2024年, 第55卷, 第5期　刊出日期：2024-05-30

  

• 全选
  |

目录
• Select
  本期中英文目录、封面

  功能材料. 2024, 55(5): 0-0.

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
热点·关注
• Select
  基于PMNT陶瓷的1-3型压电复合材料软模板法制备及其超声换能器研究^*

  孙瑞雨, 李晓兵, 杨钊萍, 陈兴飞, 孙丰龙, 陈建伟, 夏子颐, 周长江

  功能材料. 2024, 55(5): 5001-5006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.001

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  医用高频超声换能器广泛应用于人体及生物组织的精细结构成像。1-3型压电复合材料因具有较高的机电耦合系数和较低的声阻抗而成为高频超声换能器的核心材料。基于有限元计算和软模板法设计制备了高性能Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃陶瓷/环氧树脂压电复合材料,并对材料进行了系统的电学性能测试。结果显示该1-3型压电复合材料具有优异的声学综合性能,其厚度伸缩模式机电耦合系数k_t达到70.1%,其声阻抗Z_a达19.05 MRayl。利用该材料制备了高频超声换能器,其-6 dB带宽达85%,插入损耗为17.7 dB。结果表明使用软模板法制备的压电复合材料具有适合于超声成像的优异的综合性能,有望促进高频超声换能器的商业化应用。
• Select
  橡胶-再生骨料保温混凝土热传输机理及微观结构分析^*

  屠艳平, 谢俊杰, 程书凯, 陈国夫, 白登显, 邓丽

  功能材料. 2024, 55(5): 5007-5013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.002

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  采用橡胶颗粒(RP)、再生骨料(RA)作为保温轻骨料,纳米SiO₂(NS)作为辅助胶凝材料,制备橡胶保温混凝土(IRC)。通过自然光照和模拟光照下的环境模拟试验,并结合材料密度、吸水率、导热系数、微观孔结构等指标,研究IRC的热工性能及热传输机理.结果表明:RP的掺加引入了大量孔隙,密度、吸水率和孔容逐渐增大,形成了多孔结构,提高了IRC的保温性能,RP掺量为20%时,导热系数为1.01 W(m·K)^-1;NS的掺加细化了IRC的孔径,破坏了连通的热流通道,进一步提高了IRC的保温性能,掺入3%的NS后,导热系数进一步降低7.8%～9.4%。
• Select
  Ho³⁺、Yb³⁺掺杂锡酸钙陶瓷的双模发光及光强调制研究^*

  陈浩, 惠增哲, 张小丽, 龙伟, 杜金涛, 丁礼磊

  功能材料. 2024, 55(5): 5014-5019. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.003

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  稀土离子掺杂的无机光致变色材料通过将光致变色与光致发光强度调制进行耦合可应用于光信息存储。采用多光子吸收策略研制具有双模发光调制性能的材料,是提升光信息储存寿命的有效手段。本研究以锡酸钙为基体,选用Ho³⁺和Yb³⁺共掺杂,制备得到具有双模发光及光强调制特性的陶瓷。461 nm蓝光激发下,陶瓷在可见光区域产生强烈的绿色和红色发射。980 nm近红外光激发下,陶瓷出现3个以551、669和756 nm为中心的可见光发射带。对上转换发光机理展开讨论,结果表明陶瓷上转换发光与双光子过程相关。365 nmUV光照射使陶瓷上转换和下转换发光强度产生衰减调制现象,绿色发光调制效果优于红色。通过热释光光谱测试得到陶瓷内部的陷阱分布与深度信息,证明了载流子陷阱的存在。UV光照前后的荧光寿命测试和发光动力学测试结果表明,光强衰减与发光中心到陷阱中心的能量传递有关。
• Select
  轻质相变混凝土的研发及物理力学性能实验研究^*

  王秀丽, 李威龙, 徐晶晶

  功能材料. 2024, 55(5): 5020-5027. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.004

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  以SiO₂气凝胶粉末为基体材料,低温相变石蜡为相变材料制备定型复合相变材料;采用傅里叶红外光谱仪、差示扫描量热仪、同步热分析仪及扩散-渗出圈测试对定型复合相变材料进行表征分析及稳定性检验。结果表明:石蜡吸附质量为75%时制备的定型复合相变材料最为稳定,SiO₂气凝胶与石蜡之间仅为物理吸附,定型复合相变材料的相变温度为26.52 ℃,相变潜热为56.2 J/g。将其掺入EPS混凝土,水泥净浆流动度实验限定定型复合相变材料掺加量在16%附近时,混凝土拌合物工作性能最佳。进行物理力学性能测试,发现随着定型复合相变材料的掺入,试件抗压、抗折、抗劈裂强度均有一定程度的提高。通过热箱储热性能试验,掺加定型复合相变材料的试件升降温曲线斜率及峰值均有降低现象,表明轻质相变混凝土具有很好的温控性能,可用于节能建筑围护体系。
• Select
  聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热转换净水性能研究^*

  宋玲彦, 马丽娜, 郭玉萍, 郭玉燕, 于家乐, 杨艺鹏, 杨一鸣, 陈丽华, 哈斯其美格

  功能材料. 2024, 55(5): 5028-5037. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.005

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  淡水资源作为生命赖以生存的物质基础面临严重挑战,利用高效的太阳能驱动界面蒸发(SSG)是解决目前水资源短缺的重要手段,一种新型的多孔材料共轭微孔聚合物(CMPs)在水处理技术中具有重要作用。以CMC/SCMP为前躯体在其表面喷涂聚吡咯制备了一种新型太阳能蒸发器(CMC/SCMP-PPy),喷涂聚吡咯增强了光吸收性能,光吸收率可达91%,实现了光热转化能力。该气凝胶在1 kW/m²太阳条件下表现出良好的光热转换性能,蒸发效率可达85.57%。多孔结构和亲水特性使其具有优异的水传输能力,稳定的化结构使其具有优异的耐盐性以防止盐晶体沉积堵塞材料孔道,使其实现了光热转化能力。这项研究进一步优化了CMPs在废水的净化,实现了清洁能源的利用,为开发新型光热材料提供了新的思路。
综述·进展
• Select
  二氧化硅微球制备方法研究进展^*

  赵文超, 杨润泽, 肖沛文, 周全, 韩雪, 陆逸昕, 王平美, 徐文晴, 高鑫, 潘革波

  功能材料. 2024, 55(5): 5038-5046. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.006

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  二氧化硅微球是一种无机填料,由于其比表面积大、化学稳定性高、耐温性能优良、机械强度高以及环保无污染等优点,在电子封装、生物医药、机械抛光以及流体输送等领域中有着广泛应用。主要综述了当前常见的制备方法,如溶胶-凝胶法、气相法和高温球化法等,并指出了以上方法的优缺点,同时介绍了二氧化硅微球在复合材料中的应用,并对这些方法的改进以及后续研究方向提出了观点。此外,还简要介绍了独创的气相氧化法的原理、优势和应用。
• Select
  环氧灌浆材料研究进展^*

  蔡雄睿, 梅婷, 冉娅, 孟诗云, 李晓丹

  功能材料. 2024, 55(5): 5047-5056. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.007

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  随着高速公路交通流量和汽车荷重的增大以及使用年限的增加,路面病害日益显现,研发高性能化学灌浆材料已经成为当下迫切的需求。环氧树脂灌浆材料因其高强度、良好的力学性能和附着力、低收缩率和热稳定性等特点,成为一种极具发展潜力的灌浆材料。为了满足环氧灌浆材料在多方面的应用需求,已经有多种改性方法用于提高环氧灌浆材料的力学性能,如在分子链段中引入有机硅、醚基团等柔性基团,通过与聚氨酯共混形成互穿聚合物网络结构,以及添加纤维、纳米粒子等增强填料或其它方法获得高机械性能等。从结构改性、共混改性、掺杂改性以及其他方法几个方面综述了环氧灌浆材料的改性方法,并对环氧灌浆材料领域进行了展望。
• Select
  钙对地聚合物微观结构和性能影响的研究进展^*

  焦向科, 李玲, 李佳

  功能材料. 2024, 55(5): 5057-5065. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.008

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  地聚合物同时具备有机高分子材料、陶瓷材料和水泥材料的优异性能,并且具有制备能耗和碳排放低、原料来源广泛、固废消纳量大等优势。因此它近年来迅速成为无机胶凝材料领域的研究热点。当地聚合物体系中引入钙组分后,主要胶凝相的相互作用过程可能变得更加复杂,地聚合物的微观结构和主要宏观性能也会受到较大影响。综述了含钙地聚合物的研究进展,对于钙组分的引入方式,以及钙组分对地聚合物微结构和性能(包括凝结时间、抗压强度、固化/稳定化重金属性能、抗化学侵蚀性能、碱集料反应、热稳定性、抗泛霜能力等)的影响规律和作用机制进行概括分析,以期为含钙地聚合物的性能调控和应用研究提供技术参考。
研究·开发
• Select
  水性环氧树脂灌浆材料的制备及渗透性能研究^*

  王臻林

  功能材料. 2024, 55(5): 5066-5071. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.009

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  以水性环氧树脂E51为原料、二乙烯三胺(DETA)为固化剂,制备出了水性环氧树脂灌浆材料,研究了DETA用量对灌浆材料凝结时间、黏度、力学强度和渗透性能的影响。结果表明,随着固化剂DETA质量分数的增加,水性环氧树脂灌浆材料的初凝时间逐渐降低,黏度持续增大,粘接强度先增大后减小,热稳定性提高,热失重速率减慢,残炭率提高,渗透时间增多。当DETA质量分数为30%时,灌浆材料的初凝时间最短为8.0 h,对应时刻的黏度最大为80 334 mPa·s;当DETA质量分数为25%时,灌浆材料的粘接强度和抗压强度达到了最大值,分别为2.94 和59.9 MPa,对应的断裂延伸率为13.82%;在800 ℃时,DETA质量分数为25%的水性环氧树脂灌浆材料的残炭率为9.3%,渗透时间为1 709 s,热稳定性和渗透性能较好。综合分析可知,DETA的最佳质量分数为25%。
• Select
  新型多梯度类金刚石涂层生长及表征^*

  喻岚, 唐华, 于爽爽, 李多生

  功能材料. 2024, 55(5): 5072-5078. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.010

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  在Cr12MoV表面沉积Cr/Cr-WC/WC-H/ta-C:H多梯度涂层。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱对多梯度涂层微结构进行表征,运用纳米压痕仪、纳米划痕测试仪及球盘式摩擦计对其力学性能进行了研究。结果表明,与未沉积涂层的Cr12MoV相比,Cr/Cr-WC/WC-H/ta-C:H多梯度涂层的摩擦系数约为其10%,最低可达0.019。Cr/Cr-WC/WC-H/ta-C:H多梯度类金刚石涂层的硬度最高达24.1 GPa,附着力为62 N。设计新型多层梯度涂层引入的高润滑性非晶碳和硬支撑WC层,抑制了裂纹扩展,显著地提高了Cr12MoV的力学性能。此外,电化学腐蚀试验表明,Cr/Cr-WC/WC-H/ta-C:H多梯度涂层在3.5%NaCl溶液中有着良好的耐腐蚀性能。
• Select
  基于第一性原理研究缺陷对单层WSe₂结构的光电性质的影响^*

  廖展旺, 江玉琪, 郭祥

  功能材料. 2024, 55(5): 5079-5085. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.011

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  二硒化钨(WSe₂)具有许多优异的性能,在自旋电子和光电子学的应用中具有极好的潜力,研究缺陷WSe₂的电子结构有助于理解载流子掺杂、散射等效应, 对其在电子和光电器件中的应用有重要意义。基于密度泛函理论,研究了五种缺陷对WSe₂的电子结构和光学性质的影响。对于实验结果进行分析,缺陷对于单层WSe₂调控能力较强,其中钨(W)原子与硒(Se)原子位置互换的替位缺陷模型增强了材料的导电性。引入缺陷后材料的光学性质发生较大变化,缺陷结构与本征WSe₂结构相比,其长波吸收能力得到了提升,为WSe₂在光探测领域的运用提供了理论基础。
• Select
  Birnessite型二氧化锰纳米花吸附水中Pb²⁺性能研究^*

  郝新丽, 郑钰涛, 周亚红, 周靖凯, 代雨函, 马佳莹, 李启航

  功能材料. 2024, 55(5): 5086-5092. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.012

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  水体中重金属的污染对人类生产生活造成了重要影响。以Birnessite型二氧化锰纳米材料作为新型吸附剂,研究其对水中Pb²⁺的吸附性能。首先,利用液相合成方法制备尺寸在200~900 nm之间的Birnessite型二氧化锰纳米花,通过超声的方式将其分散在含有Pb²⁺的水体中,考查吸附过程中水体pH值、离子强度、材料尺寸、吸附时间和Pb²⁺初始浓度对Birnessite型二氧化锰纳米花吸附Pb²⁺的影响;同时,结合动力学模型和等温吸附曲线模型的拟合数据,分析材料吸附Pb²⁺过程的机理。实验结果表明,制备的Birnessite型二氧化锰纳米花在pH值5~9之间的水中对Pb²⁺均具有稳定的良好的吸附性能,最大吸附量可达300 mg·g^-1;Birnessite型二氧化锰纳米花的尺寸越小其比表面积越大,吸附性能越好;同时在高离子强度下其仍保有80%左右的吸附能力。吸附动力学和等温吸附曲线拟合数据表明Birnessite型二氧化锰纳米花吸附水中Pb²⁺的过程主要是单分子层均匀覆盖的化学吸附过程。
• Select
  茎秆模板诱导合成g-C₃N₄/C及其光催化降解四环素研究^*

  徐杨, 刘成宝, 曹一达, 郑磊之, 陈丰, 钱君超, 邱永斌, 孟宪荣, 陈志刚

  功能材料. 2024, 55(5): 5093-5100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.013

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  为解决残留在环境中的抗生素给生物带来的巨大危害和潜在威胁,以芦蒿茎秆(较高的纤维素含量)和豆芽茎秆(较低的纤维素含量)作为生物模板,利用茎秆表面凹凸不平的结构作为微反应空间来控制局部双氰胺量并作为结晶晶核,诱导合成薄片状石墨相氮化碳(g-C₃N₄),并考察其光催化降解四环素性能。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和荧光光谱测试等方法对材料进行了表征,结果表明g-C₃N₄成功负载在生物炭基体的表面,并且薄片状g-C₃N₄在生物炭基上分散性较高、团聚体相较低。在模拟可见光照射30 min下,茎秆模板和双氰胺质量比为1:2时合成的g-C₃N₄/C对四环素(TC)表现出了较好的的降解效率,分别为31.7%和26.1%。循环四次后,ACN-2对TC的降解效率从31.7%下降到27.2%,表明材料的光催化循环稳定性良好。
• Select
  CsPbBr₃晶体生长及变温霍尔效应研究^*

  王杰, 金致远, 彭静, 张绍卿, 黄巍, 何知宇

  功能材料. 2024, 55(5): 5101-5105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.014

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  以定向凝固法提纯的CsPbBr₃多晶为原料,采用垂直布里奇曼法生长出尺寸为30 mm×70 mm的CsPbBr₃单晶。采用ICP-OES对提纯后的多晶测试表明,提纯后的CsPbBr₃多晶中杂质含量减少了28.7%。经XRD和EDS对切割得到的晶片分析发现,晶片的晶面方向属{210}晶面族,晶体中Cs、Pb、Br 3种元素分布均匀,原子百分含量符合化学计量比。采用傅里叶红外光谱仪和紫外-可见分光光度计对晶体的透过率测试显示,生长晶体在500~4 000 cm^-1波数范围内的红外透过率超过75%,紫外短波截止边为552 nm,拟合计算出对应的禁带宽度为2.246 eV 。选取7个不同温度点对CsPbBr₃单晶进行变温霍尔效应测试发现,生长晶体为P型导电,在250~300 K和300~350 K之间晶体中主要的载流子散射机制分别为声学波散射和电离杂质散射 ,在150~250 K温度范围内,更符合多种散射机构共同作用的散射机制。进一步拟合载流子浓度p与1/T的关系,计算获得晶体中杂质电离能ΔE_A=0.3042 eV。
• Select
  B、Zn元素掺杂力学增强型45S5生物活性玻璃支架^*

  谢之逸, 赵庆娟, 潘家芳, 孙金超, 钱建明, 张晖

  功能材料. 2024, 55(5): 5106-5113. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.015

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  对45S5生物活性玻璃多孔支架进行B、Zn元素的掺杂,B元素有效降低了熔融法制备生物活性玻璃的熔融温度,减轻了高温对45S5玻璃生物活性的损害,SEM观察到掺B后支架显微结构变得更加致密,抗压测试结果显示掺B的玻璃支架抗压强度是纯45S5玻璃支架的2~3倍,可达9.68 MPa,表明了B对支架的力学性能亦有明显的提升作用。然而,掺入B元素会降低45S5玻璃支架的体外生物活性,过量的B掺杂还会导致支架被烧毁。在确定B元素的相对最佳掺杂浓度后,向玻璃支架中继续掺入Zn元素,能够提升支架的烧结稳定性,支架的抗压强度可继续增强,最优可达14.52 MPa,能与人体松质骨性能相匹配。同时,在SBF模拟体液中浸泡7天后支架的扫描电镜图展示了Zn元素的掺入,使得45S5玻璃支架的体外生物活性显著提升。总之,对45S5生物玻璃多孔支架进行B、Zn元素共掺,制备出了一种具有良好生物活性的力学增强型骨修复材料,具有一定骨组织工程运用价值。
• Select
  电化学沉积Cu₂O薄膜的制备及性能研究^*

  韩涧, 陈泺屹, 马彬彬, 陈椋煜, 雷彩霞

  功能材料. 2024, 55(5): 5114-5118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.016

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  利用电化学沉积法,以醋酸铜和醋酸钠为电解质溶液,在铟锡氧化物(ITO)导电玻璃表面制备了Cu₂O薄膜。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)分别对Cu₂O薄膜的物相、微观形貌和光学性质进行了表征。并在光照的条件下,测试了Cu₂O的光电流谱,评价了Cu₂O薄膜的光电化学性能和光催化降解亚甲基蓝的活性。
• Select
  纳米碳化硅改性石蜡相变乳液的制备及热物性^*

  陈薇, 肖一啸, 李爱蓉, 白馨懿

  功能材料. 2024, 55(5): 5119-5125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.017

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  为制备一种稳定性好,过冷度低,导热性强且易于用泵输的相变乳液,研究采用超声乳化法,在石蜡(RT55)相变乳液中加入不同质量分数的纳米碳化硅,制备了一种改性相变乳液(SiC/PCME),并对其粒径分布、相变行为、导热性能、热响应速度及流变性能进行了研究。结果表明,当SiC添加量为0.09%(质量分数)的SiC/PCME稳定性最好,其体积平均粒径大小为480 nm,分别静置20天和经120次冷热循环前后粒径分布无明显变化;DSC测得0.09%(质量分数)的SiC/PCME的潜热值为39.0 J/g,过冷度仅为0.03 ℃,较未改性PCME降低了11.8 ℃,且经过120次循环过冷度不变,具有良好的循环热稳定性;55 ℃时,SiC/PCME的导热系数达到4.247 W/m·K;SiC强化了相变乳液的导热能力,提高了其热响应速度;且剪切速度为100 s^-1时,SiC/PCME最低粘度达到3 mPa·s。
• Select
  钙钛矿氧化物LaCuO₃的电子结构调控及电催化析氧性能^*

  侯伟莉, 张影, 尚吉花, 孙宇峰, 梁丹丹

  功能材料. 2024, 55(5): 5126-5133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.018

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  钙钛矿型氧化物因其具有相对较高的OER催化活性,成为了电解水阳极催化剂的热门材料之一。采用溶胶—凝胶法合成LaCuO₃钙钛矿型氧化物,通过Co、Ni元素掺杂提高电催化剂的催化活性。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散谱(EDS)表征以及稳态极化(LSV)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等电化学测试分析,发现LaCu_0.8Ni_0.2O₃在10 mA/cm²时,过电位最低为285 mV,具有较好的OER催化活性。这是由于Ni元素的离子半径大于Cu元素的离子半径,增加了催化剂的反应活性位点,从而提高了其催化活性。
• Select
  六角GaM(M=S/Se/Te)的电子结构和力学性质的第一性原理计算^*

  路羽茜, 张鑫, 李世娜

  功能材料. 2024, 55(5): 5134-5140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.019

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  依据密度泛函理论(DFT)对层状六角P63/mmc结构的GaM(M=S/Se/Te) 进行电子结构与弹性力学特性的模拟研究。优化后的P63/mmc-GaM(M=S/Se/Te)的晶格,与实验结果相吻合。采用HSE06泛函得到的带隙值比PBE得到的与实验值更接近。应变能-应变(E-S)和应力-应变(S-S)两种方法得到的P63/mmc-GaM(M=S/Se/Te)的单晶弹性常数都符合弹性力学稳定性准则。在更接近文献值的应力-应变(S-S)法基础上,对3种材料的多晶弹性模量等力学特性进行了后续分析。泊松比和B/G值表明,P63/mmc-GaM(M=S/Se/Te)显现出脆性。各向异性因子、杨氏模量E、剪切模量G及线性压缩系数β的三维立体图分别展示了材料的弹性各向异性程度。在零温零压下,P63/mmc-GaM(M=S/Se/Te)在[100]方向上的第一横向声速最大,在[001]方向上两个横波TA1和TA2的速度最慢。
• Select
  氧化亚锡/聚酰亚胺复合薄膜制备及介电性能研究^*

  李科, 杨林, 杨麟, 杜娟, 李新跃

  功能材料. 2024, 55(5): 5141-5146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.020

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  采用水热法合成了氧化亚锡(SnO),然后再通过原位聚合法将合成的SnO引入到聚酰亚胺基体中,制得SnO/PI复合薄膜。SnO的含量对该薄膜的介电常数、介电损耗、拉伸强度和击穿强度具有显著影响。当SnO含量为10%(质量分数)时,SnO/PI复合薄膜的介电常数高达456,介电损耗仅为0.034,拉伸强度为65 MPa,击穿强度为146.9 MV/m。将SnO引入到PI基体中能改善PI薄膜的介电性能,使其在储能、航空航天、绝缘等领域有很好的应用前景。
• Select
  MIL-100(Fe)光芬顿催化剂的制备与循环使用研究^*

  李涛, 王华, 徐佳军, 王宁, 林家一, 陈友梅, 陈璐, 薛安, 储智尧, 黎阳

  功能材料. 2024, 55(5): 5147-5151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.021

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  为解决金属有机框架MIL-100(Fe)粉末在实际工业应用中难以回收重复利用的难题,采用水热法合成了MIL-100(Fe)粉末,利用真空抽滤法将其负载到氧化铝多孔陶瓷片上,制备了MIL-100(Fe)@多孔陶瓷复合材料。利用场发射扫描电子显微镜能谱联用仪(FE-SEM-EDS)、X射线衍射仪(XRD)、比表面积分析仪(BET)、紫外可见光分光光度计(UV-VIS)等仪器对MIL-100(Fe)及复合材料的结构与性能进行了表征;以罗丹明B(RhB)溶液模拟染料废水,研究了在MIL-100(Fe)在H₂O₂反应体系中对染料的光芬顿降解能力。结果表明,MIL-100(Fe)呈现八面体结构,比表面积高达1152.75 m²/g,当反应温度为60 ℃、H₂O₂的初始浓度为0.5 g/L、RhB溶液的初始浓度为20 mg/L时,RhB溶液的降解率达到99.26%。MIL-100(Fe)@多孔陶瓷在循环使用5次时,对RhB溶液的降解率仍达到98%以上,循环使用稳定性良好,具有商业化应用前景。
• Select
  钠化污泥生物炭复合凹凸棒石对水体中Cu²⁺的吸附效果研究^*

  任珺, 孙新妮, 任汉儒, 韩学鑫, 吕麦蓉, 张静, 王若安, 陶玲

  功能材料. 2024, 55(5): 5152-5160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.022

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  含铜废水严重威胁人体健康和环境安全,利用废弃污泥和凹凸棒石制备了钠化污泥生物炭复合凹凸棒石材料,并将其用于含Cu²⁺废水的处理。利用SEM、XRD及FT-IR对材料的结构和表面性质进行了分析表征,复合材料表面的含氧官能团的络合或C=C键的Π电子作用是吸附重金属的主要机制。研究了复合材料对Cu²⁺的吸附效果和机理,结果表明,污泥/凹凸棒石质量比2∶1,pH=5,添加量为1.5 g/L,Cu²⁺初始浓度4 mg/L条件下,材料对Cu²⁺有最大的吸附容量为3.339 mg/g。吸附过程更好地拟合了准二级动力学模型和Langmuir吸附等温式,表明材料对 Cu²⁺的吸附是单分子层化学吸附。利用响应面分析法预测,pH值为5.04,吸附剂添加量1.16 g/L,Cu²⁺初始浓度3.60 mg/L是最佳吸附条件。钠化污泥生物炭复合凹凸棒石在实际含铜废水处理中是一种极具潜力的吸附剂。
• Select
  载体氧空位提升Sabatier反应钌基催化剂性能研究

  陈志强, 方涛, 孙海云, 王青, 蒋榕培, 刘梦然, 项锴

  功能材料. 2024, 55(5): 5161-5168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.023

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  通过尿素的掺杂,有效诱导Al₂O₃载体氧空位的形成,进而通过金属-载体之间的相互作用,提升Al₂O₃载体表面Ru基活性物种的分散度,调控Ru基活性中心的电子性质,从而达到有效提升Sabatier反应Ru基催化剂性能的目的。在此过程中,借助²⁷Al核磁(²⁷Al-NMR)验证了尿素的掺杂可有效诱导Al₂O₃载体中氧空位的形成。通过透射电子显微镜(TEM)发现,富含氧空位的Al₂O₃载体可将负载的Ru颗粒稳定在3.7 nm左右,且粒径分布集中。通过X射线光电子能谱(XPS)和H₂程序升温还原(H₂-TPR)发现,载体氧空位可有效调控Al₂O₃载体表面Ru基活性位点的电子性质。经过Sabatier反应性能测试发现,在300 ℃,n_CO2∶n_H2=1∶4,空速为6 000 mL·g^-1·h^-1的反应条件下,CO₂转化率可达61.25%,CH₄选择性可达92.31%,而且,在20 h的反应时间内,催化活性没有明显衰减。
• Select
  减水剂改性固废基蒸压加气混凝土的制备与性能研究^*

  刘凤利, 侯孔超, 刘俊华, 郭北方, 李强

  功能材料. 2024, 55(5): 5169-5176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.024

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  以花岗岩石粉、黄河特细砂为硅质材料,以电石渣为钙质材料,以聚羧酸减水剂为改性剂,制备固废基蒸压加气混凝土(AAC)。研究了聚羧酸减水剂掺量对AAC料浆流动性、发气过程、抗压强度、干密度、孔隙率和孔径分布的影响。结果表明,减水剂掺量由0.15%增大到0.30%,料浆初始流动度、发气速率、发气量和孔隙率逐渐增大,制品抗压强度和干密度逐渐降低。减水剂掺量为0.25时,料浆初始流动性270 mm,发气量208 mL,孔隙率82.54%,抗压强度2.9 MPa,干密度509 kg/m³,AAC综合性能最优。减水剂掺量大于0.2%时,2 mm以上的大孔基本消失,孔隙率和孔壁无害孔含量对AAC抗压强度影响更明显。
工艺·技术
• Select
  Ni掺杂提升MoS₂的助催化活性用于ZnIn₂S₄光催化产氢及有毒Cr(VI) 还原^*

  陈文轩, 乔秀清, 李晨, 王紫昭, 侯东芳, 孙博婧, 李东升

  功能材料. 2024, 55(5): 5177-5187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.025

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  过渡金属硫化物MoS₂吸附H⁺的吉布斯自由能接近于零,被认为是一种很有前途的产氢助催化剂。然而,MoS₂助催化剂的活性位点暴露有限,极大的限制了其活性。以Ni-BDC微球作为Ni源和模板,通过水热法成功合成了镍掺杂的Ni-MoS₂助催化剂。该助催化剂可以明显的提高ZnIn₂S₄的光催化析氢活性活性,经过优化后的光催化剂(表示为NMS/ZIS-10)的氢气释放速率最高,达到4.17 mmol·g^-1·h^-1,分别是纯ZnIn₂S₄和MoS₂/ZnIn₂S₄光催化剂的12.26倍和2.72倍。此外,NMS/ZIS-10还表现出电荷分离促进的毒性Cr(VI)还原活性。实验数据表明,Ni-MoS₂/ZnIn₂S₄优异的光催化性能主要源于其Ni掺杂引起的活性位点的增加、光吸收能力的增强、电荷载流子分离的提升以及电子寿命的延长。研究结果为优化设计高性能Mo基助催化剂提供了有价值的参考。
• Select
  基于分子动力学方法的石墨烯/聚乙烯复合材料界面剪切力学性能的研究^*

  罗伟伦, 苏广厦, 黄立新

  功能材料. 2024, 55(5): 5188-5194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.026

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  采用分子动力学模拟的方法进行石墨烯/聚乙烯复合材料界面剪切力学性能的研究。首先建立石墨烯/聚乙烯复合材料分子动力学模拟计算的模型,然后在300 K温度下对石墨烯进行了拉拔模拟实验,探讨石墨烯倾斜角度和层数对复合材料界面剪切力学性能的影响。模拟计算结果表明,在拔出速率为0.001 nm/fs的情况下,石墨烯25°倾斜角模型的界面剪切强度最大,比0°倾斜角模型界面剪切强度增加了39.8%,可见石墨烯倾斜角对界面剪切强度有较大的影响。在拔出速率为0.001 nm/fs和石墨烯0°倾斜角的情况下,单层、双层和三层石墨烯的聚乙烯复合材料模型的界面剪应力最大值分别为89.20、114.21和129.28 MPa,显然增加石墨烯层数能显著提高复合材料的界面剪切性能。当拔出速率为0.0005 nm/fs时,单层、双层和三层石墨烯的聚乙烯复合材料模型的剪切强度值比较接近,随着速率增加到0.001 nm/fs,三层模型剪切强度增强最大,双层模型次之,单层模型最小,然而速率超过0.001 nm/fs之后,单层模型剪切强度几乎线性增强,双层和三层模型剪切强度增强的幅度均比单层模型小,这说明拔出速率的增加使得复合材料的界面剪切强度呈现较大的提高。
• Select
  环保型植物复合油基Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄磁流体的稳定性和低温流变性^*

  龚湫, 吴张永, 张刚, 朱启晨, 蒋佳骏

  功能材料. 2024, 55(5): 5195-5202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.027

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  植物油作为纳米磁流体基载液存在不良冷流动行为问题,聚甲基丙烯酸酯的添加有望降低植物油倾点和提高植物油基磁流体低温流动性。以聚α-烯烃(PAO-8)和玉米油作为复合基载液,以聚甲基丙烯酸酯为降凝剂,制备新型环保型磁流体,研究其沉降稳定性。从磁场、温度、Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄质量分数、PAO-8、降凝剂添加量等角度,利用旋转粘度计研究了不同温度下纳米磁流体的低温流动性能。结果表明不采用表面活性剂、100 mL玉米油和25%的PAO-8的混合物作为复合基载液、Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄质量分数为0.767%,制得的纳米磁流体沉降稳定性最佳。添加0.5%聚甲基丙烯酸酯的磁流体具有更好的低温流动性能,倾点达到-36 ℃。无磁场条件下,当温度低于-25 ℃时,磁流体黏度骤增,呈指数上升趋势,磁流体低温流动性变差;磁场条件下,纳米磁流体的黏度与磁场强度呈正相关,且磁场强度大于20 mT时黏度曲线变化明显。制备的纳米磁流体具有环保、低温流动性能好的特点,可应用于低温工况,研究有助于环保型磁流体低温应用的进一步发展。
• Select
  碱激发低碳混凝土的力学性能与提升机理研究^*

  云振军, 姚占全, 王海龙, 李越

  功能材料. 2024, 55(5): 5203-5209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.028

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  针对水泥在生产利用过程中产生的碳排放问题及固废材料在大掺量条件下替代水泥制备混凝土导致其力学性能下降的问题,利用4%Na₂SiO₃对玻璃粉(GP)进行碱激发处理,随后替代50%的水泥制备低碳混凝土。结果表明,低碳混凝土的力学性能远低于普通混凝土,而Na₂SiO₃掺入使低碳混凝土力学性能得到一定程度的提升,在各龄期内抗压强度分别提升了22.6%、27.5%、19.8%和17.2%;劈裂抗拉强度增长了21.3%、20.6%、18.2%和16.3%。Na₂SiO₃使玻璃粉(GP)中丰富的SiO₂在OH^-的作用下出现较为明显的解构现象,使其在低碳混凝土内部与Ca、Na、K等元素结合生成了更多的C-S-H凝胶、C-A-S-H凝胶、N-A-S-H凝胶,同时还产生了强度更高的钾A型沸石晶体,使得低碳混凝土的大孔隙含量降低,孔隙结构得到优化,进而导致低碳混凝土力学性能得到大幅提升。研究为降低碳排放及固废在混凝土中大掺量的使用提供了新思路、新见解。
• Select
  Bi₂WO₆-N-TiO₂纳米管电极的制备及性能分析^*

  张甜, 王理明, 刘成国, 刘婷婷, 魏超, 李伟, 陈洋洋

  功能材料. 2024, 55(5): 5210-5214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.029

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  采用水热法与低温等离子体法制备了Bi₂WO₆-N-TiO₂纳米管电极,对其进行SEM、EDS、XRD、UV-VIS-DRS、CV和I-t等手段表征,并应用于环丙沙星抗生素废水的降解。结果表明,Bi₂WO₆纳米片成功的负载到TiO₂纳米管电极表面,Bi₂WO₆和N的共同改性显著增强了TiO₂对可见光的吸收。电化学分析结果表明经过改性后的TiO₂纳米管电极具有优异的光电转换性能,光电流密度约是改性前的5~9倍。Bi₂WO₆-N-TiO₂纳米管电极对环丙沙星污染物的降解过程遵循一级动力学反应方程,其中0.8 mmol Bi₂WO₆-N-TiO₂纳米管电极的降解速率最高,可以达到0.00683 min^-1。
• Select
  ZnO掺杂MgHPO₄·0.78H₂O涂层用于日间辐射冷却研究^*

  蒋周程, 陶宇, 罗松, 苏青, 黄霞

  功能材料. 2024, 55(5): 5215-5221. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.030

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  物体以热辐射的方式通过大气窗口(8-13 μm)与外太空(~3 K)进行能量交换,这为日间辐射提供了可能性。以无水氯化镁作为镁源,焦磷酸钠作为磷源,氧化锌作为锌源,采用两步水热合成法合成ZnO掺杂的MgHPO₄·0.78H₂O粉体,再以聚乙烯醇(PVA)作为成膜剂制备出ZnO掺杂的MgHPO₄·0.78H₂O的辐射制冷涂层,研究涂层的日间辐射冷却性能。结果表明,Mg:P:ZnO摩尔比为1∶1∶0.5的粉体对太阳光谱平均反射率高达93%,大气窗口(8~13 μm)平均发射率为91%,较未掺杂ZnO的MgHPO₄·0.78H₂O粉体太阳光谱(0.3~2.5 μm)反射率提高了3%,近红外(0.76~2.5 μm)反射率提高了7%。0.5-ZnO涂层在高湿地区可实现低于环境空气温度3 ℃的日间辐射冷却,这为辐射制冷涂层在高湿地区的应用提供了一定的参考。
• Select
  石墨烯类涂层和表面织构对单晶硅摩擦性能的影响^*

  周意皓, 陈文刚, 程家豪, 袁浩恩, 郭思良, 魏北朝, Dongyang Li

  功能材料. 2024, 55(5): 5222-5231. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.031

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  为了改善单晶硅的减摩耐磨性能,利用紫外激光加工技术在单晶硅表面刻蚀出不同形状的表面织构,并在织构上沉积石墨烯和氧化石墨烯涂层,通过MRTR-1摩擦磨损试验机研究表面织构和石墨烯类涂层对单晶硅在干摩擦条件下摩擦学性能的影响。利用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察单晶硅试样的微观形貌及磨痕形貌,用电子天平称量实验前后试样的质量并计算磨损率。结果表明,与无织构试样相比,表面织构试样均能不同程度的降低磨损率,磨损率从0.012降至0.008以下;部分表面织构试样能够降低摩擦系数,摩擦系数低于0.14;单晶硅试样的磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损。由于表面织构能起到收集磨屑,存储涂层碎片的作用,加上石墨烯类涂层特殊的物理特性,二者的结合作用能够有效改善单晶硅的摩擦性能,显著降低磨损率,保护材料。
• Select
  TX-100辅助电沉积氧化镍电致变色薄膜^*

  张嗣尧, 王美涵, 李梓嘉, 张钧

  功能材料. 2024, 55(5): 5232-5236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.05.032

  摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏

  不同表面形貌的多孔NiO纳米薄膜在电致变色领域应用潜力巨大。在NiSO₄·6H₂O水溶液中添加非离子表面活性剂TX-100,制备多孔NiO薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对未添加表面活性剂以及添加TX-100的NiO薄膜形貌和组成进行表征。采用电化学工作站和紫外-可见分光光度计测试电致变色性能。结果表明TX-100的添加可以使多孔NiO薄膜孔径变小,表面更加致密,这提供了更大比表面积与更多活性位点,改善光学性能,并在一定程度上提升NiO薄膜的循环稳定性。在600 nm波长处,添加TX-100的NiO薄膜的最大光调制幅度为68.88%,相较未添加表面活性剂的NiO薄膜增加了8.58%。