料. 2022, 53(12): 12189-12195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.027
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    分别使用壳聚糖(CS)、葡萄糖(GL)、海藻酸钠(SA)以3种生物质材料为基体与三聚氰胺复合制备得到了CS-CDs、GL- CDs 和SA- CDs这3种碳点。通过对比发现CS-CDs的荧光性能最好。将CS-CDs引入到以SA为基体的水凝胶中,得到了对Fe3+有特异性荧光猝灭的作用,并对其具有良好的吸附性以及良好的循环使用性能。结果表明,(CS-CDs)-SA-Lgs-gel可以作为一种有效的对Fe3+视觉检测和吸附双功能,具有良好的应用前景。
  • Zn2+掺杂对LiNiO2正极材料性能的影响
    张清波, 李东林, 高建行, 李童心, 张龙
    功能材料. 2022, 53(12): 12196-12202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.028
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    采用溶胶-凝胶法合成Zn2+掺杂的LiNiO2(LNO)正极材料,研究了不同Zn2+掺杂量对LNO性能的影响。结果表明,2%(摩尔分数)Zn2+掺杂的镍酸锂正极材料(LNO-2Zn)具有优异的循环性能和倍率性能。在1C电流密度下循环100次,LNO-2Zn的容量保持率为80.0%,高于未掺杂LNO的74.8%;在10C大电流密度下,LNO-2Zn的首次放电比容量为112.1 mAh/g,高于未掺杂LNO的48 mAh/g。适量的Zn2+掺杂能够降低Li/Ni混排程度并且抑制有害相变的发生,从而提高LNO的电化学性能。
  • 稀土Ce改性Mg-Zn合金的制备及性能研究
    李伟, 胡俊梅, 贾亚娟
    功能材料. 2022, 53(12): 12203-12207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.029
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    以Mg-Zn合金为基体,添加不同量含量的稀土元素Ce,通过铸造法制备了稀土Ce改性的Mg-Zn合金。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子万能试验机等研究了稀土元素Ce掺入量对铸造Mg-Zn合金晶体结构、微观形貌和力学性能的影响,以期制备具有较高综合性能的稀土镁合金。结果表明,稀土Ce元素添加到Mg-Zn合金后形成了Al4Ce,提高了Mg-Zn合金的结晶性,使合金的晶粒平均尺寸得到了细化,断裂行为呈现出韧性断裂,当稀土Ce掺杂量为0.8%(质量分数)时,Mg-Zn合金断口的韧窝数量分布最多,晶粒尺寸最小约为3.8~4.2 μm;掺入稀土Ce元素后,显著提高了Mg-Zn合金的硬度、拉伸强度和断裂延伸率,当稀土Ce掺杂量为0.8%(质量分数)时,Mg-Zn合金的拉伸强度和断裂延伸率达到了最大值,分别为192.5 MPa和8.5%,此时Mg-Zn合金的硬度也基本达到了稳定值52.8 HB。综合分析可知,稀土Ce元素的最佳掺杂量为0.8%(质量分数)。
  • 高面积电容柔性储能电极材料的制备与性能
    孙佳锋, 金振东, 金哲海, 赵亚萍, 蔡再生
    功能材料. 2022, 53(12): 12208-12214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.030
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    采用超声辅助浸渍-烘干、化学沉积与阳极氧化方法制备了由棉织物(CF)、多壁碳纳米管(MCNT)和核壳结构镍@氢氧化镍(Ni@Ni(OH)2)构成的多级结构复合电极材料(CF-MCNT/Ni@Ni(OH)2),并利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析、电化学测试等手段对其结构与性能表征。结果表明,该电极在2 mol/L KOH溶液中0.5 mA/cm2电流密度下面积比电容可达6 300 mF/cm2(3 mA/cm2时为4 927 mF/cm2),与CF-Ni@Ni(OH)2相比具有较大提高,同时充放电循环性能也有提升。MCNT的引入有利于CF表面形成粗糙导电膜,为优化电极结构以制备具有高性能储能器件提供了借鉴。
  • 石墨烯/锂金属复合材料的制备和电化学性能
    杜真真, 于帆, 王珺, 王晶, 李炯利, 王旭东
    功能材料. 2022, 53(12): 12215-12223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.031
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    对于高能量密度锂金属电池体系,安全、稳定的锂负极材料是关键。采用微波还原、热还原和机械剥离方法制备了3种具有不同形貌结构的石墨烯,并通过压制和叠层工艺,制备出石墨烯/锂金属复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、拉曼(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和N2吸脱附曲线分析了不同石墨烯材料的形貌、组成、结构以及石墨烯/锂金属复合材料的形貌。同时采用Li||Li对称电池和LiFeO4全电池,评价了石墨烯/锂金属复合材料作为负极的电化学性能。结果表明,石墨烯/锂金属复合材料具有层状结构,在微波还原石墨烯(MRGO)、热还原石墨烯(RGO)和机械剥离石墨烯(EG)中,MRGO最适用于改性金属锂,叠层3次得到的4MRGO/3Li复合材料具有最优的电化学性能。基于4MRGO/3Li的Li||Li对称电池在9.9 mV左右的极化电压下稳定循环1200圈,相对于纯锂金属,极化电压降低10.6 mV,安全性和稳定性大大提升。以4MRGO/3Li复合材料为负极的LiFeO4全电池稳定循环800圈后,放电容量保持为156 mAh/g。
  • Fe-Si合金磁性能和力学性能的第一性原理计算
    王婷, 杨吉春, 刘香军, 杨昌桥
    功能材料. 2022, 53(12): 12224-12229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.032
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    基于第一性原理方法计算了Si对α-Fe体系在稳定性,磁性能以及力学性能的影响。计算结果表明,Si可以稳定存在于α-Fe中,Fe-Si体系的稳定性大于α-Fe; Fe-Si体系的总磁矩小于纯Fe体系,使得Fe-Si体系的磁致伸缩系数小于纯Fe体系,且Si的掺杂使得态密度峰值整体左移,Fe-Si体系的导电性降低,电阻率增加,增加了体系的软磁性能;Si的掺杂使得体系的硬度增大,韧性减小,可加工性能降低,Fe-Si体系的平均键长小于纯Fe体系,使得Fe-Si体系的键能增强,这是Fe-Si体系硬度大于纯Fe体系的主要原因,Si的掺杂导致Si周围的电荷密度明显小于纯Fe体系,这是Fe-Si体系韧性减小的原因。
  • 低共熔溶剂制备虾壳基固体酸及其催化性能研究
    王鹏, 戴亚东, 张佳佳, 赵宇培
    功能材料. 2022, 53(12): 12230-12236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.033
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    采用盐酸-氯化胆碱-乙二醇酸性低共熔溶剂(Acid Deep Eutectic Solvent,ADES)为浸渍体系,对虾壳粉(SS)进行处理以固载磷钨酸(HPW),得到磷钨酸@虾壳型固体酸(ADES-HPW-SS)。结合多种表征手段证明,DES对虾壳材料较强的浸润能力有助于改变虾壳结构,以稳定固载HPW,而酸性组分可有效脱除虾壳的碳酸钙组分以保持HPW的酸性和结构稳定性。以甘油和丙酮的缩合反应评价固体酸的催化性能,结果表明在较温和的反应条件下(反应温度50 ℃,丙酮和甘油摩尔比3∶1),ADES-HPW-SS在2 h内即可实现97.1%的甘油转化率,且产物主要为丙酮缩甘油。
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