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2022年, 第53卷, 第6期　刊出日期：2022-06-30
  

  • 全选
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  • 本期中英文目录、封面
    《功能材料》编辑部
    功能材料. 2022, 53(6): 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)
  • 高温对标养铁尾矿RPC性能影响研究
    田耀刚, 黄显龙, 路鑫, 阎宝宝, 覃超, 卯爱军, 鲁涛, 张军
    功能材料. 2022, 53(6): 6001-6005. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.001
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    标准养护条件下,以0%、30%、60%与100%铁尾矿替代石英砂制备活性粉末混凝土(RPC),为探究高温对其性能的影响,进行了200、400、600与800 ℃高温后铁尾矿RPC强度试验、阻尼试验、X射线衍射(XRD)试验和扫描电镜(SEM)试验,分析了温度与铁尾矿掺量对RPC表观特征、质量损失、抗压与抗折强度、阻尼性能以及微观结构的影响。结果表明,随着温度升高,铁尾矿RPC质量损失率增大,抗压与抗折强度降低,阻尼比提高,CH峰强度降低,砂浆基体由完整变得松散并且孔隙率与微裂纹数量提高;随着铁尾矿取代率的增加,RPC表观裂纹增多,质量损失率增大,抗压与抗折强度降低,阻尼比提高。
  • BCC型V-Ti-M(M=V,Ti,Cr或Zr)合金氢气压缩性能研究
    高云鹤, 李珂, 刘煌, 周承商
    功能材料. 2022, 53(6): 6006-6013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.002
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    金属氢化物氢压缩技术具有安全、无活动部件、可利用低品废热等优点,但该技术对储氢合金的吸放氢平台压力、平台斜度和滞后效应等性能有较高的要求。研究了合金元素对 BCC型V基合金氢压缩性能的影响,采用电弧熔炼法制备了V75Ti20M5(M=V、Ti、Cr、Zr)氢压缩合金,利用体积吸附法测定合金的PCT曲线和动力学性能,计算PCT曲线的平台斜度、滞后效应、氢压缩比及氢反应速率,比较合金的氢压缩性能。结果表明:V75Ti20Cr5合金的可逆储氢量为1.05 %(质量分数),相比于V75Ti25合金,其氢压缩速率显著提升;而V75Ti20Zr5合金的可逆储氢量、氢压缩比和氢压缩速率均明显降低。
  • 铝含量对钛铝二元合金MAO涂层结构及亲水性的影响
    王聪, 王伟强, 董旭峰, 齐民
    功能材料. 2022, 53(6): 6014-6018. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.003
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    金属及合金的微弧氧化(MAO)涉及在等离子体高温下电解液与合金表面的交互作用。在此过程中,合金表面的多孔层的形成,不仅与电解液成分密切相关,合金成分对涂层结构及电特性起着重要作用。通过在0.1 mol/L Na2B4O7电解液中加入0.15 mol/L KOH,对不同Al含量的二元Ti-Al合金进行MAO,重点探究微弧氧化过程合金成分对涂层结构的影响。用扫描电子显微镜(SEM)、3D激光共聚焦显微镜分析了涂层的形貌和氧化物堆积厚度,接触角测试仪测量MAO涂层的亲水性能。结果表明,随着基体Al含量增加,MAO后的表面多孔涂层更加均匀,孔洞尺寸、氧化物堆积及电压值均有所增加。高Al含量的多孔涂层更加均匀,亲水性也更加优异。
  • 超高性能磷酸镁水泥混凝土的制备和力学性能研究
    贾兴文, 连磊, 田昊, 侯铁军, 肖丽, 唐茂华, 常城
    功能材料. 2022, 53(6): 6019-6024. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.004
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    磷酸镁水泥(MPC)凝结硬化速度快,早期强度高,采用MPC作为胶凝材料,有利于在无养护条件下制备出具有高早强特征的超高性能磷酸镁水泥混凝土(UHPMPCC)。研究了钢纤维掺量和长径比等参数对UHPMPCC物理力学性能的影响,分析了UHPMPCC中钢纤维的增强机制和影响规律。结果表明25 mm钢纤维有利于提高早期抗压强度,而13 mm钢纤维更有利于提高长期力学性能;13 mm钢纤维的掺量2.5%(体积分数)时,无养护的UHPMPCC6h抗压强度和抗折强度超过60和25 MPa,28 d抗压强度和抗折强度超过120和38 MPa。MPC浆体早期呈酸性,使钢纤维表面产生刻蚀,鸟粪石嵌入钢纤维中,增强MPC基体和钢纤维的界面粘结,有助于提高UHPMPCC的抗弯强度。
  • 煤气化炉渣对沥青胶浆流变性能的影响研究
    王书慧, 刘芳, 张翛, 高阳, 孔庆忠, 刘晓东
    功能材料. 2022, 53(6): 6025-6034. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.005
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    为减缓煤气化炉渣的堆积和填埋带来的环境污染问题,将煤气化炉渣部分或全部替代天然矿粉,探究煤气化炉渣对沥青胶浆流变特性的影响。基于X射线衍射法和扫描电镜,对比分析煤气化炉渣和天然矿粉的矿物组成以及形貌特征;基于三大指标及黏度试验,研究不同煤气化炉渣替代率沥青胶浆针入度、软化点、延度及黏度的变化规律;采用动态剪切流变仪(DSR)对沥青胶浆进行温度扫描试验和多应力重复蠕变试验,分析沥青胶浆复数剪切模量、相位角、车辙因子、不可恢复蠕变柔量、变形恢复率随煤气化炉渣替代率增加的变化规律。研究结果表明,煤气化炉渣矿物组分的理化性质比天然矿粉稳定,具有相对较小的粒径以及较大的比表面积,其不规则的颗粒形状更易与沥青形成牢固的界面。随着煤气化炉渣掺量的增加,沥青胶浆的高温性能、抗剪切变形能力、弹性明显提高,温度敏感性下降,而其低温性能略有下降;随着温度的升高,煤气化炉渣对沥青胶浆高温性能改善效果减弱,对其粘弹组成比例影响变小;进一步研究发现煤气化炉渣在低应力下对沥青胶浆的弹性恢复效果更好,而在高应力下对沥青胶浆的抗车辙能力提高效果更为明显。研究结果可为煤气化炉渣作为填料应用于沥青路面提供参考。
    • 综述·进展
  • 电泳沉积法制备YSZ涂层的研究进展
    袁斌霞, 陈添忠, 朱瑞, 王道累, 曹岚
    功能材料. 2022, 53(6): 6035-6039. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.006
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    电泳沉积(electrophoresis deposition,EPD)方法具有沉积效率高、成本低等优点,发展和应用前景广阔。首先,介绍了电泳沉积方法与电镀方法的区别。然后,综述了基于EPD技术制备YSZ陶瓷涂层的发展现状。重点介绍了EPD技术在固体燃料电池、热障涂层和生物陶瓷3个领域的YSZ涂层制备工艺研究进展。最后,展望了EPD制备YSZ涂层的发展趋势,对提升YSZ涂层性能具有实际意义。
  • 增粘剂在泡沫铝孔泡稳定成形机制研究现状
    马浩源, 张均闪, 安钰坤
    功能材料. 2022, 53(6): 6040-6048. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.007
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    泡沫铝作为结构与功能一体化的新型材料,具有减震、阻尼、吸能、降噪等优异的性能而广受关注。介绍了合金元素、颗粒相、纤维相、片层相、分解产物等不同类型的增粘剂对铝基合金熔体粘度和孔泡稳定性的影响。分析了添加不同类型增粘剂在铝熔体中生成的各种产物以及对应的增粘机理,并综述了国内和国外泡沫铝的研究现状。但是增粘剂的均匀分散需要较长时间的搅拌,易使铝熔体过度氧化,造成熔体内部产生过多的脆性氧化物,从而使泡沫铝复合材料的脆性增加,引起泡沫铝承载吸能性能的下降。最后针对上述的问题,提出了无增粘制备技术、半固态制备技术,两种具有发展前景的泡沫铝制备工艺,简述了两种制备工艺的优点并对泡沫铝的发展前景进行合理的展望。
  • 新型金属-有机骨架/纤维素气凝胶杂化材料的研究进展
    张朝岭, 朱刚, 孙浩, 邓书端, 康昆勇, 李辉, 张梓健
    功能材料. 2022, 53(6): 6049-6059. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.008
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    纤维素气凝胶(CA)因其独特的三维层状网络结构、丰富的孔隙率和极大的比表面积,成为构筑新型杂化纳米复合材料的优良载体。然而,纤维素气凝胶由于分子链上羟基的亲水作用在溶剂交换及干燥处理过程中容易发生结构皱缩使力学性能降低,同时功能单一化限制了该材料的广泛应用。金属-有机骨架(MOF)作为一类新兴的无机-有机杂化多孔材料,具有结构多样性且孔径尺寸均一可控等特征优势而备受关注。近年来,研究人员利用纤维素气凝胶的本征结构及功能特性,以MOF作为增强相引入纤维素气凝胶基体骨架中构筑新型杂化材料,相关基础研究正在逐渐拓展并展现出良好的应用潜力。基于此,重点综述了MOF/CA杂化材料的制备方法和该材料在构筑过程中的组分优化及结构设计,并介绍其在阻燃隔热、吸附降解、电磁屏蔽和其他前沿领域的应用现状,提出现阶段存在的主要问题并对未来的发展方向作了展望。
  • 木质素在吸附材料领域中的应用研究进展
    任建鹏, 李鹏辉, 蒋政伟, 吴文娟
    功能材料. 2022, 53(6): 6060-6066. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.009
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    木质素作为一种储量丰富、廉价可再生的生物质资源,广泛存在于植物类纤维原料中。木质素是由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接而成的三维网络状芳香族高聚物,结构中含有丰富的醇羟基、酚羟基、羧基和甲氧基等功能性基团,可通过改性或与其他材料复合,是一类极具潜质的功能性高分子,可应用于油田、煤炭、建材、农业、医药等行业,尤其在吸附材料领域中的应用逐渐成为实现木质素高值化利用的途径之一。介绍了以木质素为原料制备吸附材料,包括多孔碳、水凝胶、气凝胶以及木质素基复合材料等,综述了木质素吸附材料在处理染料、重金属离子、气体等方面的应用研究进展,并就木质素吸附材料的未来研究工作进行了展望。
  • 锂离子电池SiO2负极材料的改性研究进展
    曹虎, 王帅, 吴沁宇, 宋广生, 马扬洲
    功能材料. 2022, 53(6): 6067-6077. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.010
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    SiO2因理论比容量高(1 965 mAh·g-1)、循环稳定性好、丰度高和低成本等特点,被认为是一种具有前景的绿色锂离子负极材料。实际上当SiO2作为锂电池的负极材料时,由于其Si-O之间的键能大,对Li+表现出惰性而没有展现出良好的电化学性能。然而,通过对它进行表面修饰或构造3D纳米结构,则表现出对锂的活性。为了进一步了解这一负极材料,综述了SiO2作为锂离子负极材料的锂化反应机理,并从尺寸大小、结构、与金属氧化物复合以及表面改性等方面讨论其电化学性能。最后,提出了SiO2作为负极材料的挑战和工作展望。
    • 研究·开发
  • 聚苯胺/碳纳米管复合材料的制备及其电容性能研究
    周思洁, 周文昌, 张小灵, 严睿文
    功能材料. 2022, 53(6): 6078-6084. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.011
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    通过在多壁碳纳米管(MWCNTs)表面原位电化学聚合聚苯胺(PANI)制备聚苯胺/碳纳米管(PANI/MWCNTs)结构复合材料。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)对制备的聚合物形貌进行了表征。结果表明,制备的PANI/MWCNTs复合材料具有纤维状结构。采用循环伏安法(CV)和计时电流法(CP)表征该复合材料的电化学性能。通过调控了碳纳米管的管径和聚苯胺的厚度,研究其对复合材料比电容的影响规律。实验结果表明,在恒电流充放电的电流密度为0.5 mA/cm2条件下,碳纳米管的管径为50 nm,聚苯胺循环沉积CV圈数为5圈时复合材料的比电容最大,达到147.6 F/g。以上研究为制备出新型结构的聚苯胺/碳纳米管超电容材料提供了科学指导和理论依据。
  • 氯化胆碱-尿素体系中电沉积Ni-Fe-Sm析氢催化电极研究
    赵静, 陈必清, 景欣欣, 翟佳鑫
    功能材料. 2022, 53(6): 6085-6094. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.012
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    采用恒电位电沉积技术,在氯化胆碱-尿素体系中制备Ni-Fe-Sm/Cu稀土合金电极并研究其析氢(HER)性能。通过阴极极化曲线(LSV)、循环伏安曲线(CV)等电化学测试方法及SEM等表征技术,研究沉积条件对稀土合金电极的析氢性能及其表面形貌的影响。结果表明,添加稀土元素Sm能够有效提升合金电极的析氢性能。在-1.22 V的沉积电位下,沉积20 min制备的Ni-Fe-Sm/Cu稀土合金电极析氢性能最佳。在10 mA/cm2电流密度下,稀土合金电极的析氢过电位仅115 mV,Tafel斜率最小,析氢反应受Volmer-Heyrovsky反应控制。且该条件下制备的Ni-Fe-Sm/Cu稀土合金具备最高的双电层电容,电催化活性表面积最大。通过交流阻抗法(EIS)可知,Ni-Fe-Sm/Cu合金电极具有较高电荷转移速率。此外,Ni-Fe-Sm/Cu稀土合金电极在碱性介质中具有较好的稳定性,在经过1000圈的循环侧安测试,电催化析氢性能没有明显变化。
  • 原位生长石墨烯增强铜基材料的制备及其热性能研究
    张利琪, 李红伟, 乔宇燨, 钱宗豪
    功能材料. 2022, 53(6): 6095-6099. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.013
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    以廉价的蔗糖为碳源,在片状铜粉表面原位生长了石墨烯,并采用热压烧结制备不同石墨烯含量的铜基材料。通过XRD、SEM和激光导热分析了蔗糖含量对铜基材料的相、微观形貌以及热导率的影响。结果表明,在H2/Ar气氛下,800 ℃处理15 min即可在片状铜粉上原位生长出石墨烯,且分散均匀,与Cu基体结合良好,有利于增强其热性能。当石墨烯含量为0.73%(体积分数)时,铜基材料的热导率达到339 W/(m·K),较纯铜提高了19.3%;此外,在50~300 ℃温度范围内,其热膨胀系数也明显低于纯Cu样品。
  • 纳米TiO2改性水泥基混凝土复合材料的制备及性能研究
    师杰, 沈子杨
    功能材料. 2022, 53(6): 6100-6105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.014
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    以纳米TiO2为填料,通过调整纳米TiO2的掺杂比例(0,2%,4%和6%)(质量分数),制备出了不同掺量的纳米TiO2改性水泥基混凝土复合材料,对混凝土复合材料的力学性能、微观形貌和耐久性能等进行了分析。结果表明,随着纳米TiO2掺杂含量的增加,混凝土复合材料的抗压强度和抗折强度均呈现出先升高后降低的趋势,孔隙率和磨损量表现出先降低后略微升高的趋势。当纳米TiO2的掺杂含量为4%(质量分数)时,28 d抗压强度和抗折强度均达到最大值,分别为42.57和5.62 MPa,孔隙率最低为9.57%,磨损量最少为1.81 kg/m2,磨损降低率最大为42.54%。抗盐冻性测试表明,在经过7次冻融循环后,随着纳米TiO2掺杂含量的增加,次冻融循环后的质量损失率持续降低,抗盐冻性能得到显著改善。SEM分析可知,掺入适量纳米TiO2后,钙矾石的形貌有从针状向扁圆形转变的趋势,促进了凝胶的形成,提升了整体结构的致密性,从而提高了混凝土复合材料的力学性能。综合分析可知,纳米TiO2的最优掺杂比例为4%(质量分数)。
  • 锰/钼催化剂对臭氧微电解处理废水效能的研究
    信林婷, 乃尔革再·牙克甫, 贠延滨, 刘娜, 韩梦霞
    功能材料. 2022, 53(6): 6106-6111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.015
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    针对印染废水色度高、成分复杂、可生化性差等特点,向铁碳填料中加入锰/钼氧化物作催化剂来提高臭氧微电解工艺对该废水的处理效能。对比处理效果找出填料中锰钼催化剂的添加量。用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪等对填料和废水进行表征,探究催化剂在处理印染废水过程中的催化作用。实验结果表明,填料中锰的最佳比例为n(Fe)∶n(Mn)=12∶1,钼的最佳比例为n(Fe)∶n(Mo)=40∶1,COD的去除率分别为91.16%、83.99%,其中铁碳锰填料处理的废水可生化性达到0.66。结合对实验材料的理化表征,综合分析,锰、钼催化剂的催化效果明显,且锰催化剂较优于钼。
  • In,X(X=B,Ce)共掺杂TiO2光催化活性研究
    张鹏会, 李艳春, 刘东, 潘凯涛, 胡怀生, 胡浩斌
    功能材料. 2022, 53(6): 6112-6118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.016
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    室温下,以硼酸、硝酸铟和硝酸铈为前驱体,采用超声辅助的溶胶-凝胶法制备B,In-TiO2和In,Ce-TiO2光催化剂,并用XRD、XPS、UV-Vis DRS、FT-IR和SEM等对其进行表征。以罗丹明B(RhB)为模拟污染物,考察其在太阳光照射下催化活性。结果表明,共掺杂能显著改善TiO2表面形态,增加活性氧物种的数量,所制备的TiO2催化剂均为锐钛矿;在B,In-TiO2中,填隙B离子的B2p与O2p轨道杂化形成混合价带,部分In取代TiO2晶格中的Ti,形成Ti-O-In结构,使带隙变窄,光催化活性增强。在In,Ce-TiO2中,Ce的氧化物能与TiO2形成异质结间的相互作用及共掺杂In和Ce元素对TiO2电子结构的协同作用,使TiO2的吸收边红移,带隙变窄。太阳光照射下,B,In-TiO2和In,Ce-TiO2降解RhB的速率常数分别为0.7907和0.8525 min-1,RhB降解率超过了99%。
  • 全固态Z型WO3/Ag/Ag3PO4的制备及光降解RhB性能的研究
    孙秀玲, 贾春敏, 贾珊珊, 付云龙
    功能材料. 2022, 53(6): 6119-6129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.017
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    光催化剂在环境净化、太阳能转换和水分解等各个领域都具有广泛的应用。其中全固态Z型光催化剂因其结构稳定,催化性能高效等优点而备受关注。三氧化钨低毒,性质相对稳定,价带氧化能力较强,但对可见光响应能力和催化活性不强;磷酸银对可见光响应能力强,但易发生光腐蚀。Ag3PO4与三氧化钨带隙匹配,将二者协同复合,构建全固态Z型催化体系,可以同时提高催化剂的催化活性和稳定性。以五水合氧化钨铵盐为原料,草酸作为诱导剂,以水热法首先合成具有核壳结构的氧化钨(WO3/WO3-X);再通过原位沉积法,将其与Ag3PO4复合,构建全固态Z型催化剂WO3/Ag/Ag3PO4(简写为AW)。通过XRD、TEM、XPS、UV-Vis等表征方法证明,原位沉积的过程中,Ag+与WO3/WO3-X表面的氧空位发生原位氧化还原反应,使得部分Ag+被氧空位缺陷还原成Ag,并紧密附着在氧化钨表面;同时,磷酸银原位沉积在WO3/Ag表面,构筑成Z型催化体系。通过AW在可见光条件下降解罗丹明B(RhB)的实验,优化其组分含量,并得到磷酸银含量为83%时催化性能最佳,在4 min时可以将RhB完全降解。最后结合光催化机理的探究,提出Z型催化机制。
  • NiFe-YIG颗粒膜中铁磁共振线宽的角度依赖性
    韩莹, 郑博含, 钟智勇
    功能材料. 2022, 53(6): 6130-6136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.018
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    给出了镍铁合金-钇铁石榴石(NiFe-YIG)颗粒薄膜铁磁共振的测量结果,目的是研究薄膜内部线宽展宽机制。通过射频磁控溅射法在硅衬底上制备了50 nm厚度的NiFe-YIG颗粒薄膜样品,主要进行了面外转角铁磁共振测试,结合吉尔伯特阻尼、双磁子散射(短程缺陷激发)和镶嵌效应(长程缺陷激发)的理论对线宽进行分离;可以发现,线宽和场角的数据与理论相符合。当YIG含量较低时,线宽主要由吉尔伯特阻尼和双磁子散射阻尼线宽组成;随着YIG含量增大,双磁子散射和镶嵌效应导致的线宽展宽效应随之增大,并且获得了有关基本参数及缺陷信息。
  • 瓦楞形复层结构多孔铝过滤材料的制备、界面结构与性能
    史金宏, 郭建新, 黄蓓, 左孝青, 周芸
    功能材料. 2022, 53(6): 6137-6144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.019
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    为实现常高温(200～250 ℃)工业烟气中微细固态颗粒的过滤,采用粉末增塑温压、伪半固态热压方法,制备了瓦楞形复层结构多孔铝过滤材料,并对其界面结构、性能(力学、过滤、常高温抗氧化)进行了研究。结果表明,瓦楞形复层结构的过滤层、支撑层孔径分别为20～25 μm、40～45 μm (A),以及1～10 μm、19～48 μm (B),孔隙率为50%～55%,层间微观形貌无明显分界,过滤层和支撑层实现了无缝连接,与胶合双层多孔铝平板相比,复层结构多孔铝平板屈服强度提高了31.58%。压差1.0～1.5 kPa时,两种瓦楞形复层结构多孔铝过滤材料的透气系数及过滤效率分别为(1.14～1.23) m3/(h·kPa·m2)、86%,以及(0.95～1.13) m3/(h·kPa·m2)、90%。瓦楞形复层结构多孔铝过滤材料250 ℃下的氧化速率为0.00735 mg/(cm2·h),氧化64 h后氧化膜停止生长,生成的Al2O3增大了孔壁、孔径由20～25 μm缩小到8～14 μm,有利于进一步提升过滤效率与过滤精度。通过以上研究,获得了一种层间无缝连接、强度高、过滤性能与塑烧板相当、常高温抗氧化性能优良的瓦楞形复层结构多孔铝过滤材料。
  • Fe3O4-氮掺杂生物炭材料催化芬顿反应吸附有机污水中磷酸根离子的研究
    于业帆, 徐玲, 倪忠斌, 施冬健, 陈明清
    功能材料. 2022, 53(6): 6145-6150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.020
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    以竹粉废料为原料,利用尿素热解制得氮掺杂生物炭(NBC),再通过原位沉积法在生物炭表面生长纳米Fe3O4,得到Fe3O4-氮掺杂生物炭复合材料(NBC-Fe3O4)。以KH2PO4溶液模拟含磷废水测试了NBC-Fe3O4复合材料的吸附性能,结果表明复合材料在pH值7时达到最佳吸附效果,吸附效率接近100%,最大吸附量为20.3 mg/g;复合材料对磷的吸附符合朗格缪尔模型和二级动力学方程。另外,复合材料中含有大量的Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ),可以通过外加H2O2溶液形成芬顿氧化体系,实现同步催化降解腐殖酸和吸附磷酸根污染物。
  • 室温下富氧空位In2O3微管的制备及其Cl2气敏性能研究
    马江微, 李怡敏, 朱亚武, 雍辉, 崔燕, 孙志刚, 胡季帆
    功能材料. 2022, 53(6): 6151-6158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.021
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    Cl2作为消毒剂重要的工业原料,在当前疫情肆虐的情况下其需求量日益增大,而Cl2是一种有毒气体,常见的金属氧化物半导体气敏材料对低浓度Cl2响应低,因此开发对微量泄露灵敏的Cl2传感材料具有重要意义。采用一种简便的NaBH4还原方法,对脱脂棉模板法合成的In2O3微管材料进行处理,在室温条件下成功制备了具有丰富氧空位浓度的In2O3微管材料。利用XRD、SEM、XPS和EPR表征手段,考察了该方法对其晶体结构、微观形貌和氧空位的影响,结果表明,该方法只提高In2O3材料中的氧空位浓度而不对晶体结构和微观形貌产生影响。由气敏性能测试结果可知,NaBH4处理后的In2O3微管比未处理的In2O3微管对相同低浓度Cl2的响应值提高了约13倍。由此可见,表面氧空位对Cl2气敏性能起着重要作用。通过气敏机理分析,Cl2主要是直接吸附于材料表面和吸附在材料表面的氧空位上。由于NaBH4处理后In2O3微管比未处理的In2O3微管氧空位多,因此富氧空位的In2O3微管对低浓度Cl2表现出了优异的灵敏度。
  • 可逆温敏变色聚氨酯水泥复合材料制备及其响应行为研究
    贾贞, 贾东哲, 包文慧
    功能材料. 2022, 53(6): 6159-6163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.022
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    为适应绿色建筑发展需求,将轻质、性能优异的快速补强材料聚氨酯水泥(PUC)与温敏变色材料相结合,即以丙烯酸树脂作载体,采用溶胶-凝胶法制备温敏变色PUC,赋予其温敏变色能力。首先对复合材料的变色性能进行表征,结果表明温敏变色材料浓度对复合材料温敏变色性能有显著影响,色差值ΔE*在温敏变色材料浓度为4%时达到最大(41.5)。此外,加速老化和磨损试验表明,改性后的PUC复合材料具有良好的抗紫外老化性能和力学稳定性,是一种新型城市绿色建筑节能环保材料。
    • 工艺·技术
  • 基于具孔型Ti3C2Tx的CNT复合纤维电极及性能
    郭子娇, 陆赞
    功能材料. 2022, 53(6): 6164-6170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    利用片层状Ti3C2Tx和管状CNT的材料特点,达到相互抑制自堆叠的作用。为进一步增加纤维内的离子通道,通过湿法纺丝将CNT与具有表面中孔结构的Ti3C2Tx纺成复合纤维,并将其作为超级电容器的电极材料。结果表明,p-Ti3C2Tx/CNT纤维具有良好的电化学性能,在5 mV/s的扫描速率下,纤维电极具有167.9 F/cm3的体积比电容。组装成对称型纤维超级电容器时,在电流密度为0.2 A/cm3下体积比电容为107.6 F/cm3。在电流密度为1 A/cm3时经过10 000次充放电循环后,比电容保持率可达到88.3%,并且在不同弯曲状态下也能表现出良好的电化学性能。
  • 基于磁相互作用探索P掺杂对Fe-Si-Nb-Cu-B合金带材组织结构和软磁性能的影响
    朱乾科, 郭璐, 陈哲, 朱紫藤, 张克维, 姜勇
    功能材料. 2022, 53(6): 6171-6176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.024
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    类金属元素是改善Fe基非晶纳米晶合金非晶形成能力和软磁性能的重要添加剂。用单辊甩带法制备了Fe73.5Si13.5Nb3Cu1B9-xPx (x=0, 3%, 6%, 9%)(原子分数)合金带材,从各元素间磁相互作用出发探索了P替换B对合金组织结构和软磁性能的影响。实验结果表明,P添加可有效提高合金的初晶相晶化温度以及合金的非晶形成能力;但是二次晶化相的析出温度降低,弱化了其热稳定性。当P含量为3%(原子分数)时,合金有较宽的退火温度窗口,且可有效细化初晶相晶粒尺寸,并在525 ℃退火后表现出最佳软磁性能,此时合金晶粒尺寸为9 nm,矫顽力为0.21 A/m,同时有效磁导率高于x=0合金。但是由于P的添加,残余非晶相中Fe的磁矩降低,导致合金的饱和磁感应强度降低。
  • 煅烧气氛对Sol-gel制备MgAl2O4粉体烧结性能的影响
    陈世军, 李建山, 黄麒钧, 康博
    功能材料. 2022, 53(6): 6177-6181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    分别研究了空气气氛和氧气气氛下煅烧对溶胶凝胶制备MgAl2O4粉体性能的影响,并通过真空热压烧结成功制备出具有一定透光性的MgAl2O4透明陶瓷。用XRD、BET、SEM和TMA对粉体性能进行了分析。结果表明,煅烧气氛对粉体团聚状态和烧结活性有明显地影响;氧气气氛煅烧后粉体具有较小的粒径、较高的分散性和烧结活性;氧气气氛1 100 ℃煅烧后粉体经较低的1 500 ℃真空热压烧结后成功制备出具有一定透光性的MgAl2O4透明陶瓷(可见光波长范围透过率36%~47%)。
  • 木质素改性酚醛树脂胶对耐水砂纸性能的影响
    钱丽颖, 刘文涛, 何北海, 李军荣
    功能材料. 2022, 53(6): 6182-6190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    为了解决耐水砂纸在生产中使用油性有机溶剂带来的环保问题,同时克服砂纸应用酚醛树脂胶黏剂时易出现脆性大等缺点,采用可再生资源木质素同时添加聚乙二醇(PEG)或聚乙烯醇(PVA)增韧剂,合成木质素改性酚醛树脂,经过乙醇稀释后制备耐水砂纸用木质素改性酚醛树脂胶、探讨其滚涂纸张制备的耐水砂纸纸基的吸水率、力学性能、磨削性能等。结果表明,采用溶剂木质素和质量分数为1.0%的PEG 600制备改性酚醛树脂胶,在合成反应时间为130 min,固化温度为160 ℃,固化时间为10 min时,纸基的吸水率为0.035 g/(m2·s),比合成反应时间为60 min时的吸水率下降了20.45%。在反应时间为150 min而其他条件不变时,纸基的湿抗张强度最高为10.28 kN/m,Z-向抗张强度为1 002.7 kPa,分别比反应时间60 min时的提高了22.23%和31.17%;同样条件下,加入质量分数为1.0%的PEG 600为增韧剂且改性树脂固含量为25%时,纸基的吸水率最低,湿抗张强度最大,Z-向抗张强度适中,分别为0.036 g/(m2·s)、10.56 kN/m和886.4 kPa。用质量分数分别为0.8%和1.0%的PEG 600增韧剂改性酚醛树脂,改性树脂稀释后的固含量保持在25%~30%之间,用其处理的纸基制作砂纸,砂纸研磨标准试件铝棒,研磨时间都在30 min及以上,且砂纸无撕裂或剥落现象,均达到合格要求。
  • 窄热滞Ti-Ni-Cu-Cr合金的马氏体相变和形状记忆行为
    贺志荣, 王芳, 杜雨青
    功能材料. 2022, 53(6): 6191-6199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.027
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    为了开发性能稳定的窄热滞Ti-Ni基形状记忆合金,设计制作了Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr(原子分数)形状记忆合金丝,用示差扫描热分析仪和微机控制电子万能试验机研究了退火态和时效态Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr合金的马氏体相变和形状记忆行为,探讨了形变温度对该合金形状记忆行为的影响。结果表明,350~700 ℃/0.5 h退火态和300~600 ℃/1~50 h时效态Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr合金冷却/加热时皆发生A→M/M→A(A-母相B2,CsCl型结构;M-马氏体B19′, 单斜结构)一步马氏体可逆相变,马氏体相变温度比较稳定,在14~21 ℃之间变化;相变热滞较窄,在17~21 ℃之间变化。室温下,退火态和时效态Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr合金皆呈形状记忆效应,且形状记忆行为稳定。随变形温度升高,Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr合金的应力应变平台应力增加,残余应变减少,合金特性由形状记忆效应转变为超弹性,转变温度在50~60 ℃之间。
  • 磁场诱导纳米四氧化三铁修饰型片状氧化铝制备导热绝缘复合材料
    徐庆崇, 覃意深, 陈振兴, 胡佳馨, 廖妍玲, 刘永锋, 李龙, 魏世洋
    功能材料. 2022, 53(6): 6200-6204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.028
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    利用钕铁硼永磁场诱导环氧树脂(E20)中纳米四氧化三铁修饰片状氧化铝取向偏转,研究了磁场强度、诱导时间,四氧化三铁与氧化铝质量比以及填料填充率对复合材料导热性能的影响,并分析了复合材料的绝缘强度、热稳定性及其覆铜板剥离强度。Al2O3@Fe3O4/E20复合材料的导热系数随磁场强度的增大而增大。磁场诱导时间超过60 min时,复合材料的导热系数基本恒定。复合材料的导热系数随四氧化三铁与氧化铝质量比的增加而增加,但考虑到复合材料的绝缘性,四氧化三铁包覆量不宜过大。在磁场强度为120 mT、诱导时间为60 min、四氧化三铁与氧化铝质量比为1/30、Al2O3@Fe3O4复合粒子填充率为70%(质量分数)时,复合材料的导热系数为1.45 W/(m·K),比片状Al2O3填充的复合材料高34.26%。Al2O3@Fe3O4/E20复合材料质量损失5%对应的温度达366 ℃,覆铜板剥离强度>1.74 N/mm。
  • 不同沉积方式对Ni-W/SiC复合镀层组织及摩擦性能的影响
    杨忠国, 付欣悦, 衣淑娟, 王石, 李强, 郭胜杰
    功能材料. 2022, 53(6): 6205-6211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.029
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    为提升Ni-W/SiC复合镀层表面性能,利用电沉积技术在304不锈钢表面制得Ni-W/SiC复合镀层,对比分析脉冲电沉积法、喷射电沉积法和超声-喷射电沉积法3种不同沉积方式对镀层组织与性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、和原子力显微镜(AFM)观察镀层表面形貌并分析表面粗糙度及元素组成,通过X射线衍射仪(XRD)分析镀层的物相组成并计算晶粒尺寸。利用显微硬度计和摩擦磨损试验机对镀层进行显微硬度和摩擦性能研究。结果表明,按照脉冲、喷射和超声-喷射电沉积的顺序,Ni-W/SiC复合镀层的孔隙率、粗糙度、晶粒尺寸、磨损量、摩擦系数依次降低,而镀层平整度和显微硬度依次增加。超声-喷射电沉积Ni-W/SiC复合镀层显微硬度为626.3 HV,其磨损失重为1.1 g。相较于脉冲电沉积和喷射电沉积Ni-W/SiC复合镀层,超声-喷射电沉积Ni-W/SiC复合镀层磨痕深度更浅,磨痕轨迹更宽,展显出更好的耐磨损性能。
  • 聚吡咯包覆MoS2/生物质碳复合材料的制备及电化学储钠性能研究
    赵莉君, 谢东, 黄瀚, 曾颖, 欧阳东坤, 魏育均, 程发良, 麦永津
    功能材料. 2022, 53(6): 6212-6218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.030
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    为了解决二硫化钼(MoS2)作为钠离子电池负极材料容量衰减快、倍率性能差的问题,通过简单的一步水热法在木棉花瓣生物质碳(PC)骨架上原位生长MoS2,并在材料表面包覆一层聚吡咯(PPy),制备形成了PC/MoS2@PPy复合材料。利用SEM、XRD、Raman与TG等表征技术分析了材料的形貌、结构以及成分,并通过组装半电池测试了其作为钠离子电池负极时的电化学性能。结果表明,层间距扩展至0.98 nm的MoS2纳米片均匀地负载在层状网络结构的生物质碳骨架上,并采用PPy作为包覆层构建了PC/MoS2@PPy三元夹心结构复合材料,这种层状夹心结构不仅提供了大量电化学反应活性位点,而且有效缓解了MoS2在长循环过程中的体积变化,生物质碳骨架联合PPy构成的三维导电网络有效提升了电极材料的导电性,促进电化学反应动力学。因此,PC/MoS2@PPy电极在0.1 A/g的电流密度下,首次放电容量高达652.9 mAh/g,循环100圈后比容量仍然保持在394 mAh/g,可逆容量保持率维持在91%。
  • 纳米SiO2/酚醛树脂复合材料的制备及性能研究
    冯满
    功能材料. 2022, 53(6): 6219-6223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.031
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    制备了不同掺杂量(0,2%,4%,6%(质量分数))的纳米SiO2/酚醛树脂复合材料。通过FT-IR、力学性能测试、SEM、TGA和吸水率测试等研究了纳米SiO2掺杂量对复合材料光谱特性、力学性能、微观形貌、热稳定性和防水性能的影响。结果表明,所有纳米SiO2/酚醛树脂复合材料均具有典型的酚醛树脂结构,掺入纳米SiO2后,复合材料的力学性能得到了提高,当纳米SiO2的掺杂量为4%(质量分数)时,复合材料的拉伸强度和断裂延伸率都达到了最大值,分别为24.7 MPa和15.68%;掺入纳米SiO2后,复合材料的基体开始由无裂痕到逐渐出现了树枝状细小的裂痕,随着纳米SiO2掺杂量的增加,裂纹逐渐增大;掺入纳米SiO2后,复合材料的热稳定性能得到了改善,当纳米SiO2的掺杂量为6%(质量分数)时,分解温度最高为671.5 ℃;掺入纳米SiO2后,复合材料的防水性能得到提高,当纳米SiO2的掺杂量为4%(质量分数)时,复合材料24 h的吸水率最低为0.87%。综合来看,纳米SiO2的最佳掺杂量为4%(质量分数)。
  • 橡胶粉/SBS复合改性沥青胶结料的制备与性能研究
    锁利军
    功能材料. 2022, 53(6): 6224-6229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    选择70#道路石油沥青作为基质沥青,将3%(质量分数)SBS和不同掺杂含量(5%,10%,15%和20%(质量分数))的橡胶粉作为改性剂掺入基质沥青,制备了橡胶粉/SBS复合改性沥青胶结料。通过针入度、软化点、延度和粘度等指标,研究了橡胶粉掺杂含量对复合改性沥青性能的影响,确定了其最佳掺杂量。采用荧光显微镜观察样品的荧光图像,借助傅里叶红外光谱(FT-IR)对样品的改性机理进行分析,采用室内热氧化老化试验研究了样品的抗老化性能。结果表明,当橡胶粉的掺杂量为15%(质量分数)时,复合改性沥青的针入度较低,软化点、延度和粘度均达到最大值,分别为64.8 ℃,18.1 cm和751 Pa·s,且复合改性沥青的颗粒细小,SBS和橡胶粉分散良好,没有发生明显的交联;FT-IR分析发现,复合改性沥青的吸光度随着橡胶粉掺杂量的增加而降低,特征峰的位置没有发生改变,复合改性沥青没有产生新物质,改性过程属于物理改性;老化性能测试发现,橡胶粉/SBS复合改性沥青的效果优于SBS改性沥青,随着橡胶粉掺杂量的增加,复合改性沥青的抗老化性能先增大后降低,当橡胶粉的掺杂量为15%(质量分数)时,抗老化性能最佳。
  • Li+掺杂提升高钠P2-Na0.85Mn2/3Ni1/3O2正极材料的电化学性能
    曹博, 王辉, 吕鑫, 王娟
    功能材料. 2022, 53(6): 6230-6236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.06.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    P2型层状氧化物正极材料在充放电过程中容易产生Na+/空位有序性和P2到O2/OP4相位转变,导致多个充放电平台。低钠P2型层状氧化物在深度脱钠时容易造成材料结构不稳定,限制了可逆容量。这些缺陷造成P2型层状氧化物正极材料倍率性差和容量快速衰减。为了抑制Na+/空位有序性和相位转变,采用溶剂热法结合Li+掺杂(0,0.05%,0.1%,0.15%摩尔分数)制备出了无多个电压平台和无相位转变的P2型Na0.85Mn0.6Ni0.3Li01O2(NMNL-0.1)层状氧化物正极材料。NMNL-0.1正极材料在2 C电流密度下进行200次循环后的容量保持率为83%,而未掺杂锂的P2型Na0.85Mn2/3Ni1/3O2(NMN)样品的容量保持率为30%。在20 C电流密度下NMNL-0.1正极材料的放电比容量为62.5 mAh·g-1。循环伏安曲线(CV)和电化学阻抗谱(EIS)结果表明,掺杂Li后的NMNL-0.1正极材料充放电曲线平滑且Na+扩散率提高。
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