功能材料

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功能材料. 2026, 57(9): 0-0.

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刚柔协同前驱体碳分子筛膜策略

费晨韬, 江商宁, 向茹婷, 党烯萌, 米克拉依·阿布力克木, 张永文, 闵永刚

功能材料. 2026, 57(9): 1-9. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.001

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氢气提纯与二氧化碳捕集用碳分子筛膜(carbon molecular sieve membrane,CMS膜)的关键在于碳化后孔结构的可控构筑。提出分子层面“刚-柔”协同前驱体策略:以柔性二酐4,4′-(4,4′-异亚丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酸酐)(BPADA)、刚性二酐4,4′-(六氟异亚丙基)二酞酸酐(6FDA)与二胺4,4′-双(4-氨基苯氧基)联苯(BAPP)共聚制备聚酰亚胺前驱体,并经碳化实现孔结构定向调控。结果表明,柔性链段促进超微孔比例提升并增强筛分吸附域,刚性单元构建互补微孔扩散网络,从而实现渗透率与选择性协同提升。优化膜CMS-BA-7的H₂与CO₂渗透率分别为1 150与135 Barrer,H₂/CH₄与CO₂/CH₄选择性分别达1 105与130,超过罗伯森上限(渗透率-选择性权衡界线)。该策略为高性能CMS膜的前驱体设计提供了可推广思路。

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PFSA侧链结构调控PEMWE膜电极离聚物-催化剂界面

陈雨秋, 彭柏霖, 王国樑, 程庆庆, 杨辉

功能材料. 2026, 57(9): 10-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.002

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降低阳极铱载量是质子交换膜电解水(PEMWE)商业化推广的关键,离聚物-催化剂界面的构型直接决定了催化层中活性位点的可及性与传质效率。选取了4种商业化全氟磺酸(PFSA)离聚物:短侧链Aquivion^©(EW=720, 980 g/mmol)与长侧链Nafion^©(EW=1 000, 1 100 g/mmol),通过物理表征与电化学测试揭示构效关系,系统研究了离聚物等效质量(EW)与侧链长度对PEMWE阳极界面结构与性能的调控规律。结果表明,高EW离聚物(≥980 g/mmol)在IrO₂表面形成薄层均匀包覆,催化剂暴露充分,电化学活性面积(ECSA)高达11.7 cm²,显著优于低EW离聚物的界面覆盖层(ECSA≤5.34 cm²);EW相近时短侧链离聚物的电荷转移电阻与活化过电位较长侧链分别降低28%和24%。200 h稳定性测试中,高EW与短侧链的组合(D98)展现出的电压衰减率最低(0.50 mV/h)。从离聚物分子结构源头揭示了催化剂-离聚物界面的构筑规律,提出“高EW构建稳定构型、短侧链提升界面活性”的协同设计原则,为低铱膜电极的高性能离聚物开发提供了理论依据与实验支撑。

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基于静电/共价协同机制壳聚糖/没食子酸-海藻酸钠抗菌膜的制备与性能研究

潘镜月, 陈晖霖, 王成成, 张丽平

功能材料. 2026, 57(9): 18-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.003

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针对传统伤口敷料单一抗菌机制导致抗菌凝血效果不明显问题,研究以海藻酸钠(SA)为基质,引入壳聚糖(CS)与没食子酸(GA),采用溶液共混-钙离子交联法制备了具备静电-共价协同抗菌作用的SA/CS/GA抗菌膜。探究了SA含量对抗菌膜机械性能和抗菌性能的影响;分析了GA含量对抗菌膜形貌、结构及性能(体外抗菌活性、抗氧化能力、血液相容性、凝血性能、溶胀行为及生物降解性)的影响;阐明了CS与GA的协同抗菌性能。结果表明,当海藻酸钠含量为20 g/L、壳聚糖为10 g/L、没食子酸为4 g/L时,SA/CS/GA抗菌膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达到(93.4±4.66)%与(94.2±3.73)%,DPPH自由基清除率高至(83.8±4.72)%,溶血率低至(1.7±0.56)%,凝血指数降低至(33.8±0.92)%。同时,该抗菌膜表现出良好的热稳定性及可拉伸性,且具有亲水性、适宜溶胀性及可控降解行为,在多功能医用敷料领域具有广阔的应用潜力。

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冷/热双模态热管理复合薄膜的制备及应用

冯劲松, 曹志林, 张祖财, 王恩镇, 张尧, 王如志

功能材料. 2026, 57(9): 27-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.004

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面对全球能源危机加剧与低碳减排的刚性需求,零能耗热管理技术已成为能源与材料领域的研究热点。传统辐射制冷仅具备单一制冷模式,无法适配动态温度环境,研究旨在解决这一问题。以PVDF-HFP为基体,掺杂氧化铝、六方氮化硼纳米颗粒,并喷涂MXene纳米片,制备出可翻转的双模态热管理薄膜。测试表明,制冷面太阳反射率为0.975、红外发射率为0.945,制热面太阳吸收率为0.842、红外发射率为0.223,通过简单翻转即可实现制冷、制热双向切换。该研究提供了新型动态热管理材料方案,结构简便、切换灵活,在建筑节能、低碳减排与智能热管理领域具有重要应用价值。

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空间电池防护膜磁控溅射制备与光学性能研究

高正源, 张明鑫, 胡洁, 孙鹏飞, 单贤昊, 罗梓康, 任重, 王帅, 冯相超, 陈志颖

功能材料. 2026, 57(9): 33-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.005

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空间太阳能电池是航天器能源系统的核心组件,其长期可靠性直接决定了航天任务在轨运行周期与任务成败。系统梳理了空间太阳能电池防护膜的磁控溅射制备技术与光学性能调控研究进展。结合航天器运行于真空、强辐射、原子氧侵蚀及微陨石撞击等极端空间环境,深入阐明防护膜兼具抵御空间恶劣环境损伤、提升入射光透光率以增强电池光电转换效率的双重关键作用,并系统梳理其从早期石英玻璃盖板到现代多层复合功能涂层的发展历程分析薄膜关键光学性能参数的测试技术及实用价值,探讨材料本征属性、微观形貌和结构设计等对薄膜光学性能的影响,举例说明仿真设计对该领域的支撑意义。同时,综述聚焦磁控溅射主流制备技术,详细解析氧分压、溅射时间、溅射功率、基底温度等对薄膜折射率、透过率等核心光学性能的调控机制与物理本质。最后总结该领域现存问题并展望未来发展方向。

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纳米银修饰高孔隙率电纺膜的制备及表征

李想, 刘鑫鑫, 文美玲

功能材料. 2026, 57(9): 46-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.006

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构建具有抗菌功能的高孔隙率电纺膜对组织再生至关重要。孔径结构能够有效促进细胞浸润和血管网络形成;抗菌功能的引入可显著降低植入后的感染风险。通过聚己内酯和聚乙烯醇混纺制备双组分电纺膜,选择性去除水溶性聚乙烯醇组分后成功构建了高孔隙率聚己内酯纤维膜,通过硝酸银修饰赋予其抗菌性能;之后对电纺材料的理化性质进行表征,X射线光电子能谱证实纳米银成功负载于纤维表面,相较于聚己内酯电纺膜、聚乙烯醇/聚己内酯复合材料电纺膜及牺牲聚乙烯醇电纺膜,纳米银修饰电纺膜展现出优化的多孔结构、改善的亲水性、较高的力学性能以及优异的抗菌效果,为创面修复和血管再生材料的设计提供了新思路。

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不同烧结助剂对陶瓷膜支撑体的影响

第五梦蝶, 郭雅妮, 刘梦涵, 陈维星

功能材料. 2026, 57(9): 55-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.007

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为实现煤矸石的高值化资源化利用,以煤矸石为主要原料(与粉煤灰按7∶3质量比混合),分别选用CuO、TiO₂、MgO作为烧结助剂,通过干料混合、水浴搅拌、陈化、挤压成型、高温烧结等工艺制备陶瓷膜支撑体,系统探究不同烧结助剂对支撑体物相组成、微观形貌及性能的影响。结果显示,3种烧结助剂作用下的支撑体主要物相均为石英、钙长石、赤铁矿,且各有特征次级相。微观结构上,CuO组孔隙清晰且颗粒连接紧密;MgO组过度致密化致孔隙堵塞;TiO₂组结构松散。性能方面,CuO组综合最优,在烧结温度为1 000 ℃、保温时间2 h和CuO为6%(质量分数)添加量条件下,纯水通量8 651.40 L/(m²·h·MPa),抗折强度21.31 MPa,线性收缩率3.76%。

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羟基化PPS短纤维增强聚砜复合隔膜的制备

孙兆策, 叶献民, 包冰倩, 李为鑫, 唐美, 何国强

功能材料. 2026, 57(9): 61-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.008

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碱性水电解是一种有效的绿色制氢方法,但传统隔膜的性能限制仍是其发展的重要障碍。研究了一种具有三维结构的二氧化锆-聚砜-聚苯硫醚(ZrO₂-PSF-PPS)复合膜。通过引入羟基化PPS短纤维到隔膜中,构建三维网络结构优化膜内的孔隙分布,促进指状孔隙向海绵状孔隙转变,显著提高隔膜泡点压力的同时保持优异的电解性能,复合隔膜最大泡点压力达到0.536 MPa,面积电阻为0.2 Ω·cm²,在30% KOH、80 ℃及2 V电压条件下,电流密度可达900 mA/cm²,隔膜性能显著提升。

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Ti₃C₂-MXene/Cu₉S₅/PVDF复合光热膜制备及其界面蒸发性能研究

贾方舟, 徐云松, 张艺方, 王建康, 姚忠平

功能材料. 2026, 57(9): 66-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.009

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针对Ti₃C₂-MXene易于发生不可逆的聚集、堆叠,从而造成其光吸收性能与蒸发效率下降的问题,通过湿法刻蚀-溶剂热法将Cu₉S₅沉积于Ti₃C₂-MXene层间及表面,制备出了具有三明治结构的Ti₃C₂-Xene/Cu₉S₅复合光热转换材料,并通过真空抽滤法将其负载于亲水PVDF滤膜上,得到了Ti₃C₂-Xene/Cu₉S₅/PVDF复合光热膜。通过XRD、SEM和XPS对所制备样品的组成、结构和形貌进行了表征,评价了Cu₉S₅: Ti₃C₂-MXene理论摩尔比为0.5∶1、1∶1和2∶1的Ti₃C₂-MXene/Cu₉S₅复合材料的光吸收性能和界面蒸发性能。研究发现,在摩尔比为1∶1时所得样品的界面蒸发性能最佳,其太阳光吸收率为90.9%,界面蒸发速率和蒸发效率分别为1.795 kg/(m²·h)和94.3%,并且具有良好的循环稳定性,循环7次后蒸发速率仍可稳定在1.62 kg/(m²·h)。

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微纳复合蛾眼结构薄膜成形与耐磨性能研究

郑军, 邓宇君, 易培云, 彭林法

功能材料. 2026, 57(9): 74-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.010

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抗反射蛾眼结构具有大角度,宽波段减反射的优良光学性能,在光伏发电,电子屏显示领域具有广阔的应用前景。但是其特征尺度在几百纳米,机械耐磨性不足,制约了大规模应用。提出等离子刻蚀与阳极氧化刻蚀的两步刻蚀方法,制备了微纳复合蛾眼结构模具,并基于紫外纳米压印成形工艺,通过一步成形制备出由微米网栅和纳米结构组成的微纳复合蛾眼结构薄膜。经过光学反射率测试,微纳复合蛾眼结构薄膜的平均反射率为1.1%,在0.2 kgf压力下钢丝绒摩擦500次后,平均反射率仍保持2.0%,仅为传统蛾眼结构薄膜平均反射率的36%。为提升蛾眼结构抗反射薄膜的耐磨性能提供了可行的技术路径和方法支撑。

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水热温度对氧化镍薄膜电致变色性能的影响

王可, 王美涵, 乔雪, 张嗣尧, 侯欣然, 刘宜彬

功能材料. 2026, 57(9): 81-85. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.011

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水热温度是水热法制备NiO薄膜的一个重要参数。利用NiCl₂·6H₂O与CO(NH₂)₂作为反应前驱体溶液,分别以140、150、160和170 ℃的水热温度进行50 min水热反应,探究水热温度对NiO薄膜形貌及电致变色性能的影响。利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、电化学工作站和紫外-可见分光光度计对薄膜进行形貌表征与性能测试。NiO膜厚随着水热温度的升高先增加后减小;薄膜呈现纳米片结构,升高至170 ℃时薄膜出现不规则聚集体纳米花结构。当水热温度为160 ℃时,NiO薄膜最厚,大约370 nm,薄膜具有较大比表面积,能够提供更多活性位点,储存更多电荷,加快离子注入与脱出。因此该NiO薄膜具有较高电荷容量(24.91 mC/cm²),更快的响应时间(致色时间6.2 s,褪色时间2.9 s)。在波长600 nm处的光调制幅度为50.56%,其光密度变化与致色效率分别为0.42和17 cm²/C。

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溅射功率密度对IZrO薄膜的结构与性能的影响

张成城, 许积文, 周贤界, 朱归胜, 徐华蕊

功能材料. 2026, 57(9): 86-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.012

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使用直流磁控溅射技术在玻璃基片上制备氧化铟锆(IZrO)透明导电薄膜,研究功率密度和热处理对IZrO薄膜微观形貌及光电性能的影响。结果表明,在室温下不同功率密度制备的IZrO薄膜均为非晶态纳米结构,热处理后转变为结晶态。沉积态薄膜在可见光波段的平均透过率随功率密度增加呈现先增后减的趋势,热处理后的平均透过率显著提升;当功率密度为2.50 W/cm²时,热处理后IZrO薄膜的平均透过率由87.72%提升到91.09%;随着功率密度的增加,热处理后薄膜中载流子的迁移率和浓度同步升高,导致电阻率降低;热处理后薄膜的迁移率从21.01 cm²/(V·s)提升至 46.55 cm²/(V·s),增幅超1倍。

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远程等离子体辅助制备TiO₂/g-C₃N₄/PVDF光催化分离膜

李茹, 王妍, 崔光阳, 陈攀, 唐靓

功能材料. 2026, 57(9): 91-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.013

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聚偏氟乙烯超滤膜(PVDF UFMs)的强疏水性和低表面自由能已难以适应当前水处理行业的严格要求。采用远程氮气等离子体作用于PVDF膜表面的C-H和C-F键,利用聚丙烯酸(PAA)作为桥接剂,将TiO₂/g-C₃N₄复合催化剂牢固的结合在PVDF UFMs上。结果表明在最佳条件下放电时间150 s,压强20 Pa,放电功率 80 W,膜表面水接触角(WCA)从86.5°降低至 68.2°,PAA/PVDF膜WCA降低至56.3°,最终制备的TiO₂/g-C₃N₄/PVDF超滤膜WCA低至30.19°,纯水通量高达159.3 L/(m²·h)。当 TiO₂/g-C₃N₄ 负载量为 7%(质量分数)时复合膜对亚甲基蓝(MB)的降解效率达到86.3%,经过五次循环降解实验后仍保持80.3%的降解率。牛血清蛋白(BSA)溶液过滤测试中,复合膜BSA水通量最高为86.62 L/(m²·h),截留率为89%,原始PVDF膜BSA水通量仅为39.54 L/(m²·h),截留率仅为20%。综上所述,成功构建出具有可见光响应特性的光催化分离膜。

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MOF/LLZTO协同高性能固态聚合物电解质

刘贵超, 李晨永, 胡明明, 王玉玉, 董士花

功能材料. 2026, 57(9): 101-107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.014

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传统聚合物电解质在实际应用中往往存在离子传输速率有限以及与锂金属电极界面稳定性不足等问题,尤其在较高电流密度条件下更为突出,限制了其在固态锂电池中的进一步应用。制备了UiO-66-Br与Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂(LLZTO)陶瓷填料协同作用下的聚合物固态电解质薄膜L-UB。LLZTO与UiO-66-Br基体之间的协同效应形成了连续的纳米级接触界面,有利于缩短锂离子的迁移路径,降低界面处的电荷传输阻力,促进锂离子的快速迁移。电化学测试结果看出,L-UB电解质表现出宽的电化学稳定窗口(4.97 V)、较高的锂离子迁移数(0.74)以及优异的离子电导率(1.44×10^-4 S/cm)。此外,Li||L-UB||Li电池在0.1 mA/cm²条件下实现了超过300 h的稳定循环,同时在全电池体系中,0.5和1 C下的比容量分别达到150和130 mAh/g。

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溶胶凝胶法制备Ba_0.92La_0.08SnO₃/Al₂O₃薄膜及其退火工艺诱导的导电性能增强

杨亮亮, 许瑞醒

功能材料. 2026, 57(9): 108-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.015

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透明导电氧化物(TCO)是光电子器件的核心材料,但广泛应用的低成本、高性能产品仍待开发。为解决传统的氧化铟锡(ITO)的局限性,并实现与产业化衬底的良好兼容,采用溶胶-凝胶法在低成本Al₂O₃衬底上制备了La掺杂BaSnO₃ (BLSO)薄膜。系统研究了烧结与退火工艺的调控规律,发现经1 000 ℃烧结后,在N₂/H₂气氛中进行800 ℃快速退火是关键。该工艺能有效协同优化薄膜的结晶质量与电学性能,通过调控氧空位与修复晶格缺陷,使薄膜获得突破性的光电综合性能:电阻率低至1.54×10^-3 Ω·cm,迁移率高达 14.14 cm²/V·s,同时在可见光区保持约80%的高透光率。本工作为在低成本衬底上制备高性能BLSO薄膜提供了一条简单、有效的技术路径,展现出产业化应用的巨大潜力。

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无氟超疏水EVA膜的制备及其性能研究

孙玮, 黄冬晨, 刘乾, 倪忠斌, 陈明清, 施冬健

功能材料. 2026, 57(9): 115-122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.016

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为了提高食品包装材料的防污能力,特别是较高或冷冻温度下的防污稳定性,构筑了一种无氟超疏水涂层。以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为基体,通过十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)改性不同粒径的SiO₂纳米颗粒,并结合氢化松香甘油酯(HRE)/D-柠檬烯溶液对EVA基材进行表面处理,采用喷涂工艺构建了具有稳定微纳复合结构的超疏热水表面。实验结果表明,当大小粒径的改性SiO₂配比为1∶3(400 nm∶50 nm)、固含量为3%时,该薄膜对30~80 ℃热水均保持超疏水性(接触角>150°),同时表现出优异的抗冷冻性和耐酸碱腐蚀性、附着力及生物相容性,为开发安全环保的高性能食品包装材料提供了有效策略。

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改性壳聚糖/聚乙烯醇薄膜对甲基橙的吸附研究

张姬, 刘志明, 王海英

功能材料. 2026, 57(9): 123-131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.017

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研究以壳聚糖(CS)和聚乙烯醇(PVA)为基材,通过掺入不同质量分数(0%、4%、6%、8%、10%)的白桦木醋液,制备了系列复合薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、力学测试、接触角和X射线衍射(XRD)五种表征手段,系统考察了薄膜的微观结构、力学性能及对甲基橙(MO)的吸附行为。结果显示:白桦木醋液的添加改变了薄膜的微观形貌,并对力学性能产生积极影响。适量添加(4%)可大幅提升CS与PVA薄膜的拉伸强度和断裂伸长率,CS-WV4%和PVA-WV4%的拉伸强度为(22.85±3.87)、(31.25±6.71)MPa;断裂伸长率为(59.70±0.79)%、(485.79±63.39)%。在吸附性能方面,CS-WV6%和PVA-WV4%薄膜分别在甲基橙初始浓度为50、75 mg/L下展现出最高吸附率(94.99%、38.88%)及最高平衡吸附量(4.99 mg/g、3.13 mg/g)。CS薄膜的吸附量表现为CS-WV6%＞CS-WV4%＞CS-WV8%＞CS-WV10%＞CS-WV0%,PVA薄膜的吸附量表现为PVA-WV4%＞PVA-WV8%＞PVA-WV10%＞PVA-WV6%＞PVA-WV0%。动力学分析表明,其吸附过程符合准二级动力学模型,主导机制为化学吸附。研究为开发高性能、生物基的甲基橙吸附材料提供了重要理论依据。

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厚度对La_0.7Sr_0.3MnO₃外延薄膜磁各向异性及磁阻尼的影响

侯卫霄, 王帅, 张本杰, 牛宇兴, 崔歆岚, 张永鑫, 高小渊, 郭伟豪, 王志成, 胡季帆

功能材料. 2026, 57(9): 132-137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.018

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磁阻尼系数是决定铁磁材料是否适用于微波器件的关键参数。系统研究了不同厚度单晶La_0.7Sr_0.3MnO₃(LSMO)薄膜的磁各向异性与磁阻尼特性。采用脉冲激光沉积技术在单晶SrTiO₃(STO)衬底上制备了不同厚度的LSMO薄膜,X射线衍射(XRD)2θ扫描与φ扫描结果确认了薄膜沿SrTiO₃衬底的[001]晶轴外延生长。磁滞回线测量表明,随着薄膜厚度增加,薄膜面内、外的磁各向异性显著增强。铁磁共振(FMR)测试显示,25 nm的LSMO薄膜具有最窄的共振线宽及最低的吉尔伯特阻尼系数(α=1.1×10^-3),该结果源于薄膜沉积过程中材料整体均匀性的增加。

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¹聚砜-超支化聚酯纳滤膜的制备及其表征

李建卫, 董健, 董亮亮, 陈明清, 施冬健

功能材料. 2026, 57(9): 138-146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.019

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为解决传统聚砜(PSf)纳滤膜亲水性差、通量低及选择性不足的问题,研究提出了一种分子设计策略,即将端羟基超支化聚酯(H103)接枝到PSf主链,合成聚砜-超支化聚酯嵌段共聚物(PH103),并采用非溶剂诱导相分离(NIPS)工艺制备纳滤膜。旨在通过引入超支化结构,突破线性聚合物对膜孔隙率和水通量的调控局限。结果表明,H103的引入加速了相分离动力学,从而改变了膜的微观结构。与PSf膜相比,PH103膜的亲水性显著增强,孔隙率提高,表面负Zeta电位增大,PH103膜的水通量达到7.22×10^-11 m·s^-1·Pa^-1,对Na₂SO₄的截留率高达89.91%。此外,改性膜表现出卓越的长期稳定性和恶劣环境的应用潜力。研究为开发适用于高盐废水处理的高性能纳滤膜提供了有效的分子设计途径。

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RuHCF薄膜的原位水热法制备及其电致变色性能研究

王晟瑜, 褚佳, 贾伟航, 熊善新

功能材料. 2026, 57(9): 147-153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.020

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采用一步水热法在FTO导电玻璃上原位制备了钌普鲁士蓝(RuHCF)电致变色薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等手段系统表征了薄膜的物相结构、微观形貌和元素化学态;通过电化学工作站测试其电化学性能,并结合紫外-可见光谱研究了薄膜的电致变色行为。实验讨论了水热温度对薄膜形貌及性能的影响规律。结果表明,所制备的RuHCF薄膜在电压调控下可实现无色与紫色之间的可逆变色;其中,在140 ℃条件下制备的薄膜(RuHCF-140 ℃)表现出最优的电致变色性能:在580 nm波长处的光学对比度达24.1%,着色与褪色时间分别为2.6 s和4.0 s,且在经历2000 s循环测试后仍保持98.4%的初始光学调制能力。

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Y₂O₃对CoCrFeNiMo涂层组织调控及性能强化机制研究

成智, 陈文静, 郭彪, 李正俊, 李光照, 唐思涛, 杨星禹, 敖进清

功能材料. 2026, 57(9): 154-162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.021

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激光熔覆CoCrFeNiMo涂层在能源化工、海洋工程等领域应用潜力巨大,但其组织粗大、脆性相析出等问题导致耐磨与耐蚀性能难以协同提升。利用XRD、SEM、摩擦磨损仪、电化学工作站等研究了Y₂O₃对涂层组织及耐磨耐蚀性能的影响和强化机制。结果表明:涂层主要由Ni-Cr-Co-Mo相和少量σ相组成,Y₂O₃在基体中弥散分布,细化了晶粒,强化了晶界,提高了涂层致密度;过量添加则会形成团聚,劣化组织结构。Y₂O₃含量为3.0%(质量分数)时CoCrFeNiMo涂层综合性能最佳:在显微硬度提升35.4%,磨损率降低40.2%的同时在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流密度降低了87.9%。Y₂O₃通过“弥散强化-晶粒细化-钝化膜强化”多尺度强化协同机制,构建了“耐磨-耐蚀”统一的微观结构基础,实现了耐磨-耐蚀性的同步优化,为面向严苛环境的高性能涂层设计提供了新实践。

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静电纺丝PVDF纳米纤维薄膜的制备及β相调控

马浦轩, 王旭升, 夏卫民, 任柯燃, 刘天奇, 韩涛

功能材料. 2026, 57(9): 163-170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.022

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为提高静电纺丝聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维薄膜的β相含量并优化其晶相结构,采用静电纺丝法制备PVDF纳米纤维薄膜,并系统研究了溶液浓度、纺丝电压和收集滚筒转速等工艺参数对薄膜形貌及晶相结构的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对样品的形貌、晶相结构及β相含量进行表征,并结合电晕极化处理进一步分析其对薄膜极性结构的调控作用。结果表明,在各单因素考察范围内,17%(质量分数)溶液浓度、16 kV纺丝电压和300 r/min收集滚筒转速对应样品表现出较好的纤维形貌,纤维直径主要分布在0.1～0.7 μm范围内。XRD和FTIR结果表明,静电纺丝制备的PVDF纳米纤维薄膜以β相为主,最高β相含量约为69.8%。经电晕极化处理后,样品在840和1 275 cm^-1附近的β相特征吸收峰增强,按 FT-IR 计算得到的β相含量由66.2%提高至72.4%。研究表明,静电纺丝工艺优化与电晕极化处理相结合,能够有效促进PVDF纳米纤维薄膜中β相形成并增强偶极取向,为压电功能薄膜的结构调控与性能优化提供实验依据。

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基于交联化电荷传输层的高性能混合分层有机光电晶体管及其光电突触行为研究

徐骏, 程在天, 回迪, 韦健, 宋静丽, 刘冠中, 张发培

功能材料. 2026, 57(9): 171-179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.023

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基于给体-受体共混的体相异质结光电晶体管具有很好的激子解离能力,有助于形成高的光电流增益。但是受体如富勒烯PC₆₁BM等分布在给体基体中容易形成电子传输通道,导致较高的关态电流和电荷-空穴复合机率,引起器件光电性能下降。为此我们通过在新型半导体聚合物DPPTT-T中添加交联剂C6Si来固化薄膜,显著提高其对溶剂的稳定性。并通过在交联化的DPPTT-T电荷传输层上旋涂沉积DPPTT-T:PC₆₁BM基光活性层制备了混合分层的有机光电晶体管。该器件的光响应度高达5.0×10⁵ A/W,光灵敏度达4.4×10⁴,比探测率达1.4×10¹⁴ Jones,与基于单层的DPPTT-T:PC₆₁BM体异质结器件相比,光响应度提升了约2倍,光灵敏度提升了一个数量级。此外,由于混合分层器件中光活性层/电荷传输层的界面态效应以及电子-空穴复合路径的延长,使器件呈现清晰的光电突触响应,并成功地模拟了生物突触行为。

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强磁场诱导的苝二酰亚胺自由基铁磁薄膜的结构调控及其磁性能研究

韦健, 刘冠中, 程在天, 回迪, 徐骏, 宋静丽, 潘国兴, 张发培

功能材料. 2026, 57(9): 180-187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.024

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运用还原-再氧化策略来制备基于苝二酰亚胺(PDI)的自由基铁磁半导体。分别采用超声还原法和溶剂热还原法合成了包含PDI二价阴离子自由基(PDI^2-)的前驱体溶液,并比较了这两种制备途径对PDI(一价)阴离子自由基(PDI^-)的薄膜结构及磁性能的影响。结果表明,通过超声还原法获得的PDI^2-溶液形成了结构有序度较高的薄膜,呈现0.05 A·m²/kg的室温饱和磁化强度,远高于溶剂热法制备的样品。特别是通过在强磁场(5 T)下溶液滴涂生长PDI^-自由基薄膜,发现磁场诱导生长可以显著增强薄膜的铁磁性,实现了饱和磁化强度接近0.1 A·m²/kg的PDI自由基磁体。研究结果证实了强磁场在调控自由基薄膜微结构和磁性质方面的重要作用,为发展高性能有机自由基铁磁体提供了一条重要途径。

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基于模板法制备多孔ITO薄膜及其光电性能调控

李杰, 李海平, 董玲, 徐华蕊, 吴治平, 谷东, 杨季薇, 朱归胜

功能材料. 2026, 57(9): 188-194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.025

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对ITO(氧化铟锡)薄膜可见光透过率的优化已成为新一代光电子器件发展的核心课题之一。通过精确调控薄膜微结构,构建有序多孔结构,可显著提升ITO薄膜在380~800 nm波段的平均透光率,同时维持优异的导电特性。研究提出了一种双层复合多孔结构,可同步调控ITO薄膜的光学与导电性能,并系统探讨多孔结构对其光电性能的影响规律。研究结果表明,溅射时间为15 min时为最优工艺节点,该条件下制备的双层复合薄膜品质因数达到最佳,其可见光波段平均透过率为83.23%,较同工艺致密ITO薄膜提升1.34%,同时方阻为59 Ω/sq。这种兼具高透明度与低电阻的复合结构薄膜,在对透光率与响应速度要求较高的光电子器件中,具有重要应用价值与发展前景。

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玉米秸秆薄膜制备及电磁屏蔽应用研究

张晓美, 汪敏, 蒋希芝, 郑志雨, 陈罡, 徐磊

功能材料. 2026, 57(9): 195-201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.026

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经N,N-二甲基乙酰胺活化改性后的纳米木质纤维素,可在特定温度下,促使玉米秸秆于N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂复合溶剂体系中实现高效溶解,进而配制出高浓度分散液。玉米秸秆木质纤维素先经晶内溶胀预处理,再结合酰胺活化工艺,可显著提升溶解效率与溶解程度,最终制得稳定性优异的玉米秸秆基纳米木质纤维素分散液。通过调控球磨转速与研磨时长,可制备出不同粒径规格的玉米秸秆纳米木质纤维素;在300 r/min转速下球磨6 h,所得产物可构筑力学性能优良的纳米木质纤维素薄膜,且该薄膜兼具良好的电磁屏蔽效能。

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SnO₂掺杂对聚苯胺薄膜电致变色性能的影响

金云枫, 徐子芳, 曹陈真, 霍杰丽, 莫玮琦

功能材料. 2026, 57(9): 202-209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.027

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采用化学氧化法制备了纯聚苯胺(PANI)以及不同量氧化锡(SnO₂)掺杂的SnO₂/PANI复合材料,采用浸涂法进行薄膜的制备,并利用XRD、FTIR、SEM、UV-Vis、电化学工作站等多种测试手段研究了SnO₂掺杂量对PANI结构形貌及电致变色性能的影响。结果表明,SnO₂/PANI复合薄膜中二者材料构建电子供受体结构,显著促进电荷传输并缩减离子迁移路径,从而有效提升材料整体电化学活性;当SnO₂的掺杂质量分数达到10%时,SnO₂/PANI复合薄膜的电致变色性能效果最佳,着色效率(CE)为64.15 cm²/C,着色、褪色响应时间(t_c/t_b)分别为1.8和1.5 s,经500次着色褪色循环后薄膜电化学活性保持在初始的80%左右。本研究制备的SnO₂/PANI复合薄膜拓展了PANI复合电致变色材料的种类, 具有良好的应用前景。

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磷酸锆/PLA-g-GMA协同增强PLA基复合膜的结构与性能研究

郭正潮, 邱桥平, 关龙龙, 姚水良, 路耀攀, 张金鸽, 汪根林

功能材料. 2026, 57(9): 210-219. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.028

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以聚乳酸(PLA)为基体,引入层状填料磷酸锆(ZrP)及反应型相容剂PLA-g-GMA,通过熔融共混法制备了一系列高性能PLA基复合膜,系统研究了其热分解行为、结晶性能、光学性能、力学性能、阻隔性能、表面润湿性及晶体结构的变化规律。结果表明,纯PLA呈现单一步骤热分解且残炭率较低,而ZrP与PLA-g-GMA的引入使体系表现出多步热解特征并显著提高残炭率,从而有效提升热稳定性。ZrP作为异相成核剂与PLA-g-GMA增强界面相互作用产生协同效应,显著促进PLA结晶,最佳配比(PLA 91%、ZrP 4%、PLA-g-GMA 5%)下结晶度可达38.48%。光学性能研究表明,ZrP的加入会增加光散射,而PLA-g-GMA通过改善其分散性降低界面折射率差异,在5%添加量时复合膜透光率提高至91.3%、雾度降至1.01%,表现出优异的光学均匀性。力学性能方面,适量ZrP与PLA-g-GMA协同增强界面结合与应力传递,使复合膜的拉伸强度和断裂伸长率显著提升。ZrP层状结构构建“迷宫效应”,显著降低水蒸气和氧气透过率,使复合膜获得极佳阻隔性能。此外,ZrP与PLA-g-GMA的协同作用提高了复合膜表面能,使接触角由75°降低至68°~70°,表现出更优的表面润湿性。在PLA-g-GMA作用下,ZrP由层状堆叠向剥离/插层结构转变,在5%相容剂含量时实现高度剥离分散,对应最佳界面相容性与综合性能。由此可见,ZrP与PLA-g-GMA在PLA体系中表现出显著的协同增强与结构调控作用,为制备兼具高结晶性、优异力学与阻隔性能的可降解包装材料提供了有效途径。

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亲疏水改性纳米纤维素湿电薄膜的制备及性能研究

谭舒雯, 盘智隆, 韦俊呈, 李泉, 程芳超

功能材料. 2026, 57(9): 220-228. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.029

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为开发低成本、高稳定性的天然高分子湿气发电系统,研究以纸浆为原料,采用TEMPO氧化法结合超声破碎法制备纤维素纳米纤维,利用环氧氯丙烷与硅烷偶联剂对其进行交联并干燥制备成膜。进一步采用超疏水二氧化硅、六甲基二硅氧烷和聚二甲基硅氧烷三甲基硅氧烷封端等材料对薄膜进行疏水改性,同时利用氯化锂对薄膜一侧进行亲水改性,制备出具有亲疏水驱动湿度梯度结构的湿电薄膜。采用FT-IR、SEM等表征方法对其化学和微观结构进行表征,并通过接触角测试分析其表面亲疏水特性。结果表明,经超疏水二氧化硅和氯化锂改性的薄膜在潮湿环境下可实现0.68 V的开路电压与9.5 μA的短路电流,相较未处理样品其发电性能分别提升约26%和375%。此外,较高的环境湿度有助于提升其湿电响应性能并提高其稳定性。研究构建的纳米纤维素湿电薄膜展现出优良的响应性与可持续性,在利用天然高分子材料构建新型湿气发电体系方面具有一定的实践价值。

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酞菁铅衍生物提升钙钛矿太阳能电池空穴传输层的形貌与性能

赵晨, 李保君, 陶龙晨, 陈倪平, 云大钦, 孙旭飞, 孔丁峰, 郑灵灵

功能材料. 2026, 57(9): 229-236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2026.09.030

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目前,高性能正置结构钙钛矿太阳能电池普遍采用spiro-OMeTAD作为空穴传输材料。然而,其常用添加剂Li-TFSI与spiro-OMeTAD之间存在显著的极性差异,导致电荷传输不均匀、离子聚集及器件稳定性下降等问题。研究引入四(4-枯基苯氧基)酞菁铅(Ⅱ)(PbPc(CP)₄)作为辅助掺杂剂,并将其直接掺入HTM薄膜中。实验结果与理论计算共同表明,PbPc(CP)₄中的酞菁共轭中心可为空穴提供低能垒的输运通道,有效提升载流子迁移率;同时,其独特的分子结构作为“极性桥梁”,显著改善了Li-TFSI在低极性HTM体系中的分散性,从而抑制了其团聚行为。经掺杂调控后,器件的光电转换效率从21.4%提升至23.2%,长期稳定性亦获得显著增强。工作提出了一种调节HTM组分极性匹配性的有效策略,为构建高效稳定的钙钛矿光伏器件提供了新思路。

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2026年, 第57卷, 第9期　刊出日期：2026-09-30

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