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2023年, 第54卷, 第5期 刊出日期:2023-05-30
  

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  • 功能材料. 2023, 54(5): 0-0.
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  • 热点·关注 (2022年度重庆市出版专项资金资助项目)
  • 乔宏霞, 曹锋, 赵紫岩, 文晨
    功能材料. 2023, 54(5): 5001-5007. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.001
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    一定条件下煅烧及研磨处理制备的青稞秸秆灰(HBSA),是一种生物质硅源活性掺合料,对氯氧镁水泥(MOC)的力学性能会产生影响。为了研究HBSA掺入MOC中对其力学性能的影响规律,将不同HBSA掺量的MOC砂浆试件分别在干燥及饱水状态下进行抗折、抗压强度试验,采用强度损失率和软化系数来表征MOC在饱水状态下的力学性能损伤程度,并通过低场核磁共振技术和气体吸附法对MOC砂浆试样的孔隙结构进行测试与表征。研究结果表明,掺入5%HBSA的MOC在干燥及饱水状态下的抗折、抗压强度最大,掺入10%HBSA的MOC在饱水状态下的强度损失率最低、软化系数最高。当HBSA掺量为10%时,MOC的孔隙结构中有害孔和多害孔的比例显著减少、最可几孔径减小,优化了MOC的孔隙结构,增强了饱水状态下的力学性能。
  • 王峰, 杨青慧, 张鼎, 张元婧, 李涵, 俞靖彦, 杨舒婷, 张怀武
    功能材料. 2023, 54(5): 5008-5019. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.002
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    M型钡铁氧体(BaFe12O19,BaM)是一种优越的六角晶系永磁材料,具有高饱和磁化强度、高磁各向异性、高剩磁比等优点。这不仅对自偏置环行器的开发和制造具有重要的促进作用,而且使得未来微波天线的微型化进程以及新波段雷达的开发更容易实现。另外,M型钡铁氧体还是一种典型的双复介质磁性材料,具有良好的电磁损耗与共振吸收特性,利用这一点可以制作出性能优异的吸波材料,并应用于生活中的有害电磁波屏蔽和军用战机的隐身技术。因此,M型钡铁氧体材料的开发和利用无论是对未来的民生生活还是军用技术都有着深远的影响意义。文中主要针对近年来M型钡铁氧体的常用制备方法进行了讨论和综述,尤其是M型钡铁氧体单晶材料的制备。另外也系统介绍了M型钡铁氧体的晶体结构和其作为磁性元件在微波器件中的应用。
  • 陈宇昕, 徐文盛, 王宁, 安胜利, 彭军, 彭继华, 宋希文
    功能材料. 2023, 54(5): 5020-5028. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.003
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    以粉煤灰为主要原料,采用烧结活化-水热合成的工艺路线制备了装载有P型沸石的陶粒。采用XRD、SEM研究了合成条件对沸石化陶粒物相转变以及微观结构的影响。用多种动力学模型和等温吸附模型对陶粒的吸附过程进行了描述。结果表明,合成的最佳制备条件为:Na2SiO3添加量为6%,烧结活化温度1 060 ℃,水热温度160 ℃,NaOH浓度2 mol/L。此时样品中主要含有P型沸石及少量未反应的莫来石,比表面积由沸石化前的0.277 m2/g增加至16.775 m2/g。陶粒对氨氮的吸附机理以离子交换为主,这也符合沸石的结构特点。由于合成过程简单、绿色,吸附性能显著,对工业应用具有很大的吸引力。
  • 王永贵, 黄旭阳, 李帅鹏, 范玉辉
    功能材料. 2023, 54(5): 5029-5037. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.004
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    以纳米氧化硅和钢纤维为外加材料对再生混凝土进行改良,选定取代率、钢纤维掺量和纳米氧化硅掺量为配合比控制参数,共设计18种工况的再生混凝土。通过棱柱体受压试验分析再生混凝土应力-应变曲线变化特征,建立其损伤本构模型,分析其损伤演化机理。研究表明,随纳米氧化硅掺量增加,应力-应变曲线下降段陡峭,随着钢纤维掺量增加,再生混凝土应力-应变曲线更加饱满,分段表达式可较好表述再生混凝土应力-应变全曲线方程;单掺钢纤维或氧化硅时,随着氧化硅掺量增加,峰值应力增大、峰值应变降低,随着钢纤维掺量增大,峰值应力和峰值应变均增大;复合添加钢纤维和氧化硅时,氧化硅掺量一定时随钢纤维掺量增加,峰值应力和峰值应变均增大,随氧化硅掺量增加,峰值应力和峰值应变不具有明显规律性;建立的损伤本构模型能够较好地满足再生混凝土的应力-应变关系,损伤变量随应变增加呈S型增长,可以较好地反映出再生混凝土某一时段损伤发展。
  • 王春梅, 周志远, 张瑶, 高艳芳
    功能材料. 2023, 54(5): 5038-5046. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.005
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    传统的液体电解质在充放电的循环过程中易在负极产生枝晶,导致电池短路,且液体电解质存在易燃、易爆、泄露等安全问题。固体电解质能够很好的解决上述安全性问题,并且具有较好的稳定性,是替代液体电解质的不二选择。固体电解质需要满足高的离子电导率、宽的电化学窗口、优良的化学相容性、简单的制备工艺、低廉的成本等要求,因此需要进一步研发高性能固体电解质或电极/电解质界面改性材料,便于优化和提升固态电池的电化学性能。金属有机骨架和共价有机框架化合物是近年来新兴的、具有周期性结构的多孔材料,在电池领域的应用已经崭露头角。综述了金属有机骨架和共价有机框架化合物在固态锂离子电池上的应用及研究进展,并对如何改进金属有机骨架和共价有机框架固体电解质的电化学性能提出建议。
  • 综述·进展
  • 赖应胜, 陈忠涛, 赵秀丽
    功能材料. 2023, 54(5): 5047-5055. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.006
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    力致变色聚合物(MCPs)是一类在受到机械刺激后能发生颜色或荧光变化的聚合物,在应力检测和损伤传感等方面具有广泛的应用前景。目前报道的力致变色聚合物在机械力刺激下通常只显示一种颜色或荧光的变化,这限制了它们在复杂工况及多模态分析中的应用。因此,在不同强度或不同类型力下能够产生不同颜色转变的多重力致变色聚合物成为了研究的热点。介绍了多重力致变色聚合物的研究现状,综述了其设计策略和响应机制。
  • 罗剑, 何正烨, 安静, 牟星, 徐立红, 郭世海
    功能材料. 2023, 54(5): 5056-5065. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.007
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    软磁复合材料在诸多领域有着重要的应用,随着技术的发展,对软磁复合材料的性能要求也在不断提高中。为了满足在高频率和高功率工况下的应用需求,需要开发低损耗、高磁导率的软磁复合材料。SiO2作为绝缘包覆介质具有高电阻率和高热稳定性,能够通过多种方法包覆在磁粉颗粒上,因此在新型软磁复合材料开发领域得到广泛的应用。总结了溶胶凝胶法、化学液相沉积法、反相微乳法、化学气相沉积法、双层包覆法和改性树脂包覆法在铁基软磁复合材料的SiO2绝缘包覆上的应用,归纳了上述各绝缘包覆方法的特点,并按其特点进行了分类,指出了当前SiO2绝缘包覆面临的一些问题,并对未来绝缘包覆方法的发展进行了展望。
  • 张均, 梁平娟, 汤木娥, 许新兰, 张贤明
    功能材料. 2023, 54(5): 5066-5074. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.008
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    直接甲醇燃料电池(DMFCs)是解决能源短缺和环境污染问题的清洁能源之一。甲醇氧化反应(MOR)和氧还原反应(ORR)是DMFCs重要的电极反应,然而其迟缓的动力学过程严重制约其商业化进程。碳材料因具有低成本、高比表面积、发达的孔结构而备受关注。杂原子(氮、硫、磷、硼等)掺杂不仅有助于改善碳的表面惰性来提高导电性能和增加缺陷位点,还能通过强化金属-载体间相互作用提高电化学活性。因此,研发杂原子掺杂碳材料作为ORR催化剂和MOR催化剂载体对推动DMFCs的商业化具有重要意义。综述了杂原子掺杂碳材料常见的制备方法及其在ORR和MOR领域的研究进展,并展望多组分共掺杂、材料稳定性的提升及催化机制的深入剖析是未来研究的方向。
  • 刘欢, 解玉龙
    功能材料. 2023, 54(5): 5075-5085. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.009
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    传统有机材料在固态或者高浓度聚集态下的会引起的荧光淬灭,限制了有机光功能材料的发展。近年来,具有聚集诱导发光性质的材料不断涌现,因其可降解、生物相容性好、分子结构可调而具有光明的应用前景。在这篇综述中,根据不同的刺激响应,选择了具有代表性的例子,重点总结了光致发光材料、力致发光材料和电致发光材料的成果。简单介绍了基本的发光机制,以更好地理解刺激响应的过程,并为设计理想的刺激响应材料提供指导。
  • 李鹿, 邓慧宇, 陈庆春, 罗巧裕, 金天翔
    功能材料. 2023, 54(5): 5086-5094. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.010
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    工业废水中过量或放射性I-、IO-3的存在易引发人体甲状腺病变甚至致癌,同时危害生态环境,因此,去除废水中的I-、IO-3势在必行。吸附、膜分离、化学沉淀是常用方法。近年来,为提高脱除效率,减少吸附剂再生过程造成的二次污染,电化学、光化学辅助吸附逐渐受到重视。在介绍上述方法基本原理的基础上,着重阐述了离子交换树脂、层状双氢氧化物、金属有机框架化合物、天然矿物材料、生物质材料、膜材料等含碘废水处理材料的研究进展,最后对未来研究方向进行了展望。
  • 研究·开发
  • 李聪, 谭明, 王亚玲, 李辉
    功能材料. 2023, 54(5): 5095-5100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.011
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    半导体材料作为电子信息材料的一种,因具有较宽的禁带宽度和高的载流子迁移率成为了人们关注的热点材料之一。通过水热法制备了不同质量分数Ag掺杂(0,1%,3%,5%,7%)的MoS2复合材料,采用XRD、SEM、UV-Vis、FT-IR、Raman和催化性能分析等手段对Ag掺杂MoS2复合材料的晶体结构、微观形貌、光谱性能和催化性能进行了测试与表征。结果表明,水热法合成了单一相的六方晶系MoS2,Ag成功掺杂到了MoS2中。Ag掺杂的MoS2复合材料为纳米片堆积形成的圆球状结构,Ag掺杂增大了MoS2纳米球的直径,尺寸在300~350 nm之间。Ag的掺杂诱导了MoS2的晶型从2H-MoS2相结构向1T-MoS2相结构转变,1T-MoS2相结构的晶型含量增加。MoS2复合材料对于可见光和紫外光的吸收能力增强,5%(质量分数)Ag掺杂的MoS2复合材料的吸收强度最高。Ag的掺杂显著提高了MoS2的光催化活性,在光照120 min时,5%(质量分数)Ag掺杂的MoS2复合材料对RhB的降解效率达到了最大值92.79%,相比纯MoS2,降解效率提高了129.74%,Ag掺杂MoS2复合材料在光催化降解方面有着潜在的应用价值。
  • 王昳昀, 赵静, 苏薇
    功能材料. 2023, 54(5): 5101-5106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.012
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    采用预制泡沫混合法制备了不同氧化石墨烯(GO)掺杂量(0,0.02%,0.04%和0.06%(质量分数))的泡沫混凝土,通过XRD、SEM、力学性能分析、TGA和导热性能分析等,研究了GO的掺杂量对泡沫混凝土性能的影响。结果表明,适量GO的掺杂加速了水化反应的进行,改善了混凝土中孔的圆整度和封闭性,但并未生成新的水化产物。当GO掺杂量为0.04%(质量分数)时,泡沫混凝土的气孔分布最为均一,直径分布区间为500~700 μm。适量GO的掺杂提高了泡沫混凝土的力学性能、热稳定性和保温性能。随着GO掺杂量的增加,泡沫混凝土的抗压强度先增大后降低,质量损失先减小后增大,导热系数先降低后升高。当GO掺杂量为0.04%(质量分数)时,泡沫混凝土抗压强度达到最大为2.98 MPa,在500和1 000 ℃的质量损失最小,分别为15.8%和20.8%,导热系数最低为0.105 W/(m·K)。综合分析可知,GO的最佳掺杂量为0.04%(质量分数)。
  • 卫学玲, 郭宇晨, 贾飞宏, 李妍, 包维维, 邹祥宇
    功能材料. 2023, 54(5): 5107-5112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.013
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    低廉、高效稳定的催化电极对碱性电解水意义重大。利用水热法在钛网(TM)上原位构筑前驱体Ni(OH)2,通过固相硒化法在350 ℃对前驱体进行不同时长的硒化反应,制备出NiSe2/Ni(OH)2/TM异质一体电极。利用XRD、XPS对电极的物相和表面元素价态进行分析;通过SEM和TEM对电极的形貌和元素分布进行表征。并在1 mol/L KOH电解液中对电极进行电催化析氧性能测试。XRD和SEM分析证实了电极的物相和形貌依赖于硒化时间。电化学测试结果显示了电极的形貌对催化性能的影响较大。硒化2 h所得到的NiSe2/Ni(OH)2/TM电极具有最佳的异质形貌和最优的碱性析氧性能,驱动10 mA/cm2电流密度仅需285 mV的过电位,Tafel斜率为50 mV/dec,100 h的恒电压测试中电流密度衰减率为16%。粗糙的表面显著地增多了有效活性位点,强化了异质界面上不同物种间的协调作用,中间产物的转换速率和电子的转移速率得以加快;该电极表现出优异的催化活性和耐久性。
  • 袁静, 袁三魁
    功能材料. 2023, 54(5): 5113-5118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.014
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    聚酰亚胺因其具有优异的机械性能、良好的耐化学性能和低的吸水性能等被广泛应用于新型建筑材料、微电子、航天航空等领域。采用改进的 Hummer 化学法制备了氧化石墨,随后通过溶液共混法制备出不同质量分数(0,1%,2%,3%,4%)石墨掺杂的石墨-聚酰亚胺复合胶粘剂和石墨-聚酰亚胺复合薄膜,通过FT-IR、SEM、力学性能测试、热失重分析等对复合体系进行了表征。结果表明,石墨的掺入并未影响聚酰亚胺的基本结构,掺入适量石墨后,石墨和聚酰亚胺均匀结合,复合胶粘剂的断面粗糙度增加,稳定性增强。随着石墨掺杂量的增加,复合胶粘剂的剪切强度先上升后下降,当石墨的掺杂量为3%(质量分数)时,复合胶粘剂的剪切强度达到最大值11.67 MPa。适量石墨的掺入可以有效改善聚酰亚胺的热稳定性和介电性能,随着石墨掺杂量的适当增加,复合薄膜的800 ℃的残余量和介电常数增大,介电损耗降低,当石墨的掺杂量为3%(质量分数)时,复合薄膜的800 ℃残余量达到了最大值57.74%,介电损耗最低为0.016,对应的介电常数为12.7。综合分析可知,石墨的最佳掺杂量为3%(质量分数)。
  • 李晔, 李伟娜, 李晶, 马瑞彦, 贾小盼
    功能材料. 2023, 54(5): 5119-5123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.015
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    选择以锆钛酸铅为功能相,普通硅酸盐水泥 P.O 42.5为基体材料,采用压制成型法制备了不同体积分数(30%,40%,50%,60%)功能相的锆钛酸铅-硅酸盐水泥复合材料,研究了复合材料的介电性能、压电性能和机电耦合性能。结果表明,50%以下体积含量的锆钛酸铅的掺杂,可以使锆钛酸铅相互之间接触的概率增大,连通性得到加强,进而促进电流在锆钛酸铅之间的相互传导;随着锆钛酸铅体积量的不断增大,复合材料的介电常数逐渐升高,介电损耗逐渐降低,压电电压常数和压电应变常数逐渐增大,机电耦合系数Kt和机械品质因数Qm先增大后减小;当锆钛酸铅的体积分数为50%时,Kt最大为0.15%,Qm最大为33.09;当锆钛酸铅体积分数增加至60%时,分布均匀性变差,复合材料的机电耦合性能减弱。
  • 张朝岭, 朱刚, 邓书端, 李凯钱, 张旭鹏, 康昆勇, 孙浩
    功能材料. 2023, 54(5): 5124-5132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.016
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    金属-有机框架(MOF)的形态通常呈粉末状不易回收且加工成型较为困难,从而导致其进一步实际应用受到限制。因此,为MOF寻求一种具有良好加工性能的自支撑多孔载体材料显得迫在眉睫。采用化学预处理与冷冻干燥相结合的方法制备出一系列木材气凝胶多孔载体材料,并对比研究了不同木材气凝胶的微观结构、比表面积和热稳定性能。相较其他木材气凝胶,轻木气凝胶能够保持完整的蜂窝状多孔骨架结构,其比表面积达到43.87 m2·g-1,并表现出低密度(0.091 g·cm-3)的超轻质特性,且兼具良好的热稳定性。基于此,将轻木气凝胶作为载体负载MOF颗粒,采用原位生长策略成功构筑出一种新型ZIF-8@轻木气凝胶吸附材料。结果表明,具有规则十二面体结构的ZIF-8均匀分布在轻木气凝胶骨架内的管腔表面,ZIF-8的引入显著提升了轻木气凝胶多孔载体的吸附能力,该复合材料对亚甲基蓝(MB)的去除率为99.2%,最大吸附量可达198.3 mg·g-1。吸附过程符合准二级动力学模型,说明ZIF-8@轻木气凝胶对MB的吸附主要为化学吸附。为构筑功能化MOF@木材衍生复合材料提供了新的思路,将促进其在环境修复领域的应用。
  • 张洛红, 刘建宇, 刘彩琴, 杨巧巧, 李庆
    功能材料. 2023, 54(5): 5133-5140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.017
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    为了获得去除重金属离子Pb2+和Cr6+的特异性强、易回收的高性能吸附剂,通过将铁锰铈金属氧化物(Fe-Mn-Ce)负载到强酸性阳离子树脂(D001)上,成功制备了树脂基铁锰铈吸附剂(Fe-Mn-Ce@D001)。研究了吸附剂对水中Pb2+、Cr6+的去除性能,考察了不同因素对Pb2+、Cr6+去除率的影响,同时进行吸附动力学以及吸附热力学实验,探讨其吸附规律。实验结果表明:在温度为298K、pH=5、投加量为0.01g时,Fe-Mn-Ce@D001对Pb2+和Cr6+的饱和吸附容量分别为528.06mg/g和218.33mg/g,优于原树脂D001。Fe-Mn-Ce@D001树脂比D001对Pb2+和Cr6+具有更高的吸附选择性,在高浓度Ca2+、Mg2+、NO-3、SO2-4等离子共存的条件下仍保持较高的去除率;在Pb2+和Cr6+混合溶液中比D001具有更好的同步吸附性能;相对于D001具备更好地重复利用性。Fe-Mn-Ce@D001对Pb2+和Cr6+的吸附等温模型均符合Langmuir模型,吸附动力学行为与准一级动力学和准二级动力学均能很好的相符。
  • 吴倩芳, 黄才洋, 李赛赛, 李明晖, 常兵
    功能材料. 2023, 54(5): 5141-5147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.018
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    研究以废弃生物质木屑为碳源,九水硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)为催化剂前驱体,采用直接碳化法制备多孔碳材料,并将所制备的多孔碳应用于染料亚甲基蓝(MB)的吸附。通过改变碳化温度及催化剂含量制备多孔碳材料,并利用XRD、SEM及BET等多种手段对所制得的多孔碳材料的结构和微观形貌进行表征,并研究其对染料MB的吸附性能。结果表明,当碳化温度为700~900 ℃时,所制备的多孔碳比表面积为171.4~435.2 m2/g,平均孔径为2.197~10.63 nm。当碳化温度为800 ℃,催化剂加入量为3%(质量分数)时,制得的多孔碳材料对MB有较好的吸附作用,对MB的最大吸附量为321.7 mg/g,且吸附规律较好的符合伪二级动力学和Langmuir等温吸附模型。
  • 雷崇贵, 张凤龙, 包金小, 阮飞, 周芬, 郜建全, 宋希文
    功能材料. 2023, 54(5): 5148-5153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.019
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    为研究Yb掺杂CaZrO3体系质子导体的物化性能,以分析纯CaCO3,ZrO2及Yb2O3为原料,经固相反应法在1 873 K温度下烧结10h制备得到了Yb掺杂CaZrO3质子导体电解质。利用电化学工作站分别测试了5%H2O-95%N2和5%D2O(重水)-95%N2气氛中电解质的阻抗,并获得了电阻弛豫曲线。采用自行设计的数学算法和计算机程序确定了不同温度下氢在电解质试样中的化学扩散系数。计算结果表明,在1073~1373K温度下,CaZr0.85Yb0.15O3-α电解质中氢的化学扩散系数为1.24×10-6~2.23×10-6 cm2/s;而CaZr0.8Yb0.2O3-α中氢的化学扩散系数为1.47×10-6~6.67×10-6 cm2/s。氢化学扩散系数与温度的关系式分别为DH=1.60×10-5$e^{\frac{-22~499}{RT}}$和DH=1.22×10-3$e^{\frac{-59~509}{RT}}$,而对应的扩散激活能分别为0.62和0.23 eV。
  • 张建民, 侯旦旦, 李红玑
    功能材料. 2023, 54(5): 5154-5159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.020
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    以天然凹凸棒石为基材,采用锆盐和酸热处理对其复配改性,成功制备出同步去除氮磷的Zr-ATP/ HR-ATP复合吸附剂。通过XRD、SEM、FT-IR对合成材料进行表征,并研究了煅烧温度、粘结剂和造孔剂添加量对吸附剂成型的影响。结果表明:12 hZr-ATP和HR-ATP1:1复合制备成型,经600 ℃煅烧2 h散失率为0.46%,抗压强度为16 N/片,对氮(10 mg/L)磷(20 mg/L)的饱和吸附量分别为4.20和8.02 mg/g。XRD结果表明,复合前后吸附剂物相组成未发生变化;SEM形貌显示,Zr-ATP和HR-ATP紧密黏附,复合材料疏松多孔。该复合吸附剂可应用于富营养化水体中的氮磷同步去除。
  • 马倩倩, 吉小利, 袁浩泽, 梁英杰
    功能材料. 2023, 54(5): 5160-5169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.021
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    多壁碳纳米管/碳化硅(MWCNTs/SiC)纳米复合材料,以电阻型微波吸收剂MWCNTs为基体材料,电介质型微波吸收剂碳化硅作为损耗介质通过点击反应制备。采用XRD,IR,XPS,TG,SEM,矢量网络分析仪进行该复合材料的结构表征和微波吸收性能测试。此外还探讨了不同投料比,对复合材料的微波吸收性能的影响。实验结果表明:MWCNTs/SiC二元纳米复合材料由点击法成功制备;当投料的质量比MWCNTs:SiC=1∶1时,MWCNTs/SiC二元纳米复合材料在2.0 mm的厚度下,其最小反射损耗 (RLmin)达到了-44.96 dB,在1.5 mm的超薄厚度下有效吸收的最宽带宽(RL<-10 dB) 达到5.04 GHz(从12.66~17.93 GHz,覆盖了Ku波段的87.8%);此外,MWCNTs/SiC二元纳米复合材料可以在整个X波段有效吸收电磁波,厚度范围为2.0~2.5 mm。并且,通过调整吸收层的厚度,几乎可以有效覆盖所有的C、X和Ku波段。MWCNTs和SiC之间通过点击反应以共价键连接,分子内部形成导电通道,产生足够的载流子,在外加电场的作用下产生感应电流,也可以衰减电磁波,从而增强对电磁波能量的消耗。
  • 杨璟, 苗青山, 支云飞, 陕绍云, 苏红莹
    功能材料. 2023, 54(5): 5170-5177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.022
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    CO2具有惰性性质,难以固定、回收及利用,将其与环氧化物通过环加成反应制备环状碳酸酯是解决该问题的有效途径之一。M(Salen)型催化剂合成简单、催化活性高,被广泛应用于催化该环加成反应,但是均相M(Salen)催化剂很难从产物中分离、回收及再利用,因此,将均相M(Salen)催化剂非均相化是该领域的重要研究方向。采用溶胶-凝胶法制备的纳米SiO2作为无机载体对Co(Ⅲ)-Salen配合物进行了负载,通过FT-IR、XRD、TGA、SEM等手段对该负载型催化剂(SiO2@Co(Ⅲ)-Salen)的结构形貌进行了表征,并考察了反应温度、压力、反应时间和催化剂用量等因素对CO2和环氧丙烷环加成反应的影响行为,得出该反应的最佳条件为:70 ℃、1.5 MPa、6 h、催化剂/环氧丙烷摩尔比=1∶500,环状碳酸酯的收率为93%。另外,通过离心分离回收催化剂进行了一次循环实验,发现该纳米催化剂可能由于离心回收过程形成了不易分散的多团聚体导致其催化效率大幅度降低。
  • 康树杰, 陈哲, 朱乾科, 管立斌, 张克维
    功能材料. 2023, 54(5): 5178-5185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.023
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    FeNi基非晶软磁合金具有矫顽力低、磁频特性好等特点,应用前景非常广泛,但也面临诸多问题。为了改善FeNi基非晶软磁合金非晶形成能力、热稳定性和软磁性能,通过Co元素对Ni元素的部分替换,利用XRD、DSC、VSM、MOKE等表征手段,系统研究了(Fe40Ni40-xCoxSi9.5B9.5Cu1)0.97Nb0.03(x=2,4,6,8)非晶合金带材的微观结构、热稳定性、晶化行为及软磁性能的影响。研究表明,Co元素的部分替换,FeNiSiBCuNb合金体系均表现出较好非晶形成能力和热稳定性能;当x=4在最优退火温度713 K时,矫顽力Hc低至0.44 A/m,有效磁导率μe(f=1 kHz)为16 290,此时合金中的内应力得到释放,自由体积减少,结构更加均匀,磁晶各向异性降低,磁畴钉轧点减少,形成d=122 μm宽且均匀的磁畴结构;当x=6时,饱和磁感应强度Bs在退火温度673 K时可以达到1.15 T,此时Co元素与Fe元素之间的磁交换耦合作用使合金平均原子磁矩达到最优,表现出较好的软磁性能。
  • 郭境涛, 李斌, 张立军, 徐锦波, 申福花, 林欢
    功能材料. 2023, 54(5): 5186-5191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.024
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    石墨烯材料以其优异的热学、电学、机械等性能成为在众多领域广泛研究与应用的材料之一,随着深空探测事业的不断发展,材料在低温乃至超低温环境下的性能研究显得越来越重要。本文采用瞬态电热技术在290 K~20 K温度区间内对石墨烯纸进行了研究分析,并探究了电流高温加热对石墨烯纸导热性能的影响。热扩散系数、导热系数和体积比热容随温度的降低逐渐减小,电阻随温度的减小逐渐增大,表现出强烈的非金属特性;通过电流高温加热使石墨烯纸的结构得到优化后,测得在290 K时,样品1的导热系数从2.31 W/m·K提高到5.47 W/m·K,样品2的导热系数从6.09 W/m·K提高到22.21 W/m·K;分析了石墨烯纸声子散射的导热机制,运用阻温系数模型计算了石墨烯纸的德拜温度与声子平均自由程。
  • 刘小九, 李东林, 任旭强, 高建行, 张龙, 陆继承
    功能材料. 2023, 54(5): 5192-5197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.025
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    通过溶胶-凝胶法合成了铁、钨共同掺杂的镍酸锂正极材料(LiNi0.97Fe0.02W0.01O2),研究了双阳离子掺杂对镍酸锂正极材料电化学性能的影响。结果表明,铁、钨共同掺杂可以显著降低镍酸锂的阳离子混排,抑制H2到H3的相变,提高循环稳定性并且降低电压平台的衰减。在200 mA/g的电流密度下,LiNi0.97Fe0.02W0.01O2材料循环100次后容量保持率为88.1%,而LiNiO2材料容量保持率仅为62.9%。此外,LiNi0.97Fe0.02W0.01O2材料也具有更加优异的倍率性能(4000 mA/g的电流密度下放电比容量126.3 mAh/g)。因此,Fe/W共掺杂有利于提高无钴高镍层状氧化物正极材料的电化学性能。
  • 工艺·技术
  • 陈辉, 陈芳芳
    功能材料. 2023, 54(5): 5198-5203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.026
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    为改善粉煤灰混凝土水化活性偏低和强度不足等问题,通过在粉煤灰混凝土中添加石墨烯,制备了具有优异力学性能和耐久性能的石墨烯增韧粉煤灰混凝土。分析了石墨烯掺杂量对粉煤灰混凝土力学性能、水化反应和耐磨性能的影响。结果表明,石墨烯的添加加速了水化反应的进行,缩短了水化诱导期的时间,增大了诱导期水化热释放速率,使得水化放热速率达到峰值的时间减小,混凝土中水化产物的量增多,混凝土的结构致密性提高。随着石墨烯掺杂量的增加,混凝土的抗压强度、抗折强度和挠度值先增大后降低,0.05%(质量分数)石墨烯掺杂量的混凝土的抗压强度和抗折强度均达到最大值,分别为44.32 和5.96 MPa,较纯混凝土分别提高了12.89%和10.78%;0.05%(质量分数)石墨烯掺杂量的混凝土的挠度值最大为7.1 mm,抗变形能力提高;随着石墨烯掺杂量的增加,混凝土的单位面积磨损量先减小后轻微增大,0.05%(质量分数)石墨烯掺杂量的混凝土的磨损量最小为1.13 kg/m2,耐磨性能最优。
  • 袁璐, 冷超群
    功能材料. 2023, 54(5): 5204-5209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.027
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    采用水溶液自由基共聚法合成了异戊烯醇聚氧乙烯醚基的聚羧酸减水剂,研究了酸醚比、链转移剂用量、还原剂用量和滴加时间对聚羧酸减水剂分散性能的影响。结果表明,酸醚比为4.15,巯基丙酸和TPEG的摩尔比为0.19,VC和TPEG的摩尔比为0.018,滴加时间50 min为最佳制备工艺,制备出的聚羧酸减水剂能够使水泥净浆具有最高的流动度为234 mm。混凝土的适配实验表明,以最佳工艺条件制备的聚羧酸减水剂的饱和掺量更高,当减水剂掺量为0.3%时,减水率可达32.7%,28 d的抗压强度为55.7 MPa,在配置高强度混凝土方面有广阔的应用前景。
  • 杜泽凡, 潘明熙, 黄惠, 高超, 李俊鹏, 李文林
    功能材料. 2023, 54(5): 5210-5216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.028
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    针对导电胶电导率较低,接触电阻不稳定,冲击强度差等问题,研究树枝状银粉作为导电填料对导电胶性能的影响,结果表明,与片状银粉制备的导电胶相比,掺杂树枝状银粉的导电胶表现出更好的导电性能,其体积电阻率降低了0.8×10-3 Ω·cm。在此基础上,探索了油酸和KI等表面处理剂对导电胶的导电性、力学特性等影响,并分析了导电胶导电性能的提升机制。结果表明,表面处理剂种类对导电胶性能具有选择性的改善作用,KI处理后的导电胶具有较好的导电性能,且树枝状银粉为填料的导电胶表现出最低的电阻(0.9 Ω)。油酸处理后的导电胶表现出较好的力学性能,且片状银粉为填料的导电胶具有较好的剪切力(570 N),为导电胶产品研发提供技术支撑。
  • 高宁, 张伟丽, 唐婷, 杜焦丽, 孙博存, 李又兵, 夏天
    功能材料. 2023, 54(5): 5217-5222. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.029
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    采用真空吸附法制备了十八烷/膨胀石墨和石蜡/膨胀石墨定形相变材料为前驱体,将其按比例复配得到中低温双阶相变材料,并采用全水发泡一步法制备了中低温双阶相变聚氨酯硬泡材料。通过SEM、DSC、TGA和万能试验机等测试方法对聚氨酯硬泡的泡孔结构、力学性能、相变性能、热稳定性和调温能力进行研究。结果表明,当双阶相变材料为95%时,其熔融焓和结晶焓分别为58.29和53.69 J/g,且在匀速加热和降温的过程中,在26oC和60oC出现了恒温平台,表现出良好的调温控温能力。
  • 卜娜蕊, 刘睿, 方炜, 赵慧斌, 白润山
    功能材料. 2023, 54(5): 5223-5229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.030
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    以再生混凝土为研究对象,选择粉煤灰来取代水泥,通过调整粉煤灰的占比,制备了不同取代率(0%,10%,30%,50%和70%)的高性能粉煤灰再生混凝土。研究了不同粉煤灰取代率对再生混凝土的微观形貌、力学性能、弯曲韧性和抗冻性能的影响。结果表明,掺入粉煤灰后没有产生新的水化产物,但水化反应速率加快,Ca(OH)2的衍射峰强度增大,且粉煤灰颗粒与水化产物凝胶结合更为紧密,使再生混凝土的致密性加强,当粉煤灰取代率为50%时,再生混凝土的结构最为致密。随着粉煤灰取代率的增加,再生混凝土的抗压强度和抗折强度均先增大后减小,当粉煤灰取代率为50%时,28 d的抗压强度和抗折强度均达到最大值,分别为44.2和5.96 MPa,且挠度达到最大值为7.7 mm,抗变形能力最强。随着冻融循环次数的增加,再生混凝土的表面脱落剥离现象加剧,随着粉煤灰取代率的增加,再生混凝土的质量损失率先减小后增大,相对动弹性模量先增大后减小。当冻融循环100次、粉煤灰取代率为50%时,再生混凝土的质量损失率最低为-0.09%,相对动弹性模量最大为94.52%,抗冻性能最佳。
  • 郝帅, 罗果萍, 卢元元, 柴轶凡, 安胜利, 张博康
    功能材料. 2023, 54(5): 5230-5236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.05.031
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    为了探明CaF2单掺及CaF2和Al2O3复掺对C2S晶型转变及平衡物相组成的影响规律,使用FactSage7.1热力学软件对不同温度下平衡物相组成进行分析,采用X射线衍射仪(XRD)对CaF2单掺及CaF2和Al2O3复掺的C2S焙烧试样的主要矿物组成进行检测。研究表明,CaF2的掺杂对C2S晶型由β-C2S向γ-C2S转变有抑制作用,CaF2的掺杂量超过2.5%时,抑制效果明显。Al2O3和3%CaF2复掺C2S试样,既能改善试样高温环境下的动力学条件,促进CaF2向C2S中固溶,抑制C2S晶型的转变;又能降低物相中游离氧化钙(f-CaO)含量,提高试样安定性;同时,生成的CaAl2O4物相,具有纳米晶须,在铝酸盐水泥中具有较好的桥接作用,有助于增强浇注料的韧性和抗拉强度,而生成的钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7,简写C2AS)可作为玻璃及陶瓷的主要原料使用。热力学分析表明,C2S开始合成温度为840 ℃,Al2O3的掺杂能够提高C2S的合成稳定温度,促进C2AS的生成;并且明确了C2AS物相和2-C2S-CaF2物相稳定存在温度范围,分别为700~1 420 ℃和700~830 ℃。