功能材料

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功能材料. 2024, 55(6): 0-0.

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NiNb金属玻璃原子结构和力学性能的分子动力学研究^*

马亮, 潘少鹏, 牛晓峰

功能材料. 2024, 55(6): 6001-6008. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.001

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采用分子动力学模拟的方法,对不同成分的NiNb合金进行原子结构和力学性能方面的研究。通过对降温过程中玻璃转变温度的变化和高温熔体混合焓、混合熵的变化对比发现,在成分点c_Ni=0.65前后,合金表现出截然不同的变化趋势。同时利用双体分布函数,配位数,Warren-Cowley参数,键对分析,准近邻原子等方法对NiNb合金进行原子结构相关分析,发现在c_Ni=0.65前后,部分结构参数也表现出不同趋势,说明在此成分点前后,NiNb金属玻璃在原子结构上差异较大。综合热力学和结构参数的变化,c_Ni=0.65可能是两个合金体系的分界点,c_Ni=0.65之前为Nb基,c_Ni=0.65之后为Ni基。最后对力学性能进行了模拟,发现力学性能的表现主要和不同成分下NiNb之间的结合方式相关。此项研究有利于加深对金属玻璃原子结构和力学性能的理解。

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g-C₃N₄/MXene@Ag多功能膜制备及其水净化性能研究^*

于帆, 王俊怡, 赵瑞琪, 骆春佳, 晁敏, 颜录科

功能材料. 2024, 55(6): 6009-6018. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.002

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通过真空辅助组装构建g-C₃N₄/MXene@Ag(CNMA)分离膜。研究表明,银纳米粒子的引入可以增强表面润湿性并优化传质通道,复合膜最高分离通量(对水包1,2-二氯乙烷乳液)为(6 812.7±106) L m^-2 h^-1 bar^-1,最大效率可达99.7%。值得注意的是,CNMA复合膜具有显著的抗污能力,在连续使用10次后仍保持稳定的分离性能。此外,MXene@Ag材料能够优化复合膜体系的能带结构,促进电子-空穴(e^--h⁺)的有效空间分离,从而改善光电性能,实现对有机污染物(染料、抗生素)的高效去除,其中对亚甲基蓝染料的降解效率为98%。CNMA分离膜适用于有机污染物场景下的水环境修复,满足实际污水处理要求,具有十足的发展前景。

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PVP对有机无机复合绝缘FeSi粉芯力学性能与磁性能的影响^*

李晶晶, 张学斌, 刘伟, 张华, 张博玮, 邹中秋, 苏海林

功能材料. 2024, 55(6): 6019-6025. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.003

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在FeSi粉芯的环氧树脂/SiO₂绝缘工艺流程中添加PVP作为增强剂,系统研究了PVP添加量对粉芯生坯强度、成品强度以及磁性能的影响规律。研究发现,PVP的引入可增加绝缘层各组分之间以及绝缘层和磁粉之间的粘结力,进而有利于生坯强度的提高。在退火过程中,适量PVP的熔化还有助于SiO₂纳米粒子的均匀重排,从而增强成品强度。同时,适量PVP可促进稳定、均匀SiO₂绝缘层的形成,进而实现直流偏置性能的优化以及维持良好的磁导率频率稳定性和较低的磁芯损耗。PVP最佳添加量为0.3%(质量分数),相应的FeSi粉芯生坯强度为22 N,成品强度为305.76 N,有效磁导率在20~2000 kHz具有良好的频率稳定性,8000 A/m直流偏置场下的有效磁导率百分比高达86.5%,50 kHz/100 mT的损耗仅为522.7 kW/m³。

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木质基N,P共掺杂氧化石墨烯改性泡沫炭制备及电容去离子性能研究^*

孔祥鑫, 张坤, 吴振威, 李伟, 刘守新

功能材料. 2024, 55(6): 6026-6034. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.004

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以落叶松木屑为原料,磷酸二氢铵(NH₄H₂PO₄)为掺杂剂,氧化石墨烯(GOs)为改性剂,经过液化、树脂化、发泡、炭化以及CO₂活化制备出木质基N、P共掺杂氧化石墨烯改性泡沫炭(N,P-GCF)。采用SEM、XRD、Raman、XPS、接触角测量仪分别对N,P-GCF的表面形态、晶体结构、化学性质、亲水性能进行分析,通过改变NH₄H₂PO₄的添加量探究其对泡沫炭孔结构、电化学性能及电容去离子性能(CDI)的影响。结果表明:经GOs改性与NH₄H₂PO₄掺杂后,孔泡尺寸下降,无序性提高。N,P-GCF具有分级孔结构。当NH₄H₂PO₄掺杂量为2 g时,具有最高的比表面积(2684.11 m²·g^-1)、总孔容(1.42 cm³·g^-1)和介孔率(49.45%),N、P质量分数分别为2.48%和3.46%。N元素主要以N-5、N-6、N-X形式存在,P元素主要为P-C、P-N。相比于CF,N,P-GCF_2.0具有优异的润湿性及力学性能。在1 mol·L^-1 NaCl电解液的三电极体系中,1 A·g^-1的电流密度时N,P-GCF_2.0的比电容为256.48 F·g^-1,当电流密度增加至15 A·g^-1时,比电容保持率达72.51% 。在500 mg·L^-1的初始NaCl溶液、1.2 V的工作电压下,N,P-GCF_2.0具有最佳脱盐能力(29.97 mg·g^-1)及盐吸附速率(1.84 mg·g^-1·min^-1),10次循环后脱盐能力保留率为90.12%,具有较好的循环稳定性。

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ZnO/V₂C/Fe₂O₃三元复合材料的制备及其对MB的光降解性能^*

周卫兵, 向世桥, 孙李龙, 李康

功能材料. 2024, 55(6): 6035-6043. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.005

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采用高效催化剂技术可以处理工业废水中的污染物,而单相催化剂存在可见光响应范围窄的问题。通过静电自组装的方法制备ZnO/V₂C/Fe₂O₃三元光催化复合材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等分析技术对复合材料进行表征,并以亚甲基蓝(MB)染料为目标污染物,研究三元复合物的光催化性能。在紫外光和可见光分别照射120 min后,ZnO/V₂C/Fe₂O₃三元复合材料对MB染料的降解速率分别是纯ZnO的19.68倍和21.76倍。在复合Fe₂O₃和V₂C后,缩短了ZnO禁带宽度,激发响应范围到可见光区域,有更大的比表面积和更多的反应活性位点,从而使ZnO的光催化性能增强。

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Mn⁴⁺激活氟化物红色荧光粉的制备与表面改性研究进展^*

王晓, 赵豫洁, 李全安, 陈晓亚

功能材料. 2024, 55(6): 6044-6052. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.006

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白光发光二极管因其节能、环保、高效等特性,在照明和显示等领域具有广泛的应用。一直以来,获得具有低色温(CCT=2 700~4 500 K)、高显色指数(CRI, R_a>80)、节约成本且适宜人眼的暖白光发光二极管是该领域研究者不懈的追求。其中红色荧光粉在高显色性能荧光粉转换型白光发光二极管器件中发挥重大作用,其研究与开发具有重要意义。概述了近年来Mn⁴⁺掺杂氟化物红色荧光粉的研究进展,主要介绍了该类荧光粉材料的常规和绿色制备方法,针对Mn⁴⁺掺杂氟化物红色荧光粉耐湿性能较差的特点,对其改性的相关报道进行了总结归纳。最后,对此类荧光粉所面临的问题进行了分析展望。

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低压电器用银基触点材料研究与应用进展^*

高健峰, 何胜, 夏勇, 丁一, 王开让, 龙禹, 阮文骏, 段梅梅, 庞震

功能材料. 2024, 55(6): 6053-6061. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.007

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银基电接触材料是低压电器的核心部件,其性能指标直接决定电气设备的安全可靠性。基于绿色环保要求,传统的银氧化镉电接触材料含有毒物质Cd元素,正逐渐淘汰。与此同时,电气设备的升级换代对银基电接触材料提出了更高的性能要求。针对银基电接触材料,从触点材料的失效机理、常见的银基电接触材料分类进行讨论,同时针对各种银基电接触材料存在的问题、成分设计与工艺优化以及仿真模拟的应用进行了全面的综述,并结合材料的研发需求,给了未来银基电接触材料的发展建议,为银基电接触材料的研究发展提供参考。

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孔结构对硬碳储钠性能影响研究进展^*

李雪, 张亚婷, 朱由余, 胡艳萍, 孔政翰, 李可可

功能材料. 2024, 55(6): 6062-6068. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.008

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凭借独特的结构特性,硬碳被认为是最有希望推动钠离子电池产业化的负极材料。硬碳的储钠性能除了与其层间距和化学组成有关,与纳米孔道也密切关联,具有超微孔、大孔容、低比表面积及闭孔的硬碳,可以减少固体电解质界面膜对储钠的影响,利于钠离子的嵌入/脱出,设计并调控硬碳孔结构已成为提升钠离子电池性能的关键点之一。通过选择合适的前驱体材料,调整热解工艺参数(升温速率、热解温度),改进预处理(物理活化、化学活化)方法,掺杂杂原子,包覆涂层等手段可以有效实现孔结构的调控。利用先进的表征手段结合理论计算实现硬碳材料孔结构的合理设计,制备低成本、高容量、高循环稳定性的负极材料,将是未来钠离子电池的发展方向。

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水泥基材料无机纳米改性的研究进展^*

刘爽, 赵立革, 李雨洋, 韩康, 刘艳军, 李润丰, 赵宇翔, 郑永超

功能材料. 2024, 55(6): 6069-6078. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.009

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高性能水泥基复合材料的研究受到了广泛关注,纳米材料在促进水泥水化、提升水泥微观结构的致密性以及改善水泥基材料的力学性能和耐久性方面表现出色,赋予水泥基材料多样功能性的同时,减少水泥的添加量。从材料的机理层面出发,将不同维度的无机纳米材料对水泥基材料的水化、微观结构、力学性能以及耐久性等方面的影响进行了系统梳理,并展望了未来无机纳米材料改性水泥基材料的研究方向。

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无机固态电解质界面改性技术研究进展^*

刘利洁, 智海瑞, 张开悦, 杨全占, 赵晖

功能材料. 2024, 55(6): 6079-6087. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.010

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全固态锂离子电池,因其能量密度和安全性的优势而受到广泛关注,固态电解质作为全固态电池的核心部件对其工作性能具有至关重要的影响。当前研究较为成熟的固态电解质体系包括氧化物、硫化物和聚合物三种,其中氧化物固体电解质的能量密度、稳定性和循环寿命等性能较好,是较为理想的固态电解质材料,但其与电极间存在的严重的界面接触问题束缚了固态电池的大规模应用。目前针对改善不同类型固态电解质界面问题的研究较多,综述了近几年报道的无机固态电解质与电极间的界面问题的前沿研究,系统归纳了几类主要的界面改性方法,着重对复合正极、界面处理工艺优化、引入界面层以及复合电解质等研究方法进行了介绍与应用前景展望。

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海水基纳米流体分散稳定性和黏度特性研究^*

李翔, 吴张永, 蒋佳骏, 朱启晨, 蔡晓明, 莫子勇

功能材料. 2024, 55(6): 6088-6094. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.011

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以海水为基础液的纳米流体,可作液压介质应用于海洋液压设备,解决传统液压油因海水侵入引起的油液变质问题。以天然海水为基础液,通过两步法制备海水基SiC纳米流体,采用单一变量法探究不同组分配比纳米流体的分散稳定性和黏度特性。结果表明,NaCl会破坏颗粒双电层,降低纳米流体稳定系数,但表面活性剂CMC可吸附在SiC颗粒表面提供空间位阻,使稳定系数在10 d内维持在0.9左右。同时,验证了SiC粒径在40 nm,质量分数在1%左右,CMC质量分数在2%左右,纳米流体分散稳定性最佳。海水基纳米流体的黏度随颗粒添加量的增加而增大,在质量分数>1%时,上升趋势减缓;随着CMC添加量的增多,影响了纳米流体中的微结构,使海水基纳米流体的黏度随CMC质量分数增加而上升,上升趋势为平缓-急剧-平缓;受布朗运动的影响,黏度与温度呈负相关;纳米流体黏度随NaCl质量分数的增加而下降,下降趋势先快后慢。制备的海水基纳米流体具有较好的分散稳定性,可通过调控组分配比得到所需黏度,有助于纳米流体技术的进一步发展。

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结合布朗力与范德华力的磁流变液沉降模拟^*

吕彤辉, 魏镜弢, 李伊伦, 吴张永

功能材料. 2024, 55(6): 6095-6100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.012

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为提升磁流变液沉降稳定性的研究效率,改善只能通过实验检测磁流变液沉降性能的现状,本文通过动力学方法模拟磁性颗粒的微观力学模型,提出了无磁场条件下的磁流变液沉降模拟方法,并以基于电感的沉降检测实验验证了模拟方法的有效性。磁流变液的沉降过程是在无磁场环境下进行的,因此,文章在磁场条件下磁流变液微观力学模型的基础上,引入布朗力与范德华力的作用,去除了磁场对磁性颗粒的影响,并提出了考虑布朗力与范德华力的磁流变液沉降模拟方法;将磁流变液的各项参数代入到前文提出的磁流变液沉降模拟方法中,并与基于电感的磁流变液沉降检测实验数据进行对比,以验证所提方法的有效性。结果表明,引入布朗力与范德华力的磁流变液沉降模拟方法可以较为准确地预测磁流变液的沉降速率,有效解决当前磁流变液沉降稳定性研究耗时较长的缺点。

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Bi₂Te₃/KOH/PEDOT:PSS和SiO₂气凝胶增强钢丝绒热电性能研究^*

彭小敏, 雷洪, 陈伽俊

功能材料. 2024, 55(6): 6101-6107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.013

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在热电材料研究领域,一般认为金属的Seebeck系数较低,因此有关金属的热电性能的研究并不多见。但研究发现金属的物理形态对其热电性能具有影响。考察了金属纤维钢丝绒(SW)的热电性能。发现SW(主要成分为Fe)的Seebeck系数是块体铁的2倍。在此基础上,将SW与有机和无机热电材料进行复合,并在其空隙中填充SiO₂气凝胶,最终制备出了Bi₂Te₃/KOH/PEDOT:PSS@SW-SiO₂气凝胶复合材料,使其热电性能得到了进一步提升。结果表明,气凝胶的加入可使SW的导热系数降低34%。电导率(σ)、热导率(κ)和Seebeck系数(S)得到解耦。Bi₂Te₃/KOH/PEDOT:PSS@SW-SiO₂气凝胶的Seebeck系数、热电优值(ZT)和功率因子(PF)分别是纯SW的1.2、3.4、2.4倍。通过改变材料物理形态和添加气凝胶来提高材料热电性能的方式有望为其他热电材料的研究提供新的思路和有益参考。

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单相CuO与复相TiO₂-CuO-MgO对粉煤灰基陶瓷膜支撑体的性能影响研究^*

詹辉, 郭雅妮, 同帜, 吕相玉, 陈维星

功能材料. 2024, 55(6): 6108-6117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.014

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采用工业废弃物粉煤灰为主料,结合黏结剂(羧甲基纤维素CMC)、造孔剂(木炭粉),探究烧结助剂(单相:CuO;复相:TiO₂-CuO-MgO)在粉煤灰基陶瓷膜支撑体烧制中的作用与效应。其一探究单相烧结助剂CuO添加量对支撑体宏观理化特性(纯水通量、抗折强度、酸/碱腐蚀率)与微观结构特征(物质组成、微观形貌)的影响;其二通过正交实验研究复相烧结助剂TiO₂-CuO-MgO不同配比下支撑体性能表现从而得到最优制备方案。结果表明,在1 050 ℃烧制温度下,CuO添加量为1%(质量分数)时样品性能良好,此时纯水通量:2 649.577 L/(m²·h·MPa),抗折强度:49.677 MPa,酸/碱腐蚀率:0.471%/0.107%,平均孔径2.375 μm,孔隙率为45.347%;1 050 ℃条件下,TiO₂-CuO-MgO配比为1.5%(质量分数)TiO₂、0.7%CuO、5%MgO时,样品综合性能最佳,性能数据为——纯水通量:6729.268L/(m²·h·MPa),抗折强度:67.454 MPa,酸/碱腐蚀率:2.964%/1.427%,平均孔径4.216 μm,孔隙率为48.608%。

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基于响应面法的半柔性路面材料低温性能研究^*

程培峰, 王洋弘历, 李艺铭, 马广涛

功能材料. 2024, 55(6): 6118-6127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.015

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为提高半柔性路面材料(SFPM)低温抗裂性能,采用橡胶粉与硅烷偶联剂对水泥砂浆进行改性,制备复合半柔性路面材料(R&S-SFPM)。基于响应面分析法以劈裂抗拉强度、抗弯拉强度、最大弯拉应变、弯曲蠕变速率以及平均线收缩系数作为评价指标分析胶粉目数、掺量及硅烷偶联剂用量对SFPM低温性能的影响,并确定了可获得最优低温性能表现的R&S-SFPM掺配比例。结果表明:橡胶粉可提高SFPM的应力松弛能力,使其具有更好的柔韧性;硅烷偶联剂可提高SFPM力学强度。此外,橡胶粉及硅烷偶联剂掺量、胶粉目数均对SFPM低温性能改善效果有较大影响。当胶粉目数为60目、掺量为14%,硅烷偶联剂用量为0.72%时,R&S-SFPM综合低温效果最佳;与普通半柔性路面材料(O-SFPM)相比,R&S-SFPM的劈裂抗拉强度、抗弯拉强度、最大弯拉应变以及弯曲蠕变速率分别提高23.7%、7.6%、29.9%和15.2%。

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Ag₂CrO₄/g-C₃N₄复合材料光催化产氢性能及机理^*

芦涛, 张安超, 孙志君, 陈国艳, 张倩倩, 敬曼曼, 倪飞翔

功能材料. 2024, 55(6): 6128-6137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.016

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采用原位化学沉积法制备了一系列具有光催化产氢性能的Ag₂CrO₄/g-C₃N₄复合材料。利用X射线衍射、傅里叶变换红外、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱明确了复合物的物相组成、官能团结构、微观形貌、元素组成及其存在形态。采用紫外可见光漫反射、光致发光光谱和光电流测试探究了复合材料光吸收性能及光生载流子的分离情况,研究了光催化剂的产氢性能及其影响因素。结果表明,Ag₂CrO₄的引入不会改变g-C₃N₄原有的碳氮杂环结构,且Ag₂CrO₄以纳米颗粒形式分散于g-C₃N₄表面。虽然Ag₂CrO₄没有产氢效果,但随着Ag₂CrO₄含量的增加,复合材料的产氢速率先增大后减小。最优光催化剂Ag₂CrO₄/C₃N₄-4%的产氢速率是纯g-C₃N₄的2.7倍,其原因可能是Ag₂CrO₄和g-C₃N₄的耦合形成了Z型异质结,拓宽了g-C₃N₄的可见光响应范围,降低了电荷转移的阻抗,促进了光生载流子的迁移和分离。

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低温液压油基纳米磁流体的制备与流变特性研究^*

朱启晨, 吴张永, 蒋佳骏, 李翔, 莫子勇

功能材料. 2024, 55(6): 6138-6147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.017

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如何在纳米磁流体的磁流变效应和沉降稳定性之间取得平衡是值得研究的问题,增大颗粒尺寸可能是解决这一问题很好的选择。采用可控的化学共沉淀法合成了粒径约为25 nm的Fe₃O₄磁性颗粒,并对其进行了物相分析和磁性能表征。以肉豆蔻酸为表面活性剂、RP4350型航空液压油为分散相制备了纳米磁流体,其在强磁场下能长时间保持稳定,适用温度范围为-35~95 ℃。研究了纳米磁流体磁流变特性随磁场强度和温度的变化规律。结果表明,在低温和强磁场的作用下,纳米磁流体具有更大的屈服应力,最高可达0.16 kPa,即使在屈服以后,样品也能表现出更强的磁黏效应。采用振幅扫描对纳米磁流体动态流变特性进行了测试。磁场强度的增大和温度的降低可以有效增强纳米磁流体的抗剪切能力,从而导致储能模量的升高;线性粘弹性(LVE)区、储存模量和损失模量的交叉点也均会向更高应变幅值移动。这些发现有助于大颗粒在纳米磁流体中的研究,可以为其在更宽温度中的应用提供指导。

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氧化镁膨胀剂与纳米二氧化硅协同作用对UHPC性能的影响^*

李顺凯, 赵欢, 曾秦威, 李杰, 冉耀, 张占强

功能材料. 2024, 55(6): 6148-6152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.018

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研究了氧化镁膨胀剂(MEA)和纳米二氧化硅 (NS)对超高性能混凝土(UHPC)的力学性能和早期自收缩的影响,并采用XRD及SEM等对其早期水化反应过程和水化产物进行微观测试。结果表明,MEA和NS的掺入均会降低UHPC的流动性,二者复掺时流动性会进一步降低;掺入MEA会降低不同龄期UHPC的抗压强度,但掺入适量的NS和MEA可以明显改善UHPC的抗压强度及早期自收缩。XRD及SEM微观测试结果表明,NS可有效降低UHPC体系中氢氧化钙含量,复掺0.5%NS和6.0%MEA的UHPC体系结构更为致密,无明显的宏观孔和片状氢氧化钙,使得该UHPC具有良好的体积稳定性和力学性能。

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SiO₂包覆层对BaTiO₃@SiO₂复合陶瓷微观结构和储能性能的影响^*

刘嘉辰, 吴佳伟, 刘跃明, 同阳, 马江微, 雍辉, 胡季帆

功能材料. 2024, 55(6): 6153-6159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.019

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为了获得高击穿场强和高能量密度的复合陶瓷材料储能电容器,其难点之一是研究应用于复合陶瓷材料的纳米颗粒的界面和边界层的影响。对表面包覆了不同厚度SiO₂的不同尺寸的BaTiO₃纳米颗粒经烧结得到的BaTiO₃@SiO₂复合陶瓷材料进行微观表征与储能性能对比研究。研究发现,采用SiO₂包覆BaTiO₃颗粒烧结的方法提高了陶瓷材料的击穿强度和放电能量密度。减小BaTiO₃纳米颗粒的尺寸使BaTiO₃与SiO₂的界面大量增加,这影响了新相的形成并且使晶体结构发生变化。导致使用较大填料颗粒的BaTiO₃@SiO₂复合陶瓷材料比使用极细填料颗粒的BaTiO₃@SiO₂复合陶瓷材料具有更致密的金相组织,更高的击穿场强和更高的放电能量密度。

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基于光学辐照方法调控荧光光强及显色性^*

陈浩, 惠增哲, 陈玉丽, 龙伟, 张小丽, 丁礼磊

功能材料. 2024, 55(6): 6160-6166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.020

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随着信息技术的发展,产品防伪和信息保护已成为许多行业密切关注的问题,研发防伪复杂度高的光学防伪材料受到研究人员越来越多的关注。选用Er³⁺掺杂Ca₂SnO₄基体,发现Er³⁺掺杂将占据4h位阳离子位置,在提升材料的光学性能过程中,具有两方面的作用。一方面,Er³⁺作为发光中心,380 nm激发下,分别产生以550 nm为主峰的绿光发射和以671 nm为主峰的红光发射。另一方面,非等价的取代掺杂在材料中引入缺陷陷阱捕获载流子形成色心,有助于材料具备光致变色能力。在UV光源辐照后,材料的光致发光光强和荧光寿命表现出衰减调制现象。同时,材料的荧光显色参数如CIE色度坐标、色纯度、相关色温也会因UV光源辐照被调控。最后,借助能量传递理论,分析得到由发光中心向色心的能量传递是材料荧光调控现象产生的原因。上述研究表明通过外部光源照射的方式能够对Er³⁺掺杂Ca₂SnO₄荧光光强及显色性产生调控,在光学防伪领域具有应用潜力。

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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^*

王永芳, 高利平

功能材料. 2024, 55(6): 6167-6173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.021

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以聚丙烯纤维为增强相,制备了聚丙烯纤维改性多孔生态混凝土,研究了纤维掺杂量对混凝土微观形貌、力学性能、抗冻性能的影响。结果表明,适量的聚丙纤维掺杂到多孔生态混凝土中后被混凝土基体紧密包裹,在混凝土内部形成了稳固的纤维网络结构,使混凝土粗骨料之间的胶结力得到提高,抗变形能力增强,裂纹和骨料脱落的现象减少。当聚丙烯纤维掺杂量为0.9%(体积分数)时,混凝土的抗压强度、抗折强度、峰值应力和挠度均达到最大值,分别为29.95,5.04,28.00 MPa和6.8 mm。混凝土残余承载力从大到小依次为PP-0.9%＞PP-0.6%＞PP-0.3%＞PP-1.2%。150次快速冻融测试后,随着聚丙烯纤维掺杂量的增多,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降低,当聚丙烯纤维掺杂量为0.9%(体积分数)时,混凝土的质量损失率最小为1.38%,相对动弹性模量最大为90.45%。综合可知,聚丙烯纤维掺杂量0.9%(体积分数)的混凝土的力学性能和抗冻性能最优。

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速度作用下SnAgCu-Al₂O₃/TiNi的摩擦学性能与磨损机理^*

唐俊, 林海波, 熊邦英, 杨慷

功能材料. 2024, 55(6): 6174-6184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.022

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高镍钛基合金(TiNi)具有密度低、比强度高等优点,广泛应用于机械工程等领域。由于TiNi合金的耐磨性较差,限制了TiNi合金在相关领域的开发和应用。为了提高TiNi合金的减磨抗磨性能,使用激光打标机在其表面设计制备鱼鳞状表面纹理并填充复合固体润滑剂SnAgCu-Al₂O₃(S-A/TiNi)。在表面纹理角度参数为70°的条件下,研究了不同速度对S-A/TiNi复合材料摩擦学性能的影响。结果表明,当速度为 0.037 m/s 时,S-A/TiNi-70°的磨痕表面产生温升,提高了固体润滑剂的塑形性能。固体润滑剂在应力的作用下固体润滑剂被挤出织构,促进润滑膜产生,获得最佳的摩擦学性能。当速度较高时(>0.037 m/s),摩擦表面温升快,使得固体润滑剂塑性性能增强。润滑膜在应力的作用下产生破坏,导致摩擦学性能降低。当速度较低(<0.037 m/s)时,摩擦表面产生较多的热量,使得固体润滑剂塑性形变过大。在循环应力作用下润滑膜容易发生剥落,导致基体摩擦学性能降低。

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环氧/聚酯复合树脂导电银浆的制备与研究^*

赵科良, 王大林, 赵云龙, 刘振国, 孙欣烨, 卢睿涵

功能材料. 2024, 55(6): 6185-6190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.023

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通过环氧树脂与聚酯树脂共混方法,研究了不同共混树脂银浆的流变、导电和力学特性。采用流变仪对树脂银浆的触变性和触变恢复率进行了探讨,进而讨论了流变性对印刷膜层的影响。原位电阻测试法对树脂银浆热固化电阻变化情况进行了监测,结果显示银浆中环氧树脂的含量对电阻有较大的影响。采用推力测试方法对树脂银浆在Al2O3基板的附着强度进行了评价,并评测了树脂银浆的热冲击性能。研究结果显示C-1银浆在环氧树脂和聚酯树脂含量比为1∶0.6时,粘度适中,10 s后触变恢复率58.03%,印刷表面平整;200 ℃固化30 min电阻为2 Ω左右,附着强度约为10 N/mm²,经260 ℃热冲击附着强度无明显劣化,综合性能较优,适用于电子元器件的工艺要求。

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正二十烷/十二水磷酸氢二钠/膨胀石墨复合相变蓄热储能材料的制备与性能分析^*

杨毅, 彭靖棠, 陈志莉, 董玉杰, 吴洋, 吕楠

功能材料. 2024, 55(6): 6191-6195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.024

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为解决十二水磷酸氢二钠的过冷、相分离、循环稳定性等问题,研发制备N-E/DHPD/EG复合相变材料,并对其各项性能进行表征分析。N-E/DHPD/EG复合相变材料过冷度降低到1 ℃以内,同时保持了229 J/g以上的相变焓,在保证相变焓不产生过大降低的情况下,复合相变材料过冷度问题得到很好的改善。同时,膨胀石墨的加入,极大的提升了复合相变材料的导热系数达1.086 W/(m·K)以上,且循环稳定性较好。

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两亲型碳量子点的制备及驱油性能评价^*

黄鹤云, 于洪江, 李金涛, 崔彦琦, 雷亮

功能材料. 2024, 55(6): 6196-6201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.025

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以葡萄糖作为碳源,十二烷基羟丙基磺基甜菜碱(DHSB)作为表面修饰剂,通过一步水热法快速合成了稳定的两亲型碳量子点驱油剂(CQDs-S)。采用FTIR、TEM和DLS表征CQDs-S的结构、形貌及分散稳定性,通过界面性能测试、接触角测量、静态洗油实验研究CQDs-S的性能优势,与碳量子点驱油剂CQDs和表面活性剂DHSB对比采收率差异,分析CQDs-S提高采收率的机理。结果表明,CQDs-S是平均粒径为7.8 nm的球状颗粒,其表面修饰烷基而具有两亲性,具有良好的稳定性。质量浓度为0.1%的CQDs-S使油水界面张力降低到0.96 mN/m,使接触角减小到48.5°,静态洗油效率高达86.8%,在渗透率为50×10^-3 μm²的岩心中使采收率提高16.74%,较CQDs和DHSB有明显提升。CQDs-S能够降低油水界面张力,改变岩石润湿性,实现调堵作用,是一种高效的纳米驱油剂。

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柔性抗冻水凝胶电解质的快速制备与性能研究^*

格格塔娜, 贺日东, 冀国俊

功能材料. 2024, 55(6): 6202-6211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.026

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以丙烯酰胺(AM)作为聚合单体加入交联剂亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)、引发剂过硫酸铵(APS)与L型卡拉胶(LC)和氯化钾(KCl)通过一锅法交联聚合制备出复合水凝胶(PAM-LC)。为了拓展该水凝胶作为电解质在极寒条件下的应用,研究了锂盐浓度及浸泡时间对提高PAM-LC基水凝胶电解质的抗冻性、导电性及机械稳定性的影响。结果表明:未浸泡过的水凝胶在-12.68 ℃时会发生冻结,而经过在氯化锂溶液中浸泡的水凝胶在-75 ℃下都不会发生冻结,且通过电化学阻抗EIS的测试,可以得出在-30 ℃的环境下凝胶导电率可以达到8.03 ms/cm,并且在室温下也能达到22.77 ms/cm,具有良好的导电性能。通过机械性能测试得到在常温下未浸泡的水凝胶具有优异的力学性能但抗冻性差,经过5M氯化锂溶液浸泡24 h后的水凝胶(PAM-LC-LiCl)在-20 ℃冷冻后仍表现出较好的机械稳定性。

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BiOX基复合材料的制备及光催化性能研究^*

朱曲平, 刘香香, 王姝, 袁兰, 刘成兵

功能材料. 2024, 55(6): 6212-6217. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.027

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BiOI作为BiOX材料中的一种,具有带隙窄、对可见光吸收强的优点。以TiO₂为原料,采用溶剂热法制备了TiO₂-BiOI复合材料,通过XRD、SEM、TEM、UV-Vis、PL及光催化降解等手段对复合材料进行了表征,探究了TiO₂不同复合比对复合材料结构和光催化性能的影响。结果表明,球状颗粒的TiO₂分布在BiOI的片层之间,二者复合后提高了复合材料在可见光区域的光响应能力,减小了带隙宽度。发射光谱表明,TiO₂-BiOI复合材料在467 nm处出现了本征发射峰,发射峰强度随TiO₂质量分数的增加先降低后轻微增大,TiO₂-BiOI-30%的PL强度最低。以甲基橙溶液模拟降解废水,TiO₂-BiOI复合材料对甲基橙的光催化降解率随TiO₂质量分数的增大表现出先增大后降低的趋势,TiO₂-BiOI-30%在180 min时对甲基橙的降解率最高为99.57%,较纯BiOI提高了100.62%,重复使用5次后降解率依旧高达97.02%,具有优异的重复使用性能。

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纳米CaCO₃与碳粉低热固固耦合原位制备纳米CaO和CO^*

陆子煊, 叶献民, 蔡正宇, 张冰姿, 唐美

功能材料. 2024, 55(6): 6218-6223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.028

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高温条件下固相CaO可直接与CO₂反应生成CaCO₃,CO₂捕集率达78.57%(质量分数),是解决碳排放的高效手段。钙循环技术中如何降低CaCO₃分解温度、CaO再生和CO₂利用是关键问题。研究通过纳米CaCO₃和碳粉的低热固固耦合反应同时实现纳米CaO再生和CO₂原位转化为CO,使纳米CaCO₃分解温度下降46 ℃,分解速率提高约50%,再生的多孔纳米CaO粒径小而均匀,可再次捕集CO₂实现钙循环利用,由CO₂转化的CO可应用于工业合成气。纳米CaCO₃和碳粉具有原料来源广泛、价格低廉、安全性高、运输便捷等优点,该低热固固耦合反应在低成本前提下具有提高CO₂捕集和利用效率的潜力。

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Si含量对汽车用铝合金组织和性能的影响^*

樊富起, 徐敏道

功能材料. 2024, 55(6): 6224-6229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.029

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制备了不同Si掺杂质量分数的汽车用铝合金材料,通过XRD、OM、SEM、力学性能试验和摩擦磨损试验研究了Si质量分数对铝合金物相结构、显微组织、硬度、拉伸强度、磨损性能和磨损形貌的影响。结果表明,铝合金主要是由α-Al、Mg、Si以及第二相Mg₂Si和Mg₁₇Al₁₂组成,Si掺杂质量分数的增加细化了珊瑚状的α-Al相,第二相主要析出在晶界处。随着Si掺杂质量分数的增加,铝合金的拉伸强度和硬度先增大后减小,屈服强度持续增大,断裂延伸率持续降低,Si掺杂质量分数3%的铝合金的拉伸强度达到最大值264.8 MPa,对应的屈服强度为189.6 MPa,硬度为最大值58.8 HV,对应的断裂延伸率为10.6%。磨损测试结果表明,磨损量和摩擦系数均随Si掺杂质量分数的增加表现出先降低后增大的趋势,当Si掺杂质量分数为3%时,铝合金的摩擦系数和磨损量均达到了最低值,分别为0.052及64.8 mg,铝合金的耐磨损性能最佳,磨损面中犁沟的方向均匀一致。

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CNT/PDMS复合材料的直写打印技术及性能测试^*

陆晗婧, 陈志刚, 罗斌, 肖洋, 李雅芳

功能材料. 2024, 55(6): 6230-6236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.06.030

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针对复合材料的制备需求以及具有导电性能的碳纳米管(CNT)-聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合材料在柔性传感方向的使用需求,利用直写打印与复合材料制备相结合,研究了CNT/PDMS复合材料的直写打印工艺及测试了其传感性能。在实验中,配制了不同CNT含量的打印墨水,通过测试其自举性及导电性得到CNT含量为7%的墨水在打印时出丝顺畅且能打印复杂结构。优选200 kPa的挤出气压、20 mm/s的打印速度进行打印。通过对不同形状的网格打印效果和导电性进行测试,选择60%密度的网格进行打印。为了提高固化后的导电性,选择80 ℃,加热2 h进行固化。在此基础上,打印CNT含量不同的网格结构,测试其灵敏度在0~10 kPa范围内变化相对明显,往后加压电阻变化率增长速度放缓;对材料往复施加不同压力,其稳定性良好;将不同质量砝码间歇式的压在网格结构上时,测试得该复合材料的传感分辨率良好。这为后续研究直写打印技术制备复合材料打下了良好的基础。

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2024年, 第55卷, 第6期　刊出日期：2024-06-30

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