功能材料

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碳粉用量对CRN法制备γ-AlON粉体压电催化性能的影响

郝能旺, 王维, 王思青, 朱丹, 戴煜

功能材料. 2026, 57(7): 9-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.002

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通过碳热还原氮化法制备了碳粉用量不同的γ-AlON粉体,并利用SEM、XRD、FT-IR、TEM-EDS对合成粉体进行了形貌和结构表征。通过压电催化降解实验比较了不同碳粉用量和不同催化条件下γ-AlON粉体的压电催化性能差异。结果表明,碳粉用量为5.2%(质量分数)的γ-AlON粉体具有压电催化活性优势,原因在于其释放出了更多的超氧自由基和羟基自由基,且当催化剂用量为40 mg时的催化性能最好,同时其对不同染料均具备较好的催化效果。结合电子顺磁共振波谱测试和自由基捕获实验揭示了γ-AlON粉体压电催化降解罗丹明B染料的机制,即超氧自由基、羟基自由基和空穴作为主要反应物实现了污染物的降解。此外,γ-AlON粉体还具有良好的稳定性和可重复使用性。

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复合水泥对海洋混凝土关键性能演变规律研究

陈潇, 张良宏, 郑哲峰, 丁庆军, 周明凯

功能材料. 2026, 57(7): 19-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.003

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普通硅酸盐水泥(OPC)在海洋环境中易受氯离子、硫酸根离子等侵蚀而发生劣化,其服役性能面临严峻挑战。为提高海工混凝土耐久性,采用硅酸盐-铁铝酸盐复合水泥,研究了铁铝酸盐熟料(FAC)替代硅酸盐水泥(0%、25%、50%、100%)对不同强度等级(C30、C50)混凝土力学性能、体积稳定性及抗氯离子渗透性能的影响。结果表明:FAC 对混凝土关键性能具有显著的调控作用,且在25%替代率下性能最优。其中海水养护180 d后C30、C50混凝土抗压强度较基准组分别提升28.1%、30.8%,抗折强度分别提升 35.8%、22.6%,且FAC有效降低了淡水与海水间的强度差值,C30体系抗压强度差值由基准组的34.9%降至7.8%,C50体系则由30.3%减至2.2%。在体积稳定性方面,90 d 龄期时,25% 掺量下C30、C50 混凝土在海水中的膨胀应变较基准组分别降低48.0%、51.1%,C30、C50体系在海水与淡水中的膨胀应变差值较基准组分别下降25.1%、24.2%。抗氯离子渗透性能方面,180 d龄期海水养护下,C30、C50 混凝土电通量较基准组分别降低 20.8%、26.0%,改善效果优于淡水环境;C30、C50体系在海水与淡水环境中的电通量差值减小至8.5%、5.2%,且熟料对C50体系的改善效果优于C30体系。微观机理分析表明,铁铝酸盐熟料可诱导针状钙矾石晶体形核与生长,通过填充混凝土内部孔隙降低孔隙连通性、提升结构致密性,进而强化其海洋环境服役性能,且该强化效应在低水胶比、高强度等级的 C50 混凝土中更为显著。

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氧空位-多尺度界面协同优化氧化钛陶瓷热电性能

孙康庭, 董忠平

功能材料. 2026, 57(7): 29-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.004

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为协同优化氧化钛陶瓷热电材料的电热输运性能,提升其热电转换效率,本研究中,将溶胶-凝胶法合成的含碳前驱体与不同质量比的氮化硅混合,经氩气气氛高温烧结制备系列陶瓷样品,表征其相组成、微观结构,并测试其在323 K至873 K的热电性能。结果表明,制备过程中添加氮化硅可促进氧化钛陶瓷中氧空位生成,提升其致密度,并形成多相异质界面。当氮化硅质量比为0.03时,样品孔隙率降低至20%,873 K下加权载流子迁移率与浓度分别提升至8.13 cm²/(V·s)和0.88×10²⁰ cm^-3,晶格热导率在中高温区显著下降。最终,热电优值达到0.16。本研究为金属氧化物热电材料性能调控提供了新策略。

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Ca-Si-O网络玻璃体系中的类固态-类液态动力学交叉

严远昊, 于汪昱, 张点墨, 孙得彦

功能材料. 2026, 57(7): 35-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.005

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采用分子动力学模拟方法,系统研究了Ca-Si-O网络玻璃体系中过冷液体的动力学行为,特别关注了其中的类固态-类液态的动力学交叉现象。针对3种不同组分的Ca-Si-O体系(CaSiO₃,Ca₂SiO₄和Ca₃SiO₅),在3种降温速率(10¹⁰、10¹¹和10¹² K/s)条件下开展了淬火过程模拟。通过分析近邻原子对质心运动与相对运动弛豫时间之比(γ_τ),研究发现γ_τ在过冷区域随温度变化呈现显著的非单调行为,并在特定温度T_x处出现极小值,表明体系中存在类固态-类液态动力学交叉。结果表明,该动力学交叉现象对降温速率不敏感,但随Ca含量增加而显著增强,且并与玻璃脆性密切相关。基于简化动力学模型,分析了该极小值的物理起源,并进一步讨论了Si-O网络结构对动力学交叉行为的影响。研究结果表明,类固态-类液态动力学交叉在网络玻璃体系中具有一定的普适性,为理解玻璃脆性的微观动力学机制提供了新的视角。

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机器学习预测Zintl相化合物性能

孙博煜, 刘一赫, 刘婧雅, 李晓瑜

功能材料. 2026, 57(7): 41-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.006

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研究致力于解决Zintl相等复杂热电材料体系的高通量筛选难题,当前方法严重依赖高成本的第一性原理计算,制约了材料发现效率。为此,我们集成Materials Project数据库与玻尔兹曼输运理论,构建了包含8 059种材料的热电性能数据集。在此基础上,创新性地提出了一个耦合晶体图卷积神经网络与极限梯度提升树的混合机器学习模型。该模型仅依据材料的晶体结构与成分信息,即可高精度预测其功率因子,无需进行额外的密度泛函理论计算。应用此框架,我们成功从大量候选材料中筛选出223种高性能Zintl相化合物。本工作不仅为Zintl相热电材料的实验探索提供了明确的备选列表,更重要的是建立了一种可迁移的“数据驱动、物理知识融合”的材料设计新范式,为加速高性能功能材料的开发提供了高效路径。

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冲击荷载下滤波混凝土的应力波传播与损伤模式研究

吴佳宇, 马钢, 任镖锟

功能材料. 2026, 57(7): 51-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.007

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基于局域共振超材料的带隙特性,将包裹有弹性层的金属芯嵌入于混凝土基体,设计出具有应力波衰减特性的滤波混凝土。采用试验与数值模拟相结合的方法,系统研究了滤波混凝土杆在冲击荷载作用下的应力波传播行为与损伤模式。通过动态冲击试验,系统分析了应力波在滤波单元前后的沿程传播规律和衰减特性。通过数值模拟,系统研究了滤波混凝土杆在冲击荷载作用下的动态响应。研究结果表明:与普通混凝土杆相比,滤波混凝土杆在应力波衰减方面表现出显著优势,尤其是在带隙频率范围内其特征频率应力波的传输比显著降低,滤波单元的引入显著削弱了特征频率应力波的强度,从而有效降低了整体应力波的峰值。这一现象主要归因于滤波单元的局域共振效应,在滤波混凝土的内部容易产生弹性波带隙特征,即呈周期性分布的局域共振单元利用力学特性表现出阻断特定频段弹性波传播的效应,进而实现了应力波能量的高效耗散。

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高原冰冻作用下高黏多孔沥青混合料的降噪性能评价

马峰, 陈奕玮, 韦振勋, 董文豪, 傅珍, 彭冲

功能材料. 2026, 57(7): 60-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.008

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为揭示高原地区冰冻作用下多孔沥青混合料的降噪性能衰减特征和变化规律,采用自研高黏沥青制备不同空隙率、公称粒径与级配类型的试件,利用驻波比法获取其非冰冻与冰冻条件下的吸声系数。基于道路交通噪声特征,构建冰冻影响指数、有效宽带保持率及有效宽带保持率等指标,并建立综合吸声性能指数,用于量化不同结构参数下混合料的抗冰冻吸声保持能力。结果表明,冰冻条件显著削弱混合料的吸声能力,吸声峰值频率整体向低频移动;空隙率虽能提升吸声水平,但其正向调控作用在冰冻后明显受限;大公称粒径在冰冻条件下保持较好的高频吸声能力,表现出良好的孔隙排水与声反射散射方面稳定性;级配差异经冰冻后趋于弱化,使声学性能差异趋于一致。综合评价结果表明,高原地区冰冻环境下,空隙率约为20%、粒径偏大且为细级配的多孔沥青混合料具有最佳吸声性能。

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双氰胺衍生氮掺杂碳的制备及催化性能评价

何涛, 李贵生, 王鸿远, 高鸿毅

功能材料. 2026, 57(7): 69-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.009

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实验以双氰胺为氮源,4种常见的过渡金属作为催化活性位点,用一锅热解合成法制备了系列高负载量的金属/氮掺杂碳材料,含氮配位位点的锚定作用促进了低温热解过程活性金属的高分散负载,同时前驱体中氮的分解有助于多级孔结构的形成,实现了对正戊硫醇的高效催化氧化。通过扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、氮气物理吸附仪、X射线光电子能谱仪和电感耦合等离子体发射光谱仪等大型仪器设备,进行了材料的表征。

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UV固化粘结剂的制备与性能研究

郑参参, 张慧媛, 董天泓, 卢秋玲, 许东升, 张锐, 何勇

功能材料. 2026, 57(7): 75-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.010

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高效环保的UV固化粘结剂是替代传统热固化工艺的理想方案,但目前仍存在韧性不足、粘附力弱及长期耐电解液性能不明等问题。以丙烯酸(AA)和丙烯酸羟乙酯(HEA)为功能单体,聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)为交联剂,二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦/4-二甲基氨基苯甲酸乙酯(TPO/EDB)为光引发剂,经UV辐照(3 s)制备了综合性能优异的P(AA-co-HEA)交联网络粘结剂。该粘结剂溶液的粘度仅为2.8 mPa·s,粘结剂薄膜的VOC含量低至0.8±0.01%(质量分数),拉伸强度达4.2±1.4 MPa,断裂伸长率为67.4±7.1%,玻璃化转变温度为28.8 ℃,热分解温度达276 ℃。在电解液中可保持16天完整粘接,溶胀率小于8.5±1.0%,表现出优异的粘附稳定性与耐电解液性能。

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杂原子掺杂碳材料-氮掺杂碳性能及应用研究

温明翰, 王宇, 高爱君, 童元建

功能材料. 2026, 57(7): 84-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.011

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杂原子掺杂已成为提高碳材料物理化学和电化学性能的有效策略。通过将氮、硫、硼、磷和钴等元素引入碳晶格,可以精细调控碳框架的电子结构、缺陷密度和表面化学性质。其中,氮掺杂尤为重要,因为氮与碳具有相近的原子尺寸和电负性,能够形成吡啶型、吡咯型和石墨型氮构型。这些氮物种协同调节电荷分布、增加活性位点并提高导电性,从而增强催化、吸附和能量存储能力。系统总结了氮掺杂碳材料(包括石墨烯、碳纳米管、多孔碳和活性炭)的合成策略、结构调控及多功能应用。深入探讨了氮含量和键合构型对其电子、催化和力学性能的影响。特别强调了氮掺杂碳纤维,其中适度的氮掺杂已被证明可改善层间结合、结构有序性和界面粘附性,而过量掺杂可能会引入缺陷并降低强度。最后,该综述指出了当前在调控氮构型和含量均匀性方面面临的挑战,并提出了未来在原子级掺杂控制以及氮结构与材料性能之间定量关联方面的研究方向,为下一代高性能碳材料的设计提供了理论指导。

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基于海水氧化的过渡金属催化剂的研究进展

张舒, 薛忻迪, 陈佳豪, 陈立贵, 张军军, 包维维

功能材料. 2026, 57(7): 94-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.012

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随着全球能源需求持续攀升以及化石燃料引发的环境问题日益严峻,开发清洁、可再生能源载体已成为研究热点。氢能凭借其能量密度高、清洁无污染等优势,被视为理想的替代能源。电解水制氢是实现绿色氢能制备的重要路径,然而淡水资源匮乏制约了其规模化应用。海水占全球水资源的96.5%,直接电解海水制氢展现出广阔前景,但仍面临析氯反应(CER)竞争、催化剂腐蚀及杂质沉积等关键挑战。过渡金属催化剂因其资源丰富、成本低、催化活性可调等优势,在海水氧化领域显示出巨大潜力。系统梳理了用于海水氧化的过渡金属催化剂研究现状,重点讨论了其设计策略、性能优化及反应机理等方面的进展,并对未来研究方向进行了展望。

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压电材料与生物医学的交融:交叉研究与应用进展

朱陆瑶, 罗丹, 刘欢, 王琳

功能材料. 2026, 57(7): 104-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.013

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生物电具有维持细胞稳态、介导神经信号传导及调控肌肉收缩等功能。在生物体中,除常规离子跨膜转运产生的电生理活动外,还存在一种特殊的生物电——压电,可在具有电机械耦合特性的组织器官或具有压电特性的生物分子中产生。压电材料作为实现机械能与电能转换的关键介质,在生物医学领域展现出巨大潜力,已成功应用于再生医学、神经调控与电刺激治疗、生物传感与健康监测等领域。压电材料不仅拓展了智能医疗设备的边界,还为个性化治疗和再生医学开辟了新路径。系统综述了压电材料应用的最新进展,重点探讨其在组织工程、药物递送、生物传感及能量收集中的创新应用。最后,总结了压电材料面临的挑战和未来前景,希望能为生物医学领域中压电材料的设计和开发提供有益的参考与启发。

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热管理用光谱调控气凝胶材料的研究进展

朱文茜, 汪沁馨, 崔升, 张振, 周诚

功能材料. 2026, 57(7): 115-123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.014

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热管理是一种通过控制、调节热量传递,维持系统、设备等在适宜温度,或实现节能、提升舒适性等目标的技术。传统热管理材料在应用中与不同场景适应匹配性较差,通过将与光谱调控技术结合可有效改善,但仍存在动态调控能力不足、多光谱协同冲突等问题。而气凝胶具有结构可塑性强、热导率低等优势,在光谱调控领域有很大潜力。当其用于热管理时可与光谱功能高效集成,实现动态热管理。从光谱调控原理入手,综述热管理用光谱调控气凝胶在加热、冷却、自适应方面的研究现状及极端环境下的应用实例,指出当前研究在气凝胶多功能集成、结构调控精度及性能稳定性等方面面临的挑战,并对未来研究方向进行展望。

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微纳米结构日间辐射制冷材料研究进展

孙慧妹, 罗媛, 肖维新, 严开祺, 张敬杰

功能材料. 2026, 57(7): 124-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.015

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日间辐射制冷技术是一种具有无污染和低能耗特点的制冷方法,其关键在于辐射制冷材料。近年来,具有微纳米结构的辐射制冷材料受到广泛关注。基于微纳米结构的日间辐射制冷材料近几年的发展,首先介绍了辐射制冷的原理,从材料性能出发,对微纳米结构材料光谱性能的设计进行了阐述,理性设计化学组成可实现大气窗口的高红外发射率,精细调控微纳米结构可实现高太阳光反射率。而后对合成聚合物多孔材料、天然高分子多孔材料、无机多孔材料和有机/无机复合材料进行了综述,进一步介绍了辐射制冷材料在建筑节能和个人热管理的应用,最后总结了目前的发展瓶颈并对其应用前景进行了展望。

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远程等离子体制备Ce/g-C₃N₄光催化剂的性能研究

李茹, 陈攀, 席丹珠, 王妍, 唐靓

功能材料. 2026, 57(7): 135-144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.016

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采用远程等离子体制备了具有可见光活性的Ce/g-C₃N₄光催化剂。利用XPS、XRD、SEM和UV-vis DRS等等多种手段表征其结构、形貌及光吸收性能。结果表明,相较于传统焙烧法,该方法可高效分解前驱体,实现Ce纳米颗粒在g-C₃N₄基底的均匀分散,显著抑制团聚现象。同时,Ce的引入增强了催化剂O₂吸附和氧活化能力,促进·O^-₂的生成。并且引入了大量氧空位,为光生载流子提供充足捕获位点。此外对氩等离子体进行光谱诊断发现,特定等离子体场能进一步优化催化性能。以罗丹明B为目标污染物的光催化测试显示,5%CeCN-Ar的催化效率分别为纯g-C₃N₄的1.5倍、CeCN-焙烧的1.25倍,且稳定性优异。捕获实验表明·O^-₂是降解RhB的主要活性物种。研究揭示了远程等离子体法制备具有弱团聚、高O₂吸附和活化能力的光催化剂,并将其用于去除染料污染物的优越性。

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WER添加量对WPF基碳纤维纸性能的影响

卢雪峰, 张孟飞, 刘城, 何岳

功能材料. 2026, 57(7): 145-153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.017

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为开发高性能质子交换膜燃料电池用气体扩散层,研究提出采用水性环氧树脂对水溶性酚醛树脂进行物理共混改性,以制备综合性能优异的碳纤维纸。系统研究了WER添加量对碳纤维纸微观形貌、体积密度、透气性、导电性、力学性能及单电池性能的影响规律。结果表明,WER的引入显著降低了树脂体系粘度,并促进了连续三维树脂碳网络的形成。当WER添加量为5%(质量分数)时,样品在体积密度、电导率及力学性能上达到最优,其体积密度为0.3422 g/cm³,在1 MPa压力下面电阻率为3.64 mΩ·cm²。然而,单电池测试显示,WER添加量为2.5%的样品表现出最高的功率密度,达1 298.3 mW/cm²,较商用东丽碳纸提升110%。深入分析表明,该样品在导电网络、孔隙结构与水气传输能力之间实现了更佳的综合平衡。研究证实了WER改性WPF基碳纤维纸的可行性,为气体扩散层的性能优化提供了新策略。

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可调谐有机发光共晶的制备及双光子激发荧光性能研究

刘坤, 张鑫禹, 陈依琳, 王洪玲

功能材料. 2026, 57(7): 154-160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.018

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有机共晶材料通过非共价相互作用将给体与受体分子有序组装,其光学性能与分子间的电荷转移效应密切相关。以π共轭结构的萘(NA)和蒽(AN)为电子给体,1,2,4,5-四氰基苯(TCNB)分子为电子受体,采用溶液自组装方法成功制备了两种新型有机共晶NA-TCNB和AN-TCNB。通过荧光显微镜(FM)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光光谱(FL)、X-射线衍射(XRD)、热重分析(TG)等多种表征手段系统研究其形貌、荧光性能、晶体结构及热稳定性等,并进一步探究其双光子激发荧光性能。两种共晶均呈现表面光滑、形貌规整的一维微米棒结构,展现出优异的光学可调谐特性和热稳定性。双光子激发荧光测试显示两种共晶具有明显的双光子荧光响应,且荧光强度与激发功率平方呈线性关系,表明其上转换的非线性发光机制。

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姜黄素-壳聚糖纳米粒子复合纤维膜制备与性能

刘景艳, 陈美萍, 李蓉, 卢雪峰

功能材料. 2026, 57(7): 161-169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.019

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为提升姜黄素的生物利用率与抗菌效能,研究以聚丙烯酸为交联剂(PAA)、聚乙烯醇(PVA)为基材,制备负载姜黄素/壳聚糖纳米粒子(Cur-CSNPs)的PVA/PAA/Cur-CSNPs纳米纤维膜,考察了壳聚糖与姜黄素浓度对纳米粒子包封率、载药率的影响,并表征了纤维膜的形貌及溶胀、抗菌、抗氧化和生物相容性能。结果表明,最优工艺下Cur-CSNPs为类球形,粒径40~200 nm,包封率(82.1±1.6)%、载药率(24.3±3.2)%;复合纳米纤维膜无珠粒结构,纤维直径395~568 nm,溶胀率均超500%(最高776%);Cur-CSNPs含量8%的纤维膜6 h内对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌杀灭率分别达95.7%和91.6%,DPPH自由基清除率56%,细胞存活率均超70%。该纳米纤维膜综合性能优异,在伤口敷料领域具有良好应用前景。

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SiO₂气凝胶复合材料的低温常压制备与节能性能研究

王婷, 赵宝宝, 白硕

功能材料. 2026, 57(7): 170-178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.020

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以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为共前驱体,采用酸碱两步溶胶-凝胶法结合常压干燥工艺,制备了疏水改性SiO₂气凝胶复合材料,系统研究了TEOS与MTES摩尔比(8∶2、6∶4、4∶6、2∶8)对气凝胶化学结构、微观形貌、孔结构、疏水性能、热稳定性、力学性能及导热性能的影响。结果表明,MTES成功以Si—CH₃形式接枝于气凝胶骨架,实现由亲水向疏水的转变。当n(TEOS)∶n(MTES)=4∶6时,SiO₂气凝胶复合材料的综合性能最优,其接触角达141.8°、比表面积为678 m²/g、孔容为1.82 cm³/g、平均孔径为10.7 nm、抗压强度达1.12 MPa、最大变形量为16.5%、密度为0.020 g/cm³、导热系数低至0.15 W/(m·K),较未改性样品降低50%。同时,其5%和10%热失重温度分别提高至246和338 ℃,800 ℃残炭率达86.2%。适量MTES改性可有效抑制常压干燥过程中的收缩与开裂,构建均匀完整的三维介孔网络,显著提升气凝胶的结构稳定性、力学性能和隔热性能,所制备的SiO₂气凝胶复合材料在超低能耗建筑保温领域展现出良好的应用前景。

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基于Wiener退化过程的改性煤矸石混凝土抗冻性试验研究

张扬, 唐显杰, 邵科, 刘浩哲

功能材料. 2026, 57(7): 179-188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.021

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为推动煤矸石资源化利用,提升煤矸石混凝土在寒冷地区的服役耐久性,对复掺纳米SiO₂与玄武岩纤维的改性煤矸石混凝土进行室内快速冻融循环试验,以质量损失率、相对动弹性模量及抗压强度作为评判指标,系统分析了改性煤矸石混凝土在冻融循环作用下的劣化规律;结合表观损伤形貌宏观观测与扫描电镜微观表征,阐明了纳米SiO₂与玄武岩纤维对煤矸石混凝土的协同改性机制。并以相对动弹性模量损伤度为退化指标,基于Wiener退化过程构建了煤矸石混凝土的服役寿命预测模型。结果表明,复掺纳米SiO₂与玄武岩纤维可显著改善煤矸石混凝土的抗冻性能,有效抑制冻融循环造成的表面砂浆剥落与骨料外露;各组试件的可靠度演化曲线均呈现出典型的三阶段非线性退化特征,但阶段衰减速率差异显著;在煤矸石混凝土中添加1%(质量分数)的纳米SiO₂、0.1%(体积分数)的玄武岩纤维时抗冻性最优,基于Wiener退化过程预测其在西北地区的服役寿命最长。

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冻融环境下岩石-混凝土组合体的动态力学特性及强度变化研究

李高阳, 韦锋

功能材料. 2026, 57(7): 189-197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.022

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为研究冻融环境下界面倾角对岩石-混凝土组合体力学性能与耐久性的影响,制备了5种不同界面倾角(0°、30°、45°、60°、90°)的组合体试件,通过单轴压缩、霍普金森杆(SHPB)冲击及冻融循环试验等进行了分析。结果表明,界面倾角通过调控应力传递路径,对组合体的破坏模式、力学性能及抗冻性能具有决定性影响。静态与动态荷载下,组合体的强度、刚度及峰值应变均随界面倾角增大呈先降低后升高的“V”型变化规律,45°倾角(BS-45)试件因界面应力集中效应最为显著,表现出最差的力学性能与最严重的冲击破碎程度。90°平行界面配置(BS-90)的静态抗压强度达45.2 MPa,动态抗压强度在0.4 MPa驱动气压下达57.9 MPa,在冻融循环100次后仍能保持60.8%的相对动弹性模量,表现出最优的力学性能及最高的应变率敏感性。研究系统揭示了界面倾角与组合体内部损伤演化过程的关系及在冻融环境下性能演变的内在机理,为岩混凝土复合结构的耐久性设计与性能优化提供了重要的理论依据和设计准则。

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Fe/Fe₃O₄/ZnFe₂O₄/C复合材料制备及其吸波性能研究

曹雪芳, 郭伟婷, 温莘淑柔, 陈泽源, 邓高旭

功能材料. 2026, 57(7): 198-207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.023

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以双金属有机框架(MOF)为前驱体,在不同温度(550,650,750 ℃)下煅烧制备得到了组分/含量不同的碳复合材料,研究了其吸波性能。采用矢量网络分析仪、扫描电子显微镜、振动磁强计等表征了样品的电磁参数、组分、形貌等。研究表明,不同煅烧温度对衍生物的吸波性能影响较大,煅烧温度为650 ℃时,衍生物的吸波性能最佳。当频率为8.7 GHz和厚度为2.4 mm时,衍生物Fe/Fe₃O₄/ZnFe₂O₄/C的反射损耗为-37.9 dB,表现出优异的吸波性能,最大有效吸收带宽可达5.5 GHz(1.4 mm)。研究结果不仅丰富了MOF衍生物的结构调控策略,也为X波段吸波性能优异的碳复合材料研究提供了思路。

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碳热还原调控高熵氧化物结构及电容性能优化

郭小峰, 代靖维, 卓煜, 刘诗语, 刘一豪

功能材料. 2026, 57(7): 208-211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.024

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以Co、Ni、Fe、Cr、Mn为多金属组元构筑高熵过渡金属氧化物,通过可控气氛煅烧(400~600 ℃)驱动碳热还原反应调控材料结构。系统研究温度梯度对材料形貌演变、相组成及电化学性能的协同作用机制。结果表明,500 ℃热处理触发碳质组分深度还原,形成三维石墨化导电网络与多级孔结构协同体系,其比电容达733 F/g(优于400 ℃/600 ℃样品)。性能提升归因于:(1)碳热还原反应释放气体致孔;(2)石墨化碳网络加速电荷传输;(3)高熵晶格稳定性缓冲循环应变。研究揭示了碳热还原温度阈值与高熵氧化物电极构效关系。

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Ge-非金属共掺杂β-Ga₂O₃的电子和光学性能影响研究

刘飞, 栾苏珍

功能材料. 2026, 57(7): 212-224. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.025

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研究基于第一性原理方法,系统探究了Ge-P、Ge-S、Ge-Cl、Ge-N共掺杂对β-Ga₂O₃材料结构稳定性、电子特性与光学性能的影响。结果表明,Ge优先取代Ga(1)位点,P、S、Cl、N均倾向占据O(3)位点。Ge-N共掺杂体系稳定性最优,Ge-P体系稳定性最弱;晶格畸变呈现各向异性,b轴变化幅度<0.5%,a、c轴为主要畸变方向。共掺杂可定向调控 β-Ga₂O₃导电类型与带隙:Ge-P(E_g=0.0108 eV)、Ge-S(完全金属化)、Ge-Cl(E_g=0.0920 eV)体系引入施主能级并与导带杂化,呈N型导电,金属化程度为Ge-S>Ge-P>Ge-Cl;Ge-N体系(E_g=1.7330 eV)引入受主能级,表现P型特性。静态介电常数随掺杂原子电负性增大而减小(Ge-P>Ge-S>Ge-Cl>Ge-N);Ge-P和Ge-S分别在紫外区和红外区吸收最强,反射系数在紫外区振荡幅度随电负性增大而减弱,Ge-S在可见光范围内反射系数最低,Ge-N全波长反射系数最稳定;损失函数低能区峰值强度为Ge-P(0.43)>Ge-S>Ge-Cl≈Ge-N,中高能区Ge-N峰值最大。研究为β-Ga₂O₃紫外探测器、红外器件的掺杂设计提供了理论支撑。

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NaOH激发高铁赤泥/矿渣复合胶凝材料的宏观性能及微观特性分析

苏壮飞, 卢新想, 程尧, 王天宇, 刘松, 王雨利, 罗树琼, 吕波, 史长亮

功能材料. 2026, 57(7): 225-236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.07.026

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赤泥作为大宗工业固废,堆存的方式处置会引发各类环境问题,以碱激发的方式制备胶凝材料是赤泥大规模资源化应用的重要方向。研究针对高铁赤泥活性较低的问题,采用矿渣复掺的方式提高碱激发高铁赤泥胶凝材料的整体性能。探究了NaOH激发剂条件下不同高铁赤泥/矿渣掺量复合胶凝材料的凝结时间、水化放热、力学性能及微观结构。研究发现,矿渣掺量的增加显著提高了体系的早期反应活性和力学性能,缩短了凝结时间,并主导早期C-(A)-S-H凝胶的形成,适量矿渣(60%~80%)可显著优化材料的早期性能,其中矿渣掺量为80%时,硬化浆体更为致密,90 d抗压强度达54.4 MPa,材料性能显著提升。微观分析(XRD、MIP、纳米压痕等)表明,高铁赤泥-矿渣在反应过程中产生了协同效应,矿渣的高活性促进了早期凝胶产物的生成,高铁赤泥中低活性SiO₂组分逐渐溶解并参与反应过程,增强了复合胶凝材料的后期性能。

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2026年, 第57卷, 第7期　刊出日期：2026-07-30

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