纳米材料

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研究·开发

热剥离处理对氮化碳2D纳米片结构和光催化性能的影响

肖柯, 李伟超, 周烈兴, 解林坤, 柴希娟

功能材料. 2022, 53(1): 1090-1096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.014

摘要 (655)

PDF全文 (53)

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石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因制备成本低、无毒无害、物化性能稳定等优点而备受关注,然而,不同前驱体制得的g-C₃N₄的产率和光催化活性也不同。分别以尿素、二氰胺、三聚氰胺为前驱体,采用热剥离法制备了氮化碳2D纳米片。系统考察了不同前驱体及热剥离温度对氮化碳结构和光催化性能的影响。结果表明,以尿素为前驱体不经热剥离可以直接制得光催化性能优异的g-C₃N₄2D纳米片,其对亚甲基蓝的降解率最高,为60%,但其产率极低,约2%~3%。以二氰胺和三聚氰胺为前驱体制得的氮化碳再经热剥离处理可得到结构疏松、光催化性能优异的2D g-C₃N₄纳米薄片,其产率可分别高达32.5%和36.8%。其中,以双氰胺为前驱体在580 ℃处理4 h后制得的2D纳米薄片g-C₃N₄光催化活性最优,其对亚甲基蓝的降解效率可达91.1%,较未剥离样品提高了40%。经4次循环使用后,其降解率仍可保持在90%,表现出良好的稳定性和重复实用性。

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综述·进展

微波法制备光催化纳米材料的应用及其性质研究

张敏, 陈邦富, 李宇涵, 董帆, 段有雨

功能材料. 2022, 53(11): 11081-11087. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.011

摘要 (569)

PDF全文 (73)

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微波法作为纳米材料合成的一种新策略,不仅具有加热均匀、反应速度快,而且还具有高灵敏和高选择性等特点。因此,首先简要介绍了微波理论和微波加热机理,然后总结了单一催化材料、不同元素的掺杂材料以及构建纳米复合材料的微波合成策略,并剖析了微波法对催化剂的微观结构以及结晶度的影响,为高效、低能耗合成具有高性能的半导体光催化剂提供新思路。最后,本文也提出了微波合成光催化材料在实际应用中所面临挑战以及未来发展的前景。

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综述·进展

溶液喷射纺纳米纤维的工艺研究及应用进展

胡艳丽, 何诗琪, 李凤艳, 张昊, 石磊

功能材料. 2022, 53(1): 1048-1054. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.008

摘要 (554)

PDF全文 (53)

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纳米纤维凭借其优异的孔隙率和表面体积比成为了研究热点,成功地应用在电容器、过滤分离、伤口敷料、传感器等领域。近年来,人们提出了多种纳米纤维制备方法,如静电纺丝、熔喷法、离心纺丝法和溶液喷射法等。其中溶液喷射法具有成本低、可原位操作、纤维生产速率高等优点。这种制备工艺通过高速气流蒸发聚合物溶液的溶剂来吹塑纳米纤维。综述了溶液喷射纺纳米纤维的制备原理和技术,重点分析了聚合物溶液、喷嘴、气流场等工艺因素对溶液喷射纺纳米纤维的形态影响。分析了目前溶液喷射纺的各种应用,并对其未来发展进行了展望。

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热点·关注 (2022年度重庆市出版专项资金资助项目)

纳米纤维素制备及定向排列研究进展

宿晓天, 陈继飞, 陈文刚

功能材料. 2023, 54(8): 8014-8024. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.003

摘要 (481)

PDF全文 (57)

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随着纳米纤维素材料的应用越来越广泛,研究发现有纳米纤维素复合材料可以改善其整体性能且成本低来源广泛。采用不同的方法制备纳米纤维素材料如纳米纤维素晶体(CNC),微晶纤维素(MCC),纳米纤维素(NFC),细菌纳米纤维素(BNC)等材料,借助于机械拉伸,纺丝法、电场、磁场等方法用做制备定向排列高取向度,高性能,高强度和刚度等纳米纤维素材料,应用于纺织业,医疗行业,光学器件等领域。上述对方法和材料进行简要讨论,总结材料方法应用特性场合。

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综述·进展

氮化硼纳米管/聚合物纳米复合材料导热性能研究进展

刘鑫, 阎峻, 黄子芮, 芦艾, 章日超

功能材料. 2023, 54(1): 1050-1057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.008

摘要 (434)

PDF全文 (87)

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随着电子信息技术和纳米技术快速的发展,高导热聚合物复合材料引起来国内外学者的广泛关注。氮化硼纳米管(boron nitride nanotubes,BNNTs)具有稳定的化学性质、优异的电绝缘性、热稳定性、高热导率、良好的机械强度等特点,与聚合物复合制备高导热聚合物复合材料,广泛应用于电子器件、航天航空、化学工程、微电子包装、生物医用材料和太阳能利用等领域。综述了BNNTs的性质、制备方法及其聚合物复合材料的导热性能研究进展。

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工艺·技术

丙烯酸纤维素纳米纤丝复合水凝胶颗粒的制备及其性能研究

张伟风, 罗浪漫, 耿绍, 陈宏芳, 符丽梅, 温洋兵

功能材料. 2022, 53(5): 5205-5212. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.05.027

摘要 (404)

PDF全文 (33)

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以丙烯酸纤维素纳米纤丝(ACL-CNF)为聚合轴心, 以过硫酸铵(NH₄)₂S₂O₈)为引发剂与丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2甲基丙磺酸(AMPS)通过反相悬浮聚合制备出复合水凝胶微球P(AAACC)。对P(AAACC)的聚合过程、微观形态、溶胀性、机械强度以及耐温耐盐性进行了研究。结果表明,在盐浓度为10%(质量分数)时平衡溶胀倍率为13.59 g/g, 在120 ℃时平衡溶胀倍率为30.15 g/g, 与普通水凝胶相比分别提高了2.63倍和3.15倍; 复合水凝胶颗粒在压缩比为85% 时恢复性为84.8%, 而普通水凝胶已经出现破裂;利用TG-DTG分析可以看出ACL-CNF与单体之间发生了共聚反应, 并且热稳定性得到了提升;在高温高盐下老化七天后复合水凝胶颗粒的保水率为92.1%与普通水凝胶相比提高了11%, 机械强度在去离子水和盐水中分别提升了2.5倍和2.79倍。

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研究·开发

还原氧化石墨烯/碳纳米管透明导电薄膜的制备及性能研究

王玉周, 郭金慧, 孙少娟, 康銘清, 李鹏程, 于翔

功能材料. 2022, 53(2): 2135-2139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.020

摘要 (383)

PDF全文 (35)

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使用天然植物多酚——单宁酸(TA)作为氧化石墨烯(GO)的还原剂,通过“一步法“实现了对GO的绿色还原和功能化。随后,将TA还原氧化石墨烯(RGO)和碳纳米管(SWCNT)结合起来,共同构筑具有三维结构的石墨烯/单壁碳纳米管(RGO/SWCNT)透明导电薄膜(TCFs)。该薄膜有着良好的导电性(透光率为75.1%时,面电阻为36.1 Ω/sq)、较低的粗糙度(薄膜的粗糙度仅为5.45 nm)、优异的柔性(经过1 000次弯折试验后,薄膜的面电阻保持不变)和较好的界面黏附力(薄膜的黏附因子均大于0.9)。该复合薄膜拥有良好的性能可以应用在柔性可穿戴器件领域。

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综述·进展

聚合物/膨润土纳米复合材料的研究进展

周萍, 李明, 武元鹏

功能材料. 2022, 53(7): 7058-7068. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.007

摘要 (380)

PDF全文 (48)

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聚合物/膨润土纳米复合材料是实现纳米尺度复合的材料,结合了纳米材料特点、膨润土片层结构及聚合物可调控性。因其结构特点在环境保护、医学药学、石油化工等领域发挥了重要作用。综述了聚合物/膨润土纳米复合材料的研究进展,介绍了该类材料的结构特点、分类、制备方法及构效机理;梳理了其在主要应用领域的应用现状;总结了聚合物/膨润土纳米复合材料存在的难点;展望了该类材料的发展方向及应用前景。由于聚合物存在于膨润土片层的受限空间,链段运动被束缚,该类材料在提高聚合物耐温性上有重要作用,对井筒工作液用高温处理剂的开发有重要意义。

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综述·进展

银纳米线透明导电薄膜的制备及其性能优化

陈伊男, 衷水平, 肖妮, 唐定

功能材料. 2022, 53(4): 4067-4074. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.009

摘要 (377)

PDF全文 (55)

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随着柔性光电子技术的不断发展,传统的脆性氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜材料已不能满足应用要求。银纳米线(Ag nanowires,AgNWs)透明导电薄膜因具有优异的导电性、透光性和机械性能,在柔性光电子器件中将具有广阔的应用前景。首先总结了AgNWs透明导电薄膜的成膜工艺方法,包括迈耶尔棒涂法、喷涂法、卷对卷涂布法、真空抽滤法和印刷法等。然后,从提高AgNWs透明导电薄膜的光电性能、稳定性、机械性能和与基材的附着力4个方面出发,介绍了各种性能优化处理工艺。最后,展望了AgNWs透明导电薄膜制备及性能优化的未来发展方向。

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研究·开发

尺寸可控的二氧化锰纳米花的制备及降解RhB性能研究

郝新丽, 赵敬哲, 李林怡, 常硕硕, 李路锋

功能材料. 2022, 53(9): 9115-9121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.09.016

摘要 (376)

PDF全文 (46)

可视化

利用液相合成的方法,在90 ℃下,高锰酸钾在酸性条件下发生自分解反应制备了水钠锰矿型二氧化锰(Bir-MnO₂)纳米花。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜等手段,对制备的Bir-MnO₂纳米花的结构与形貌进行了表征。在合成反应中通过控制油酸钠的加入量制备出不同尺寸的纳米花,其原理是油酸钠与高锰酸钾反应生成Bir-MnO₂晶核,在锰含量一定的条件下晶核越多纳米花的尺寸越小。对制备的Bir-MnO₂纳米花进行了降解罗丹明B(RhB)性能的研究,考察了纳米花尺寸、pH值对降解性能的影响以及循环降解的能力。实验结果表明,Bir-MnO₂纳米花尺寸越小,降解RhB的性能越好;体系pH值是降解反应的控制因素,pH值在4以下Bir-MnO₂纳米花降解RhB性能最佳,RhB的降解率可达到92.4%;制备的Bir-MnO₂纳米花经过5次循环降解,RhB降解率均在85%以上。

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综述·进展

无机纳米闪烁体的研究进展

张悦, 景泽坤, 郭亚昆, 夏斌元, 帅茂兵, 詹斌

功能材料. 2023, 54(8): 8054-8062. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.007

摘要 (374)

PDF全文 (65)

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从闪烁机理入手,结合相关的物理现象介绍了无机纳米闪烁体的基本特性、优缺点和局限性。围绕纳米闪烁体的物理形式,如粒子、薄膜、陶瓷和玻璃等,探讨了不同结构的特点,以及纳米技术在闪烁体领域的应用。分析了纳米尺度下闪烁过程的主要影响因素,从结构效应、表面效应、限域效应等角度阐释了相关行为和机制。论述了无机纳米闪烁体在电离辐射探测等领域的研究进展,并对纳米闪烁体的应用前景进行了展望。

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研究·开发

纳米纤维素-氧化石墨烯层状薄膜的制备与性能

张兴丽, 陈之岳, 陈昊

功能材料. 2023, 54(1): 1092-1096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.012

摘要 (370)

PDF全文 (44)

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纳米纤维素是具有可再生性、可降解性的天然高分子材料。基于氧化石墨烯优越的物理性能,采用真空抽滤方法制备纳米纤维素-氧化石墨烯高度有序层状结构以提高纳米纤维素薄膜的力学强度和疏水性能。实验结果表明,当石墨烯质量分数为4%时,纳米纤维素-氧化石墨烯层状薄膜的拉伸强度达到最大值204.4 MPa,比原始CNCs薄膜抗拉强度提升58.8%。层状薄膜的弹性模量随氧化石墨烯质量分数的增加呈现先增加后降低的趋势。通过对层状薄膜进行微观形貌分析和动态热机械性能分析验证了力学试验结果的准确性。对纳米纤维素薄膜和纳米纤维素-氧化石墨烯层状薄膜的接触角进行测定,发现由于纳米纤维素的氢键网络与氧化石墨烯表面游离羟基之间的相互作用,层状薄膜的疏水性能显著提升。

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综述·进展

纤维素纳米晶柔性功能光子材料的制备及应用研究进展

李孟情, 李仁爱, 张宏壮, 陈妍, 刘祝兰, 曹云峰

功能材料. 2022, 53(12): 12053-12064. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.12.008

摘要 (366)

PDF全文 (31)

可视化

利用绿色可再生和具有自组装成光子结构能力的纤维素纳米晶体(CNCs)构筑柔性功能材料可提供丰富直观的可视化信息、降低成本并减少不可降解材料的危害。但是由于体系内缺乏有效的软能耗相,基于CNCs的光子材料具有机械易碎和缺乏动态光学响应等不足,为其功能性拓展应用带来了一定的挑战。因此,根据CNCs的结构特点,详细介绍了目前CNCs光子膜的制备方法及其影响因素,进而对目前CNCs光子膜从机械刚性到机械柔性和机色响应性的各种合成调控策略进行了总结。同时,还着重强调了CNCs柔性功能光子材料的各种有前景的应用方向以及未来面临的挑战。

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综述·进展

水热法制备锰氧化物纳米线的研究进展

李硕, 蒋志强, 刘芳, 王兴军, 侯云

功能材料. 2023, 54(8): 8085-8095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.010

摘要 (364)

PDF全文 (65)

可视化

锰氧化物由于其优异的结构多样性以及新颖的物理和化学性质而备受关注,常见的锰氧化物MnO₂,Mn₂O₃,Mn₃O₄,MnO在催化、磁性应用、储能等领域具有广阔的应用前景。材料维度的减小可能会带来性能的提升,因此人们在制备锰氧化物纳米线方面做了很多努力,特别是采用水热法制备了具有不同晶体结构的锰氧化物纳米线。概述了水热法制备过程中生长参数(反应温度、反应时间、pH值等)对锰氧化物纳米线结构与形貌的影响,旨在为水热法生长尺寸可控、性能良好的锰氧化物纳米线提供参考。

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研究·开发

小球藻藻渣纤维素纳米纤维的制备及对染料的吸附研究

张丽娜, 朱锦, 霍晓敏, 刘长斌, 王连峰

功能材料. 2023, 54(8): 8177-8182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.022

摘要 (349)

PDF全文 (20)

可视化

纳米纤维因其高比表面积、生物可降解等特性被广泛用作水处理材料。小球藻经生物炼制后的藻渣富含纤维素而不含木质素,通过相对简单的纯化就可以获得高品质的纤维素。研究通过均质法从小球藻油脂提取残留物中制备了纤维素纳米纤维(CNF),其平均直径为(4.1±2.3)nm,平均长度为(375±35.3)nm.此后,利用制备的CNFS进行亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR)的吸附研究,发现CNF对MB的吸附符合伪一级动力学模型,对CR的吸附符合伪二级动力学模型;通过对不同浓度MB、CR吸附等温线分析表明CNF对MB、CR吸附符合Langmuir等温线,最大吸附能力分别达到161.25和181.36 mg/g。两种染料的初始pH值对CNF吸附具有显著影响,MB初始pH=8时CNF具有最大吸附能力;CR在pH值5~10范围内,pH越低CNF吸附能力越强。

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综述·进展

纳米晶NiTi形状记忆合金在生物医用中的应用展望

沈启航, 李自来, 唐王, 史晓斌

功能材料. 2023, 54(8): 8063-8070. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.008

摘要 (340)

PDF全文 (49)

可视化

传统的NiTi合金具有超弹性、形状记忆效应及优异的生物相容性在众多领域都有广泛应用,例如:在生物医用领域被制备成口腔正畸弓丝和血管支架。但生物医用器材需要精密化及小型化,传统NiTi合金已经跟不上发展,经过严重塑性变形的纳米晶NiTi合金比传统的粗晶和超细晶NiTi合金拥有更好的拉伸、抗压强度、塑性和疲劳性能等性能。有望扩大在生物医用领域的应用范围。纳米晶NiTi合金可以用于新型医疗器械制造和骨科生物材料,与Ag组合成NiTiAg三元合金不仅力学性能优异,还附带抗菌效果;与W纳米线/带复合形成W-NiTi复合材料提高辐射不透明度,使器械和植入物在人体内的定位和部署更加简单。近年来,还有一种新型表面改性技术:超声波纳米晶表面改性,在NiTi合金表面产生纳米结晶以改善疲劳和耐腐蚀性能等。主要介绍现有的NiTi合金的应用以及纳米晶NiTi合金在生物医用领域的应用展望。

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热点·关注

超细铜纳米线的低温制备及其室内光伏电池性能的研究

戴世杰, 李铭, 吴颖豪, 祝鑫煜, 蔡宇航, 马绍昆, 陈迪春, 郑灵灵, 云大钦

功能材料. 2023, 54(1): 1012-1019. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.003

摘要 (328)

PDF全文 (78)

可视化

金属纳米材料的局域表面等离子体共振(LSPR)具有非常独特的光电性质,对基于LSPR效应提高薄膜太阳能电池光伏性能的研究已成为国内外广泛关注的热点研究领域之一。采用低温水热还原法以葡萄糖为还原剂,二水合氯化铜为铜源,十六烷基胺和十八烷基胺为封端剂合成了直径约为20 nm的面心立方结构的超细铜纳米线。利用X射线衍射(XRD)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)和扫描电子显微镜(SEM)对合成产物的晶体结构、形貌和光学性质进行了表征。此外,将铜纳米线和氧化锡纳米粒子(SnO₂ NPs)混合作为电子传输层,利用其LSPR效应提高钙钛矿太阳能电池(PSCs)的光捕获效率和电子输运效率,并对器件的室内光伏性能的影响进行了研究。研究表明,与未引入Cu NWs的器件相比,引入Cu NWs的PSCs在光强100 mW/cm²的模拟太阳光下的能量转换效率(PCE)从原来的18.4%提升至20.5%;在2 000 lux的室内LED光源下的PCE从原来的27.8%大幅提升至35.2%,室内光伏效率提升幅度高达26.6%。

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研究·开发

静电纺丝法制备PLA/rGO纳米纤维膜及其在油水分离中的应用

杜国勇, 段艺, 袁巧, 胡四维

功能材料. 2022, 53(3): 3162-3166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.022

摘要 (326)

PDF全文 (15)

可视化

使用改进的hummers法制备了氧化石墨烯,并用抗坏血酸还原了氧化石墨烯制备了具有疏水性能的rGO。使用静电纺丝的方法制备了PLA/rGO纳米纤维膜,探究了rGO的加量对PLA纳米纤维膜疏水性的影响。PLA/rGO纳米纤维膜的红外光谱与拉曼光谱图表明PLA与rGO为物理混合,在静电纺丝的过程中没有发生化学变化。研究发现在rGO加量为0.14%时,纳米纤维膜的接触角从118°增加到了139.2°,并且实验证明此膜具有良好的耐酸碱能力,滴定不同pH的溶液时,此膜的接触角均能达到125°以上。从油水分离实验发现PLA/rGO纳米纤维膜的油通量能达到141.3 L/(m²·h),油水分离效率能达98.6%。

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研究·开发

铁掺杂二硫化钼纳米片作为高效的双功能电解水催化剂

丁仕久, 刘亮, 刘培涛, 冯爱玲

功能材料. 2022, 53(11): 11136-11142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.019

摘要 (322)

PDF全文 (45)

可视化

设计和合成具有高活性、耐久性的非贵金属电解水催化剂对能量转化和储存具有重要意义。在研究中,通过硝酸铁、硫代乙酰胺与二水钼酸钠在无水乙醇中的水热反应制备了铁掺杂二硫化钼(Fe-MoS₂)的纳米材料。Fe-MoS₂具有较高的析氧反应(OER)活性,在1 mol/L KOH电解质中,当电流密度为10 mA·cm^-2时过电位为250 mV,塔菲尔斜率为219 mV·dec^-1,而且Fe-MoS₂在这些条件下可稳定超过10 h以上。同时其具有良好的析氢反应(HER)活性,在0.5 mol/L H₂SO₄电解质中,当电流密度为10 mA cm^-2时过电位为220 mV。此外,在1 mol/L KOH电解液中,Fe-MoS₂/C(阳极)∥Fe-MoS₂/C(阴极)两电极体系具有良好的电解水催化活性,在10 mA cm^-2的电流密度下低电位为1.77 V。为开发具有高效电解水性能的过渡金属掺杂过渡金属硫化物提出了一种有效的技术支撑。

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工艺·技术

掺氮超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜的制备及其生长机理研究

官磊, 张文, 王兵, 熊鹰

功能材料. 2022, 53(10): 10185-10189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.10.024

摘要 (318)

PDF全文 (38)

可视化

金刚石-石墨烯杂化/复合材料兼具金刚石和石墨烯的优异性能,在储能、光电、生物传感器等领域有着重要的应用。近年来,大量的研究致力于这类材料的形成过程,但其生长机理仍不清楚。采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,以有机小分子二异丙胺作为唯一碳、氮源制备了氮掺杂超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜。采用SEM、TEM、Raman、XRD等手段详细分析了杂化薄膜的微观形貌以及物相组成,并结合等离子体发射光谱(OES)对生长时基团种类及含量变化的原位测量,提出了可能的生长机理,为调控氮掺杂超纳米金刚石-石墨烯杂化薄膜的微观结构和性能提供理论依据。

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研究·开发

新型湿法纳米银制备技术及其毒性行为

鲁曦泽, 姜宇凡, 李英华, 郝嘉言, 谭文宇, 任晓宇

功能材料. 2022, 53(2): 2094-2100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.014

摘要 (313)

PDF全文 (19)

可视化

针对目前纳米银(AgNPs)制备方法中存在的纳米银颗粒粒度分布不均,稳定性较差的问题,利用柠檬酸钠和无水乙醇作还原剂,以柠檬酸钠和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为保护剂制备纳米银。利用紫外吸收光谱分析、XRD、SEM、TEM、EDS、Zeta电位仪等多种技术表征所制备纳米银的特征,结果表明纳米银颗粒为球形面心立方结构,粒径分布范围小,平均粒径在49.3 nm左右,分散均匀。采用室内暴露培养的方式,探究了不同浓度纳米银对反硝化无色杆菌(Achromobacter denitrificans)的毒性作用。研究结果表明,AgNPs可抑制Achromobacter denitrificans的生长以及氮降解能力,并且随着AgNPs浓度的增加抑制作用越强。其毒性原理在于小颗粒纳米银可直接进入细菌体内,导致细菌代谢紊乱,而附着在细胞表面的纳米银,可破坏胞膜表面结构,导致表层膜发生破裂,胞内物质泄漏。

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热点·关注（2021年度重庆市出版专项资金资助项目）

N掺杂TiO₂纳米管阵列的制备及光电化学检测性能的研究

杨振宇, 沈子函, 徐光青, 吕珺, 崔接武, 吴玉程

功能材料. 2022, 53(10): 10022-10031. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.10.004

摘要 (310)

PDF全文 (1112)

可视化

采用阳极氧化结合液相处理成功制备了N掺杂TiO₂纳米管阵列,研究N掺杂对TiO₂纳米管阵列光电化学性能的影响。通过X射线衍射及扫描电子显微镜表征了N掺杂TiO₂纳米管阵列的形貌与结构,并采用X射线光电子能谱、傅里叶红外光谱及拉曼光谱分析了N在TiO₂中的存在状态。采用恒电位计时电流法测试了掺杂样品在紫外光及可见光照射下的光电化学性能,并以葡萄糖为模拟有机物进行TiO₂(N) NTAs的光电化学检测水体有机物的研究。研究结果表明,N掺杂后样品的光电流均得到明显的提升,最优化的TiO₂(N40) NTAs的紫外光电流由180.4 μA增加到256.8 μA。对有机物的检测灵敏度由0.061 μA/(μmol/L)增至0.134 μA/(μmol/L)。通过对样品的光学性能、载流子复合几率及电化学性能的测试,研究了样品光电化学性能提高的机理。光响应范围的增加及光生载流子的有效分离,使得N掺杂TiO₂ NTAs的光电化学性能得到极大的改善。

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硅纳米线的制备及其生长条件探究

丁本远, 吴锂, 姚楚君, 李乐群, 刘煜, 吴嘉达, 许宁, 孙剑

功能材料. 2023, 54(12): 23-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.12.004

摘要 (309)

PDF全文 (55)

可视化

Si纳米材料自问世以来便受到研究者的重视,其不同于宏观块体材料的特殊性质可使其应用于各个领域。如何制备形貌较好且具有良好光电性能的纳米材料是在纳米材料应用前必须解决的问题。以Ni膜作为催化剂直接在Si衬底上制备了密集的Si纳米线,获得了Si纳米线较强的蓝紫波段的发光,研究了退火温度、退火气氛N₂流速、Si膜厚度等制备条件对Si纳米线形貌、光致发光强度的影响,并讨论了双层膜制备Si纳米线形成和生长机理。实验结果显示,退火温度、N₂流速对Si纳米线的生长起到关键性的作用,N₂流速能够影响Si纳米线的光致发光强度,且较大的N₂流速能够使Si纳米线定向生长。而在Ni膜催化剂上预沉积一层适当厚度的Si膜也有助于Si纳米线的生长,且有效改善了Si纳米线的光致发光强度。

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研究·开发

Ag-ZnO纳米材料的制备及其催化还原4-NP性能研究

赵娅敏, 刘倩, 张沛春, 孙乐兵, 刘梦实

功能材料. 2022, 53(11): 11158-11162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.022

摘要 (307)

PDF全文 (29)

可视化

通过简易水热法合成了Ag-ZnO纳米材料,采用SEM、EDS、XRD和XPS等表征手段对所制备的纳米材料进行了表征,并将其作为催化剂用于对硝基苯酚(4-NP)的还原反应。结果表明,Ag-ZnO纳米材料可在8 min内催化4-NP还原生成对氨基苯酚(4-AP),催化效率高达99.5％,且在第5次循环反应时催化效率仍保持在90％左右,具有较高的催化活性,循环使用寿命长。

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综述·进展

纳米光催化剂改性水泥基材料的研究进展

王天雷, 奉雨晴, 向星宇, 闫玉欣, 张磊, 荣辉

功能材料. 2023, 54(10): 10077-10088. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.010

摘要 (301)

PDF全文 (40)

可视化

纳米光催化剂具有高效率、低能耗、无/低污染,被广泛应用于以水泥基材料为主的建筑物中,展现出良好的应用前景。将光催化剂引入水泥基材料中,能够有效改善其结构密实度,优化其力学性能,赋予其降解污染物、表面自清洁等功效,从而降低水泥基材料腐蚀几率,缓解环境污染问题。总结了光催化水泥基材料不同制备方法,详细介绍了光催化剂种类对水泥基材料光催化性能的影响,讨论了当前基于纳米光催化剂水泥基材料的不足,同时展望了其未来发展方向。

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负载Pt纳米颗粒的掺氮碳化钼微球催化电解水析氢

孙永利, 张佳柱, 杨晓东, 杨娜, 姜斌, 肖晓明, 澹台晓伟, 张吕鸿

功能材料. 2023, 54(10): 10007-10013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.10.002

摘要 (299)

PDF全文 (48)

可视化

电解水制氢是极具发展应用前景的绿色技术,使用低成本碳材料负载贵金属作为催化剂基底,是减小析氢催化剂贵金属负载量和优化其性能的有效手段。采用配位聚合法,通过调控pH得到了由纳米片自组装形成的具有高比表面积的前驱体微球,再通过离子交换和高温焙烧将Pt纳米颗粒均匀负载在氮掺杂碳化钼表面,制备出了Pt/N-Mo₂C NFs。因Pt纳米颗粒具有多层级结构的N-Mo₂C上的高度分散以及Pt与N-Mo₂C基底之间的协同作用,它展现出十分优异的析氢性能。Pt/N-Mo₂C NFs拥有较低的过电位(44 mV/η₁₀和137 mV/η₁₀₀),和Tafel斜率为46.2 mV/dec,同时具有良好的稳定性。研究结果对于设计低负载量的贵金属催化剂具有一定的借鉴意义。

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研究·开发

具有高效电磁屏蔽性能的银纳米线/木棉纤维素纸的制备与研究

滕睿, 张全, 孙依诺, 牛卓航, 刘铭轩, 曹其宇, 刘守新, 李伟

功能材料. 2023, 54(8): 8096-8102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.011

摘要 (298)

PDF全文 (34)

可视化

以多元醇法制备出的银纳米线作为导电填料,木棉纤维素微纤维作为载体,通过真空抽滤制成导电复合纸,使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、四探针测试仪、矢量网络分析仪对复合纸进行表征,探究了银纳米线含量对其电导率与电磁屏蔽效能的影响。结果显示,银纳米线作为一种一维的银单质纳米材料能够均匀地分布在复合纸中,并且形成优异的导电网络。当纯纤维素纸中加入2.5%(质量分数)的银纳米线,纸的电阻由470.57 MΩ·cm骤降至1.26 mΩ·cm。当银纳米线的浓度从2.5%提升至10%后,纸的电导率从793.65 S/cm提升至3039.51 S/cm,电磁屏蔽效能也从38.1 dB提升至61.5 dB。

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工艺·技术

基于纤维素纳米纤维的超疏水涂层制备研究

李可婷, 徐丽慧, 潘虹, 沈勇, 徐伟, 柳杨春, 李俊

功能材料. 2022, 53(7): 7215-7221. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.031

摘要 (297)

PDF全文 (29)

可视化

采用简单的浸涂法制备具有优异自清洁性能和良好耐久性能的超疏水涂层。基于纤维素纳米纤维(CNF)与低表面能物质聚二甲基硅氧烷(PDMS),以棉织物为基底制备了超疏水涂层,实现了棉织物表面功能化。通过单因素实验分别研究不同浓度CNF以及不同浓度PDMS对涂层疏水性的影响,并采用红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)等对超疏水涂层进行了测试表征。CNF和PDMS在棉织物表面牢固结合,成功制备了耐久超疏水涂层。SEM结果显示,与纯PDMS涂层相比,CNF构筑了超疏水涂层所需的微观粗糙结构,为超疏水涂层的制备提供了有利条件。当PDMS浓度为4%,CNF浓度为4%时,超疏水涂层的水滴接触角(WCA)达159.2°,水滴滚动角(WSA)为4.3°。耐摩擦测试结果显示,经过40次砂纸摩擦之后涂层的水滴接触角仍达150.3°,具有超疏水性能,说明PDMS为涂层提供低表面能的同时,也具有良好的粘结性能进而提高了涂层的耐久性能。采用CNF和PDMS在棉织物表面成功制备了耐久超疏水涂层,同时实现了优异的自清洁、防水抗污性能,并且具有良好的耐久性能。

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综述·进展

高B_s铁基纳米晶合金研究进展及发展趋势

朱争取, 王璞, 庞靖, 张家泉

功能材料. 2023, 54(11): 11059-11069. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.008

摘要 (297)

PDF全文 (71)

可视化

高B_S铁基纳米晶合金(high B_S nanocrystalline alloys,HBNAs)具备高磁导率、低高频铁损和近零的磁致伸缩,是制备高性能小型电子元器件的理想材料。一直以来,铁基纳米晶合金的B_S受限于合金成分中Fe含量的高低,而如何掌控非晶前驱体的非晶形成能力(glass forming ability,GFA)和后端的电磁性能之间的平衡点,是推动HBNAs进一步发展的关键难题。在回顾Fe基纳米晶软磁合金发展历程的基础上,系统阐述了纳米晶的晶化热力学与动力学、晶化机制和高B_S铁基纳米晶合金非晶形成能力改善方法的现有认识。通过分析高B_S铁基纳米晶合金制备的研究现状及亟待解决的问题,以期为高B_S铁基纳米晶软磁合金成分的开发、退火工艺的设计提供一定的启发和技术思路。

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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

摘要 (291)

PDF全文 (28)

可视化

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。

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综述·进展

氮化硼纳米材料功能化改性及对聚合物基材性能调控研究进展

魏文涛, 王全龙, 武美萍, 王轶遥, 周雯

功能材料. 2023, 54(8): 8044-8053. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.006

摘要 (289)

PDF全文 (55)

可视化

氮化硼纳米材料因具有良好的机械性能、绝缘性能、抗氧化性能以及优良的导热性能等,通常将其添加到聚合物中来调控和改善聚合物基复合材料的性能,但无机氮化硼纳米材料与有机聚合物材料的不相容性会导致纳米复合材料的机械和热性能削弱,使其难以充分发挥自身优越性能。因此,对氮化硼纳米材料进行功能化改性处理以改善界面相容性、提高材料分散能力和调整纳米材料的表面性质的研究迫在眉睫。综述了功能化改性氮化硼纳米材料的研究进展,详细介绍了氮化硼的结构特征、物理和化学性质,归纳了氮化硼功能化改性在聚合物基复合材料的应用。最后,对功能化改性氮化硼纳米材料的发展趋势进行了展望。

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氮化碳纳米片光电催化性能及界面反应机制

廖先龙, 马晓清

功能材料. 2023, 54(8): 8025-8034. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.004

摘要 (288)

PDF全文 (31)

可视化

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)由于低成本、易制备、高化学和热稳定性、合适的带隙等优点受到广泛关注。然而,传统热聚合法制备的g-C₃N₄片层结构不明显,具有比表面积小、易团聚和光催化活性低等缺点。以热氧化法制备得到氮化碳纳米片为模型,进行光电催化性能测试。探究了外加偏压对光电流方向的影响,并对光电诱导下的电极界面反应机制进行了讨论。分别通过X射线衍射(XRD)、电子显微镜(SEM/HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光光谱(PL)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)表征了样品的结构、形貌、和光学特性。系统研究了在空气气氛下热氧化法对氮化碳结构和光电化学性能的影响。BET比表面积分析得到,经过热氧化法剥离的氮化碳纳米片的比表面积(160.6 m²/g)较块状g-C₃N₄(12.5 m²/g)提升了1个数量级。此外,二维纳米片结构的g-C₃N₄在紫外可见光照射下的光电流密度相较于块状g-C₃N₄提高了一倍,析氧过电位明显降低。

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磁场驱动用螺旋碳纳米线截断筛选及磁性修饰

白学元, 叶子兴, 佟浩, 王陈梓, 李勇, 潘路军

功能材料. 2023, 54(4): 4020-4026. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.004

摘要 (285)

PDF全文 (41)

可视化

为实现螺旋碳纳米线新型微纳米机器人磁场驱动运动,开展了螺旋碳纳米线截断、磁性修饰及磁场驱动运动研究。提出硝酸氧化-超声振动-滤纸过滤的长度截断筛选方法,实现了螺旋碳纳米线分散且可控截取长度2～8 μm。实验对比研究了磁控溅射镍、化学镀镍、水热法生长Fe₃O₄纳米颗粒的磁性修饰方法。通过扫描电子显微镜、能量色散X射线谱分析等方法对修饰效果进行了评价,获得了具有较强磁性的螺旋碳纳米线。微流道液体中磁场驱动特性实验表明:磁控溅射修饰的螺旋碳纳米线可实现较为快速(3.35 μm/s)的微纳米机器人运动特性,轨迹运动精度可控小于5 μm。

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研究·开发

纳米碳纤维改性混凝土的力学性能及抗冻性能研究

周美容, 戴丽

功能材料. 2023, 54(1): 1127-1132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.018

摘要 (284)

PDF全文 (36)

可视化

纳米碳纤维凭借着高的抗拉强度和弹性模量,被广泛应用于水泥混凝土的增韧剂。通过在混凝土材料中掺入不同含量(0,0.3%,0.6%和0.9%(质量分数))的纳米碳纤维,研究了纳米碳纤维掺杂量对混凝土力学性能和抗冻性能的影响。结果表明,纳米碳纤维的掺杂未生成新的产物,但加速了水化反应的进行,增加了改性混凝土的结构致密性,减小了孔隙和缺陷的数量。当纳米碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时,改性混凝土的形貌结构最佳。随着纳米碳纤维掺杂量的增加,改性混凝土的抗压强度、抗折强度和磨损量降低比率先增大后减小,单位面积的磨损量和80次冻融循环时刻的质量损失率先减小后增大。当纳米碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时,改性混凝土28 d的抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为47.83和5.92 MPa,单位面积的磨损量最小为1.12%,磨损量降低比率最大为55.56%,80次冻融循环时刻的质量损失率最小为1.23%。综合各分析可知,纳米碳纤维的最佳掺杂量为0.6%(质量分数)。

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研究·开发

超亲水CNC/PAN复合纳米纤维膜及性能研究

王慧, 牛力, 李旭, 刘志明

功能材料. 2023, 54(8): 8183-8191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.023

摘要 (283)

PDF全文 (34)

可视化

以浓硫酸水解脱脂棉获得的,具有较高机械强度和结晶度的纤维素纳米晶(CNC)作为增强相,结合具有良好热稳定性、化学稳定性的聚丙烯腈(PAN),采用简单的静电纺丝技术制备了具有较高的孔隙率和纯水渗透通量的CNC/PAN复合纳米纤维膜。通过各项表征考察了CNC添加量对薄膜各项性能的影响,结果表明与Pure PAN相比,CNC/PAN复合纳米纤维膜具有良好的热稳定性,更好的力学性能和亲水性。探究了薄膜使用前后厚度、孔隙率与纯水渗透通量的变化情况,分析了薄膜的油水分离性能,拓展了其在水处理领域的应用。

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研究·开发

CoFeB纳米带中自旋波驱动横向畴壁移动动力学研究

纪越, 王旭, 张德林, 姜勇

功能材料. 2023, 54(3): 3128-3133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.03.018

摘要 (280)

PDF全文 (34)

可视化

CoFeB具有较大的饱和磁化强度和较低的阻尼系数,适合制备可控畴壁移动器件。通过微磁模拟,探究CoFeB纳米带中自旋波与横向畴壁间的动力学相互作用。模拟结果表明畴壁移动的速度和方向不仅受到自旋波频率的影响,而且和外加磁场强度、纳米带宽度等参数密切相关。当自旋波频率较低时畴壁难以被驱动,随着自旋波频率的升高,畴壁开始移动且移动方向与自旋波的传播方向相反。随着外加磁场强度的增大,畴壁反向移动速度先增大后减小,直至变为正向移动。当自旋波频率高于7 GHz时,畴壁的移动方向与自旋波的传播方向相同,并且畴壁速度随自旋波频率的变化呈现多峰结构,最大速度为384 m/s。畴壁正向移动时,其速度随外加磁场强度的增加逐渐变大。当纳米带的宽度增加时,畴壁有效场的不均匀性和质量都会增大,使畴壁移动的最大速度先增大后减小。使用CoFeB纳米带可以有效提高畴壁的移动速度,并且外加磁场强度与纳米带宽度对畴壁速度有显著的影响,为优化器件性能提供了新思路。

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工艺·技术

氨基化多壁碳纳米管/PA56复合材料的制备及性能

包宗尧, 杨建忠, 李永贵, 祖文菊, 刘亦冰

功能材料. 2022, 53(7): 7189-7195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.027

摘要 (276)

PDF全文 (21)

可视化

为探究碳纳米管对聚酰胺56(PA56)性能的影响,采用氧等离子体对多壁碳纳米管(MWNTs)进行活化,然后与己二胺反应得到氨基化碳纳米管(AMWNTs),再将AMWNTs与PA56进行熔融共混,制备AMWNTs/PA56复合材料。运用FT-IR、Raman分析碳纳米管表面官能团的变化;借助SEM、XRD、DSC、TG和半导体参数测试系统对复合材料的微观形貌、结晶结构、热学及电学性能进行表征,并使用转矩流变仪、过滤性能测试仪对复合材料流变性和可纺性进行测试。结果表明,在MWNTs表面成功接枝了氨基,AMWNTs分散性较好;随着AMWNTs 含量的提高,复合材料的热学性能和结晶结构发生变化,同时提高了复合材料的导电性;AMWNTs含量在1.0%以内时对复合材料的流变性影响不大,复合材料的可纺性较好。

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研究·开发

聚乙烯亚胺稳定聚吡咯纳米颗粒的制备及其光热抗菌性能研究

王燕, Gnanasekar Sathishkumar, Kasi Gopinath, 何晓东, 张凯, 徐立群

功能材料. 2022, 53(9): 9127-9133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.09.018

摘要 (276)

PDF全文 (30)

可视化

目前,抗生素药物的不良反应和多重耐药(MDR)菌株的出现严重威胁着人们的生命健康,迫切需要开发新的治疗细菌,尤其是耐药菌感染的方法。利用简单的化学反应制备了聚乙烯亚胺稳定的聚吡咯纳米颗粒(PPy-PEI NPs),并通过调节吡咯单体的组分获得一系列不同尺寸的纳米颗粒。采用动态光散射(DLS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见吸收光谱分析了PPy-PEI NPs的物理和化学特性。此外,研究了PPy-PEI NPs对大肠杆菌(E. coli)、铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)、金黄色葡萄球菌(S. aureus)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的光热抗菌活性。研究结果表明,在808 nm近红外光照射下,合成的PPy-PEI NPs能够完全抑制病原菌的生长。因此,PPy-PEI NPs是优良的有机纳米光热剂,并在光热抗菌治疗领域具有良好的应用前景。

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工艺·技术

基于改性碳纳米管的有机硅导热复合材料的制备及其性能

吴志军, 周小松, 刘灿群

功能材料. 2023, 54(3): 3167-3173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.03.024

摘要 (273)

PDF全文 (31)

可视化

通过3,4-二氟苯基双环己基乙烯(ECFB)液晶对碳纳米管(MWCNTs)进行功能化改性,并将ECFB-MWCNTs作为有机硅树脂的填料制备得到有机硅纳米复合材料。采用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、差示扫描量热仪(DSC)、X-射线衍射仪(XRD)等多种表征方法,完整揭示了ECFB与MWCNTs之间的非共价键作用,采用扫描电子显微镜(SEM)、导热系数仪等对样品进行性能表征。结果表明ECFB液晶有利于改善MWCNTs在有机硅复合材料中的分散性,提高与有机硅基体之间的界面作用,进而有效提高有机硅纳米复合材料的导热性能。当碳纳米管质量分数为11%时,ECFB-MWCNTs/有机硅复合材料的导热系数为0.8101 W/(m·K),是纯有机硅橡胶的5.3倍,是相同比例的MWCNTs/有机硅材料的2.3倍,这也说明通过液晶对碳纳米管进行修饰改性在纳米复合导热材料中具有广阔的应用前景。

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纳米多孔CoCuP催化剂的制备及其析氢性能的研究

唐卫国, 朱胜利, 崔振铎

功能材料. 2022, 53(11): 11031-11036. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.11.005

摘要 (272)

PDF全文 (42)

可视化

性能优异、价格低廉的催化剂对电解水制氢十分重要。通过电化学脱合金法制备了具有自支撑结构的纳米多孔CoCuP催化剂,纳米多孔结构具有大的比表面积,提供了更多的活性位点。Cu原子的引入调整了Co和P的电子结构,优化了氢原子的解吸,提升了催化剂的催化性能。np-Co₇₅Cu₅P₂₀在碱性溶液中的过电位为60.6 mV,塔菲尔斜率为33.1 mV dec^-1。在中性溶液中的过电位为132.3 mV,塔菲尔斜率127 mV dec^-1。该催化剂在大的pH范围内具有良好的电解水析氢性能。

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