2024年, 第55卷, 第2期　刊出日期：2024-02-29

  

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  功能材料. 2024, 55(2): 0-0.

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  NiCuCoMn电极材料的制备及其储锂性能研究

  于镇洋, 马金虎, 孙琦, 张志佳

  功能材料. 2024, 55(2): 2001-2008. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.001

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  采用熔炼甩带和化学脱合金相结合的方法制备纳米多孔NiCuCoMn过渡金属氧化物(NiCuCoMn@TMOs),并通过热处理进一步制备R-NiCuCoMn@TMOs。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试对材料进行结构表征并对其进行电化学性能测试。作为锂离子电池负极材料, R-NiCuCoMn@TMOs在0.1 A/g的电流密度下,经过200次循环后具有394.9 mAh/g的高比容量,并且表现出97.53%的优异容量保持率。与热处理前相比,热处理后的材料具有更丰富的氧空位、更低的电荷转移电阻(38 Ω)和更优异的倍率性能(在2 A/g的电流密度下,比容量为141.1 mAh/g)。其独特的纳米多孔结构提供了丰富的反应活性位点;不同半径、价态和反应电位的多种金属阳离子的协同效应使得该材料有很好的体积容忍度以适应脱嵌锂过程中的体积变化,表现出优异的电化学性能。此外,该电极材料原料储量丰富,价格低廉,易于实现批量化制备。该工作为设计多组元过渡金属氧化物负极材料提供了新的思路。
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  聚丙烯纤维改性多孔生态混凝土的制备及性能研究

  许圣泽

  功能材料. 2024, 55(2): 2009-2014. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.002

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  以玄武岩碎石为天然粗骨料,废弃混凝土为再生粗骨料,聚丙烯纤维为增强相,制备了不同聚丙烯纤维掺杂量的多孔生态混凝土,探究了聚丙烯纤维的掺杂量对多孔生态混凝土的物理性能、微观形貌、力学性能及抗冻性能的影响。结果表明,多孔生态混凝土的透水系数和孔隙率呈现出正向线性关系,随着聚丙烯纤维掺杂量的增大,混凝土的透水系数和孔隙率持续降低;适量聚丙烯纤维的掺杂能够在多孔生态混凝土中形成均匀致密的网格结构,当聚丙烯纤维的掺杂量为3%(体积分数)时,混凝土的致密度最高。随着聚丙烯纤维掺杂量的增大,混凝土的抗折强度先增大后降低,抗压强度先快速增大后缓慢增大。在28 d龄期下,当聚丙烯纤维的掺杂量为3%(体积分数)时,混凝土的抗折强度达到最大值4.68 MPa,对应的抗压强度为14.68 MPa。经历100次冻融循环后,当聚丙烯纤维的掺杂量为3%(体积分数)时,混凝土的质量损失率最低为2.17%,相对动弹性模量最高为84.81%,抗冻性能最佳。因此,聚丙烯纤维的最佳掺杂量为3%(体积分数)。
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  ZIF-8@ZIF-67衍生的Co₃O₄-GN-CNT网络用作高性能锂离子电池负极

  张舜喆, 陈玉洁, 李华, 刘河洲

  功能材料. 2024, 55(2): 2015-2021. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.003

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  Co₃O₄由于较高的理论容量近年来被视为锂离子电池新型负极材料的热门候选之一,然而其较差的电导率和循环性能制约了其进一步发展。以ZIF-8@ZIF-67为自模板,三聚氰胺和g-C₃N₄为碳源,通过碳化和氧化处理制备了碳纳米管和石墨烯作为导电桥梁和外壳的Co₃O₄/C三维导电网络。颗粒纳米化的策略和锌的高温挥发造孔使其在0.5、2 A/g的电流密度下循环200、800圈后仍具有1 139.7、1 002.1 mAh/g的比容量,从0.2 A/g逐渐增大充放电的电流密度至10 A/g又恢复到0.2 A/g后比容量仍有初始容量的94.9%。该网络结构和同类材料相比表现出较为优异的循环和倍率性能。
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  煅烧高岭土对沥青老化性能影响的试验研究

  胡春华, 张豪

  功能材料. 2024, 55(2): 2022-2028. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.004

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  为改善沥青路面路用性能,延长使用寿命,研究煅烧高岭土(CK)改性沥青的抗老化性能。通过旋转薄膜烘箱(RTFOT)、压力老化容器(PAV)、动态剪切流变仪(DSR)和傅里叶红外光谱(FT-IR)分析CK对沥青老化性能的影响以及沥青老化前后的化学官能团变化。结果表明:随着CK掺量的增加,沥青软化点和粘度逐渐升高,针入度和延度有所降低,同时CK使沥青具有较高的复剪切模量,当CK掺量为15%时,抗车辙性能最优;CK显著降低了基质沥青软化点指数(SPI)、粘度指数(VAI)和复剪切模量指数(CMAI),大幅提高了针入度保留率(PRR)和相位角指数(PAI);FT-IR试验表明,CK抑制了基质沥青热氧老化时羰基指数(I_C=O)和亚砜基指数(I_S=O)的产生,从而有效地改善了沥青的抗老化性能。
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  生物质复合材料吸附水中重金属离子的研究进展

  王青, 庞少峰, 王彦斌, 卢新宇, 陈奇, 聂宏杰, 朱星臣, 苏琼

  功能材料. 2024, 55(2): 2029-2040. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.005

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  随着现代工业的发展,重金属水污染已成为最重要的环境问题之一,重金属离子毒性强、难降解,在很大程度上对人类、水生动物和植物有害,破坏生态系统。吸附法低成本、去除效率高、可循环利用等优点使其成为废水处理的重要方法之一。生物质材料资源丰富、成本低、绿色环保,以其为新型吸附剂原料被广泛研究。基于此,该文以金属有机骨架、沸石、生物炭类为例,首先综述了生物质复合材料的制备及改性方法,总结了吸附剂的性能对金属离子吸附的影响,其次阐述其与金属离子之间的吸附机理,最后对生物质复合材料在水污染治理发展方面提出展望。
综述·进展
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  AgInS₂量子点调控及其在WLED应用上的研究进展

  刘汉语, 谢志翔, 陈婷, 董延茂, 周兴, 袁妍, 吴海涛, 陈勇号

  功能材料. 2024, 55(2): 2041-2051. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.006

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  AgInS₂量子点是一种有趣的材料,其近红外带隙范围从1.87到1.98 eV,作为直接带隙半导体,它能通过调节Ag/In比例来调节带隙,它还具有较宽的PL峰和较大的Stokes位移,同时低毒环保的特性也使它成为有望替代含 Cd、Hg 和 Pb 等重金属元素的二元量子点的理想材料,在光电器件领域尤其在发光二极管中有着广泛的应用前景。本文详细阐述了AgInS₂量子点晶体结构和发光机制,总结了其合成方法的特点并综述了通过壳体工程和掺杂的方法对AgInS₂量子点进行调控的策略,最后介绍了该类量子点在发光二极管方面的应用进展。
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  生物质碳基催化材料的研究进展

  陈奇, 王彦斌, 庞少峰, 王青, 于浩, 朱星臣, 苏琼

  功能材料. 2024, 55(2): 2052-2062. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.007

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  生物质是产量丰富、种类繁多、价格低廉、环境友好的优良碳源,以生物质为原料制备碳催化材料无疑是变废为宝,可从根本上解决环境污染和资源浪费等问题。介绍了生物质的种类、组分及结构对生物质碳基催化材料性能的影响,对制备生物质碳基催化材料的两种常见方法热解法和水热碳化法进行了对比,探讨了进一步增强催化剂活性的3种方式:杂原子掺杂、金属离子修饰和官能化,分析总结了生物质碳催化材料面临的挑战。
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  原位合成TiB₂颗粒增强铝基复合材料研究进展

  刘敬福, 贾婧, 庄伟彬, 覃龙健, 李菁辉, 孟超

  功能材料. 2024, 55(2): 2063-2073. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.008

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  原位合成技术制备的铝基复合材料,权衡了强度和塑性间的矛盾,有望实现铝基复合材料的结构功能一体化。原位合成TiB₂颗粒增强铝基复合材料比刚度,比模量高,具有优异的力学性能、耐腐蚀性能、耐磨性能和抗疲劳性能,是近年来金属基复合材料的研究热点之一,在汽车制造、高铁动车、航空航天和国防军事等领域具有广阔的应用前景。归纳了三种原位合成TiB₂颗粒增强铝基复合材料反应体系(Al-K₂TiF₆-KBF₄体系、Al-TiO₂-B₂O₃体系和Al-Ti-B体系)的特点和优势,概述了原位合成TiB₂颗粒对铝基体晶粒尺寸、界面结合和润湿性产生影响的研究现状,对TiB₂颗粒强化铝复合材料力学性能的作用机制展开了讨论,梳理总结现阶段在此领域研究过程中仍未解决的问题,展望TiB₂颗粒增强铝基复合材料的潜在发展空间,以期为研究和开发原位合成颗粒增强铝基复合材料提供参考。
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  碳纤维表面改性提高其树脂基复合材料电磁屏蔽性能的研究进展

  何维清, 蒲浩, 岳生金, 颜春, 祝颖丹, 陈明达, 虞筱琛, 苏安

  功能材料. 2024, 55(2): 2074-2081. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.009

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  随着大数据、物联网和新能源汽车等新兴产业的快速发展,相关电子设备与元器件向高性能化、高集成化、轻量化、精密化等方向迈进。随之产生的电磁干扰会威胁人体健康、信息安全以及各种电子设备的正常工作,因此迫切需要高性能的电磁屏蔽材料。碳纤维具有优异的力学性能和良好的导电性,其树脂基复合材料更是兼具质量轻、比强度/模量高、耐疲劳性好、可设计性强以及良好的电磁屏蔽性能等优势。但与传统的金属材料相比,碳纤维复合材料的电磁屏蔽性能较低,为了进一步提高其电磁屏蔽性能,通常需要对碳纤维进行表面改性。本文介绍了碳纤维复合材料的电磁屏蔽机理,综述了不同的碳纤维表面改性方法以及对碳纤维增强树脂基复合材料的电磁屏蔽性能的影响,分析了各种碳纤维表面改性方法的优缺点,进一步对碳纤维增强树脂基电磁屏蔽复合材料的发展趋势进行了展望。
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  水泥基材料无机/有机复合内养护剂的研究进展

  夏慧芸, 吕昕, 张耿通, 杨国龙, 宋莉芳, 牛艳辉

  功能材料. 2024, 55(2): 2082-2090. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.010

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  无机/有机复合吸水材料具有一定的亲水基团和三维网络结构,吸水性、保水性和释水性优异,是水泥基材料重要的内养护剂之一。通过在水泥基材料中引入无机/有机复合吸水材料,利用其吸-释水特性可自动调节水泥基材料内部相对湿度,促进水化反应,减少水泥基材料自收缩和早期开裂等现象,提高力学性能和耐久性。概述了无机/有机复合内养护剂(CICA)的制备方法、结构特征以及吸-释水行为;综述了CICA对水泥基材料水化进程、微观结构、宏观性能和耐久性的影响;展望了CICA在混凝土应用的发展前景,为CICA在水泥基内养护中的应用提供一定理论指导和技术参考。
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  表面织构与DLC涂层复合处理影响材料摩擦特性的研究进展

  袁浩恩, 吴继忠, 王海军, 陈文刚, 程家豪, 郭思良, 周意昊, 魏北朝, 罗海

  功能材料. 2024, 55(2): 2091-2104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.011

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  近些年来表面织构化与表面涂覆技术在提高摩擦学性能方面取得了良好的进展,有越来越多的研究将表面织构技术与涂覆技术进行融合,发现在适当的外界环境下合适的织构化参数与DLC涂层复合处理后显现出优异的摩擦学特性,两者间做到了1＋1大于2的效果。表面织构化已经广泛的应用在改善材料摩擦性能等方面,然而其在干摩擦条件下可能并不能起到很好的润滑效果。DLC涂层被世间公认为是有效的固体润滑剂,它具有良好的减摩、抗磨性,但涂层却有着吸附力差的缺点,表面织构可以增大涂层与基材之间的有效结合强度,增加表面的腐蚀能力,进而可以提高涂层的摩擦学性能、腐蚀性能、生物相容性。织构化与DLC涂层的结合可以在航空、汽车、机械等领域得到广泛应用,进而提高产品的性能和可靠性。主要介绍表面织构化与DLC涂层复合改性处理后材料的摩擦磨损特性。并从织构的几何参数、实验条件、接触方式、摄入元素、涂层厚度以及仿真分析等几方面进行阐述。为帮助后续的研究方向提供参考。最后对织构与涂层复合改性方面的发展趋势进行展望。
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  可充电锌离子电池共晶电解液的研究进展

  王语渊, 张文卫, 黄珍, 袁宇鑫, 王毅鹏, 宋江宇, 罗平

  功能材料. 2024, 55(2): 2105-2114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.012

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  可充电锌离子电池(RZIBs)因高安全性、低成本以及环境友好等优势广受关注。但传统水系电解液中水的高活性导致锌负极在循环过程中面临着枝晶和副反应问题,限制了RZIBs的发展。共晶电解液通过氢键和配位效应调节Zn²⁺离子溶剂化结构中水分子数量,有效解决了上述问题。此外,其具有合成简单、无腐蚀性和环境友好等优势,在RZIBs领域备受关注。介绍了共晶电解液的基本原理和定义,然后重点阐述了共晶电解液在RZIBs中的应用现状,最后对共晶电解液的发展前景进行了展望,为制备出优异的共晶电解液提供了重要思路。
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  热塑性淀粉基薄膜研究进展

  徐春梅, 井丽敏, 张斌, 王苒, 陈露露, 柳竹青, 韩文佳

  功能材料. 2024, 55(2): 2115-2123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.013

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  淀粉是由α-葡萄糖分子聚合而成的天然高分子材料,来源广泛,主要分布在植物的根茎中,具有价格低廉、可再生及可生物降解等优点。利用淀粉制备天然可降解塑料薄膜,对解决和改善环境污染有着重大意义。与淀粉基材料相比,聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等合成高分子为原料制成的热塑性产品具有气味刺激性、不可生物降解和污染环境等缺点。基于淀粉的天然优势,以淀粉为原料制成的可生物降解热塑性材料成为国内外研究人员的研究热点。主要综述了淀粉的结构和性质,淀粉的增塑方法,淀粉膜的制备方法,热塑性淀粉基功能性膜材料研究进展,并对热塑性淀粉基功能材料的研究内容进行了总结与展望。
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  季铵盐表面活性剂改性沸石对水体污染物吸附研究进展

  王丽艳, 武文婷, 赵冰, 王秀文, 殷广明, 杨明睿, 盖媛媛, 丛丹丹

  功能材料. 2024, 55(2): 2124-2132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.014

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  随着工农业的快速发展,水中的有机物污染已经对生态环境造成了严重的污染。沸石具有比表面积大、稳定性好、阳离子交换能力强等优点,被广泛应用于水体污染物的吸附。季铵盐阳离子表面活性剂表面活性高,易于附着于沸石表面从而改变其表面电性,常被用作沸石的改性剂。综述了沸石的结构特性、季铵盐阳离子表面活性剂与沸石的相互作用、季铵盐阳离子表面活性剂改性沸石与吸附质之间的相互作用。综述改性沸石对药物、重金属离子、水溶性染料、氨氮以及酚类化合物吸附的研究进展。提出了表面活性剂改性沸石及其在水污染去除中存在的一些问题及可能的发展方向,为改性沸石在环境保护方面的实际应用提供理论指导。
研究·开发
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  氟石膏和熟石灰碳化养护力学性能的研究

  田艳超, 张海波, 王雨利

  功能材料. 2024, 55(2): 2133-2141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.015

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  氟石膏是干法氟化铝或湿法氢氟酸生产的过程中排放的废渣,其主要成分是CaSO₄。为综合利用氟石膏,研究利用熟石灰和快速碳化养护去增强氟石膏的抗压强度和软化系数。采用DTA-TG、XRD和SEM-EDS对比分析了在不同氟石膏和熟石灰比例、不同水料比时,复合材料体系硬化后的性状。研究结果表明,当水料比为0.1,随着熟石灰掺量的增加,复合材料抗压强度由原来(未掺加熟石灰)的2.4 MPa 增大到22.4 MPa。XRD、DTA-TG和SEM-EDS的测试结果表明,复合材料反应产物为二水石膏和碳酸钙,当熟石灰掺量为50%和70%时,碳酸钙的含量相对较高。熟石灰激发及快速碳化养护的协同作用下,氟石膏的力学强度及耐水性均得到提高,这为石膏基建筑材料的生产和研究具有较好的指导意义。
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  粉煤灰-矿渣再生混凝土抗压强度及尺寸效应研究

  杜婷, 帅小根, 石雯, 陈前, 李晨宇

  功能材料. 2024, 55(2): 2142-2147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.016

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  以粉煤灰和矿渣掺入方式和掺量为变量,设计24组C30再生粗骨料混凝土,对再生混凝土的抗压强度进行了研究。试验结果表明,粉煤灰或矿渣单掺时,再生混凝土的抗压强度随矿物掺料的掺量增加呈现先上升后下降趋势,同等掺量下矿渣单掺优于粉煤灰单掺;双掺时保持粉煤灰或矿渣掺量20%不变,再生混凝土立方体和轴心抗压强度随另一种微细矿物掺量的增加同样呈现先上升后下降趋势,双掺较单掺方式对再生混凝土抗压强度的提升效果更佳,且再生混凝土的抗压强度存在明显的尺寸效应。单掺粉煤灰或矿渣时再生混凝土轴心抗压强度和立方体抗压强度换算系数随其掺量增加而增大,双掺则稳定保持在0.85±0.02。此外,论文还建立了不同微细矿物掺料条件下再生混凝土抗压强度换算系数的修正公式,验证结果表明公式预测误差较小。建议实际工程再生混凝土配制采用粉煤灰和矿渣双掺方式,且掺量控制在25%以内。
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  玄武岩纤维/树脂基复合混凝土的力学性能和抗冻性能研究

  龚皓

  功能材料. 2024, 55(2): 2148-2154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.017

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  以环氧树脂E51为基体材料,丙酮为稀释剂,通过添加玄武岩纤维,制备出了玄武岩纤维/树脂基复合混凝土,探究了玄武岩纤维掺杂量对复合混凝土的力学性能和抗冻性能的影响。结果表明,掺入适量玄武岩纤维后,复合混凝土宏观裂纹数量减少,玄武岩纤维在混凝土中横纵交错分布,与凝胶和骨料结合紧密,混凝土的力学性能得到了显著提高。随着玄武岩纤维掺杂量的增多,复合混凝土的抗压强度、抗折强度和相对动弹性模量均先升高后轻微降低,质量损失率先减小后增大。当玄武岩纤维掺杂量为0.60%(体积分数)时,复合混凝土的抗压强度和抗折强度均达到最大值,分别为41.63和8.90 MPa,在冻融循环100次时,相对动弹性模量最大为59.54%,质量损失率最低为1.02%,其力学性能和抗冻性能最佳。通过对质量损失率和相对动弹性模量进行曲线拟合分析可知,相对动弹性模量对于冻融循环的敏感程度更高,更适合用于评估混凝土的使用寿命,测试出玄武岩纤维的掺杂量为0.60%(质量分数)的混凝土的预估寿命可达9.84年,较未掺杂的试样提高了51.38%。综合可知,玄武岩纤维的最佳掺杂量为0.60%(体积分数)。
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  稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂单层WSe₂的第一性原理研究

  姜冠戈, 江玉琪, 郭祥, 丁召

  功能材料. 2024, 55(2): 2155-2160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.018

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  单层二硒化钨(WSe₂)是一种具有良好的热稳定性、电子运输和大面积可扩展性的优秀特性。基于密度泛函理论,利用第一性原理计算研究了稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂单层WSe₂的结构、电学性质和光学性质。采用稀土元素(La、Eu、Ho)掺杂使单层WSe₂呈现P型导电传输特性,增强了导电性能,展现半金属特性。此外,La、Eu、Ho 掺杂后,提高了单层WSe₂在红外光区的光探测能力和对可见光的利用率,在深紫外区域也具有应用潜力。研究结果证明了La、Eu、Ho掺杂单层WSe₂的电学性质、光学性质和扩大其应用方面的重要性。
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  改性彩色沥青路面色彩耐久性与抗滑性能研究

  马峰, 邹彦哲, 傅珍, 王蒙蒙

  功能材料. 2024, 55(2): 2161-2167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.019

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  为提高彩色沥青路面色彩耐久性并研究其抗滑性能,采用有机硅-聚丙酸酯(silane-modified polyacrylate, SMP)对彩色沥青玛蹄脂碎石混合料(color stone mastic asphalt, CSMA)和彩色开级配抗滑表层(color open graded friction course, COGFC)2种混合料改性,借助小型加速加载设备进行对彩色沥青路面进行色彩耐久性评价,并通过三维扫描仪进行路面纹理信息采集,分析路面三维参数与其抗滑性能之间的关系。结果表明,SMP改性剂可有效提高CSMA、COGFC两种混合料的抗磨耗能力,提升彩色沥青色彩耐久性;CSMA及COGFC路面抗滑性能受到不同三维参数的影响,路面的摩擦系数模型由各自相关因子控制,增加路面暴露的集料数量和使用尖角集料能使彩色沥青路面的抗滑性能得到提升。
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  NiS₂/多孔碳纤维复合电极的制备及其储锂性能

  王金凯, 王征宇, 张佳乐, 刘智, 孟晓曼, 王争东, 王红康

  功能材料. 2024, 55(2): 2168-2173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.020

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  制备长循环稳定、高容量的负极材料是锂离子电池实现大规模储能应用的前提之一。利用静电纺丝技术和水热硫化的方法制备了均匀分布的NiS₂/碳纳米纤维(NiS₂/C)复合材料。作为锂离子电池负极材料,NiS₂/C电极的首次放电比容量为864.6 mAh/g,首次库仑效率为62.7%。其中不可逆容量为322.9 mAh/g,不可逆容量主要由转换反应的部分不可逆及固态电解质(SEI)膜的形成造成的。NiS₂/C复合电极表现出优异的循环稳定性,200 mA/g下150次循环后容量仍然维持在519 mAh/g,容量保持率高达90.4%。此外,在2 A/g大电流密度下,NiS₂/C电极的容量仍高于310 mAh/g表现出出色的倍率性能。借助XRD、SEM及TEM表征,分析发现包裹着NiS₂纳米颗粒的碳纤维,作为良好的导电介质,既可以提高NiS₂的导电性,也可缓解NiS₂脱嵌过程中的体积膨胀,使得NiS₂/C电极仍能保持自身的空间结构,有助于提高电池循环性能;另一方面,碳纤维的多孔结构为锂离子提供了通道,缩短了锂离子的传输路径,提高了锂离子输运速率,有利于电池倍率性能。
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  La_0.7Sr_0.3MnO₃/α-Fe₂O₃复合材料的制备及吸波性能研究

  曹雪芳, 贺永亮, 贾雪菲, 罗秀红, 吴伶娜, 梁志雯, 岳佳, 杨青山

  功能材料. 2024, 55(2): 2174-2180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.021

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  以高温煅烧法制备了复合材料La_0.7Sr_0.3MnO₃/α-Fe₂O₃,并研究了其结构、电磁参数和吸波性能,进一步初步探索了该粉体用于布料涂层的吸波效果。结果发现:La_0.7Sr_0.3MnO₃/α-Fe₂O₃与石蜡以质量比7∶3混合后的吸波性能显著,分别在厚度5.0和9.5 mm处能吸收99.9%以上的入射电磁波,吸波性能优异。此外,在1~18 GHz和1.0~10 mm范围内,样品La_0.7Sr_0.3MnO₃/α-Fe₂O₃的总有效吸收(≦-10 dB)带宽覆盖测试带宽的91.8%,实现了雷达多频段的有效吸收。复合材料良好的吸波性能得益于La_0.7Sr_0.3MnO₃和α-Fe₂O₃的介电损耗和磁损耗的共同作用,实现对电磁波的有效吸收。涂层法和平纹编制法制备的布料在5.84 GHz处也可以吸收90%以上的入射电磁波,为复合吸波材料及吸波织物的设计研究提供了新思路。
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  高性能泡沫混凝土的制备及性能研究

  胡宝春, 付春雨, 李珊珊

  功能材料. 2024, 55(2): 2181-2186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.022

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  以P.O 42.5普通硅酸盐水泥为原料,通过添加植物蛋白复合型水泥发泡剂制备出了高性能泡沫混凝土,研究了发泡剂和水的体积比对泡沫混凝土的孔径分布、容重、吸水率、力学性能和保温性能的影响。结果表明,随着发泡剂和水的体积比增大,泡沫混凝土的气孔尺寸增大,气孔的外形逐渐趋近于圆孔状,气孔的完整度增加,容重持续降低,吸水率持续增大。当V(发泡剂)∶V(水)=4∶80时,孔形状因子最小为1.351,孔隙形状最趋近于球形。随着发泡剂和水的体积比增大,泡沫混凝土的抗压强度和抗折强度先增大后减小,导热系数先降低后增大。当V(发泡剂)∶V(水)=4∶80时,泡沫混凝土的孔径尺寸分布最为均匀,其抗压强度和抗折强度均为最大值,分别为8.16和1.29 MPa,导热系数最低为0.163 W/(m·K),力学性能和保温性能最优。
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  矿粉改性高性能混凝土的力学性能和耐久性能研究

  卢重阳, 王佳

  功能材料. 2024, 55(2): 2187-2192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.023

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  以S115矿粉为掺和料,制备了矿粉改性高性能混凝土,通过XRD、SEM、复合盐溶液干湿循环测试等手段,分析了矿粉取代率对混凝土的晶格结构、微观形貌、力学性能和耐久性能的影响。结果表明,适量矿粉的掺入能够加速水泥的水化反应速率,增加网格结构的致密度,从而改善混凝土的微观形貌,提高混凝土的强度。矿粉取代率的增大会降低水泥石前期的强度,显著提高水泥石后期的强度。当矿粉取代率为50%时,养护28 d的混凝土的抗压强度和抗折强度均达到了最大值,分别为52.5和7.4 MPa。矿粉取代水泥后,混凝土在复合盐溶液的侵蚀下相对动弹性模量和质量损失率的下降趋势变得平缓,在30次干湿循环后,矿粉取代率50%的混凝土的相对动弹性模量最高为88%,质量损失率最小为1.6%,抗盐溶液侵蚀性能最佳。混凝土的腐蚀产物主要是针状结构的钙矾石和块状的石膏,这些产物存在于混凝土的孔隙和裂纹中,多次干湿循环后体积膨胀产生了内部应力,生成了深裂纹,最终撑裂混凝土,使混凝土失效。综合可知,矿粉的最佳取代率为50%。
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  冻融条件下纤维混凝土的力学性能及损伤模型研究

  仲海民

  功能材料. 2024, 55(2): 2193-2200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.024

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  以聚丙烯纤维(PP)为增韧材料,通过硝酸和超声协同处理对纤维表面进行了氧化处理,制备出了纤维混凝土,在氯化钠盐渍溶液中进行了快速冻融试验,研究了纤维表面处理时间对混凝土力学性能和抗冻性能的影响,建立了混凝土冻融损伤模型。结果表明,硝酸和超声协同处理后在纤维表面引入了更多的含氧基团,提高了纤维表面的化学活性,纤维表面出现了较多的凸起,表面粗糙度增加,纤维和混凝土基质的粘结性增强,混凝土的强度和韧性提高。纤维表面处理3 h的混凝土的抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为40.9和5.16 MPa。以纤维混凝土的相对动弹性模量、质量损失率分别与冻融次数进行了拟合并建立了冻融损伤模型,结果发现混凝土质量损失率与冻融次数的模型更为敏感,纤维表面处理3 h的混凝土的使用寿命最长为17.83年,所有模型的拟合优度均超过0.95,损伤模型能够较准确地反映出观测数据的变化,可用于预测混凝土在冻融循环下的寿命。
工艺·技术
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  DOPO-APTES的制备及其对涤纶织物阻燃抗熔滴性能的研究

  王以红, 潘虹, 沈勇, 徐丽慧, 胡磊, 王黎明, 丁颖

  功能材料. 2024, 55(2): 2201-2206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.025

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  为了提高涤纶织物的阻燃性和抗熔滴性能,采用Atherton-Todd反应,以DOPO和APTES为原料合成了一种含有N,P,Si 3种元素的阻燃剂DOPO-APTES。通过溶胶-凝胶法,将DOPO-APTES整理到涤纶织物上。与涤纶原样相比,整理后涤纶织物的残炭率明显增加,具有较好的阻燃效果,同时抗熔滴性能大大提高。
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  Ba₃(VO₄)₂:Sm³⁺荧光粉的熔盐法合成及其温度传感特性

  陈金润, 李子璇, 焦利鑫, 李微, 楚楚, 曹秀哲, 翟永清

  功能材料. 2024, 55(2): 2207-2214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.026

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  采用熔盐法成功合成了Ba_3-x(VO₄)₂:xSm³⁺(x=0.02~0.16)一系列荧光粉,探讨了合成条件、Sm³⁺掺杂对样品结构和发光性能的影响,并探究了样品的温度传感性能。结果表明:合成样品的适宜反应条件是煅烧温度为900 ℃、煅烧时间为1 h、原料与熔盐质量比为1∶3,所得样品相纯度和结晶度均较高。样品微观形貌呈片状,厚度约1.5~3 mm。在318 nm激发下,Ba_3-x(VO₄)₂:xSm³⁺的发射光谱中可同时观察到VO₄^3-基团的宽带发射和 Sm³⁺的特征发射,样品的发光颜色集中在黄白光区域。随着Sm³⁺掺杂浓度(x)从0.02增大到0.16,Sm³⁺的特征发射峰强度呈现出先升后降的变化趋势,当x=0.10时,发射峰强度达到最高值。导致其浓度猝灭的主要原因是电偶极-电偶极(d-d)相互作用。在298~473 K的温度范围内,Ba_2.9(VO₄)₂:0.10Sm³⁺荧光粉中Sm³⁺(652 nm)和VO^3-₄基团(504 nm)发射的荧光强度比呈现明显的温度依赖性,其最大绝对灵敏度为0.36 K^-1,最大相对灵敏度为1.99%K^-1。因此,Sm³⁺掺杂Ba₃(VO₄)₂的荧光粉具有优异的温度传感性能,在非接触式光学测温中具有潜在的应用价值。
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  基于材料静动态力学性能分析的SiCp/Al本构模型构建

  王荣, 赵嫚, 赵克光, 茅健, 张立强, 郭维诚

  功能材料. 2024, 55(2): 2215-2223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.027

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  基于SiCp/Al复合材料的静态和动态力学性能分析,构建SiCp/Al复合材料的本构模型。针对体积分数为20%的SiCp/2a14Al复合材料采用电子万能试验机进行准静态拉伸试验,研究材料的静态力学性能;采用霍普金森压杆试验进行不同温度(20~400 ℃)、不同应变率(500~3 000 s^-1)动态压缩试验,分析材料的动态力学性能。基于材料静态及动态下应力-应变试验数据构建SiCp/Al复合材料的Johnson-Cook(JC)本构模型,并通过遗传算法对模型进行优化。结果表明,SiCp/Al复合材料在准静态条件下表现出应变强化效应;在动态载荷条件下,材料流动应力随着应变速率的增加而增加,表现出应变率强化效应,这与碳化硅颗粒的体积分数有关;随着温度的增加,流动应力减小,表现为温度软化效应。最小二乘法拟合的JC模型与试验值的平均误差较大,经过遗传算法优化后模型误差减小,能够准确预测SiCp/2a14Al复合材料的流变行为。
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  行星式球磨工艺参数对SmCo₅粉体磁性能的影响研究

  李奎, 安士忠, 李邦振, 赵金龙, 任凤章

  功能材料. 2024, 55(2): 2224-2229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.028

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  纳米晶SmCo₅粉体具有高矫顽力和强磁耦合的优点,是制备纳米复合永磁材料使用最广泛的硬磁材料之一。采用表面活性剂辅助球磨法制备SmCo₅微纳米片,采用行星式球磨机,系统研究了球磨时间、球料比和表面活性剂含量对SmCo₅粉体的形貌和磁性能的影响。结果表明随着球磨时间和球料比的增加,SmCo₅粉末的粒径和厚度减小并转化为微、纳米片,当球磨时间和球料比大于4 h和12∶1后,SmCo₅粉末的粒径和厚度变化不明显。选用球料比16∶1、球磨时间2 h、表面活性剂含量30%参数,SmCo₅粉体具有最优的磁性能,剩磁(Mr)为45.9 Am²/kg,矫顽力(Hc)为1.13×10⁶ A/m。
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  高填充碳化硼/聚乙烯醇纤维制备及中子防护性能研究

  王睿, 张全平, 麦付寒, 孟令城, 胡登超, 李佳乐, 李银涛, 周元林

  功能材料. 2024, 55(2): 2230-2236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.02.029

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  利用表面修饰手段在B₄C粒子和聚乙烯醇(PVA)基体之间构造大量氢键以增强两相相互作用,并采用湿法纺丝技术成功制备出高填充B₄C/PVA纤维及其织物,使其同时具有中子防护和透气透湿性。结果表明,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)均匀包覆在B₄C粒子表面并与OP-10发生烷基尾部缠连,使高填充B₄C粒子在PVA纺丝液悬浮稳定、纺丝工艺稳定,获得了填充量高达50%的B₄C/PVA纤维及其纺织面料。(纺织面料的中子防护和透气透湿需要提供)50%B₄C-CTAB-OP-10/PVA织物的单层中子屏蔽率为49.43%,为穿戴舒适和辐射防护安全的制品提供了新的解决方案。