功能材料

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功能材料. 2025, 56(4): 0-0.

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沉积电压对羟基磷灰石-还原氧化石墨烯-壳聚糖(HA-NrGO-CS)复合涂层的影响研究

张立勋, 祝敬佩, 王伟, 张登基, 黄家鑫, 陈梓豪

功能材料. 2025, 56(4): 4001-4009. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.001

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利用电泳沉积和热还原相结合的方法,在ZK60镁合金表面制备不同沉积电压下的HA-NrGO-CS(羟基磷灰石-还原氧化石墨烯-壳聚糖)三元复合涂层,XRD(X射线衍射)结果表明,Mg²⁺会掺杂到HA (羟基磷灰石)中影响HA(002)晶面的生长,使其沿(300)晶面生长形成片或板状的HA再结晶晶体,Mg²⁺ 掺杂从而减小复合涂层的晶粒尺寸形成更加均匀致密的复合涂层。红外和拉曼光谱证实了氮原子的掺杂和GO(氧化石墨烯)的有效还原。电化学结果显示,不同沉积电压下制备的HA-NrGO-CS复合涂层对基体都有一定的保护,140 V条件下制备的复合涂层具有最大的E_corr(腐蚀电位):-0.28 V值和最小的I_corr(腐蚀电流密度):5.04 μA/cm²值,C_R(腐蚀率)值:0.11 mm/year表明涂层能有效延缓基体合金的腐蚀速率,此时复合涂层具有最优的耐腐蚀性能。有效地解决了Mg基体作为潜在骨科植入材料在人体内腐蚀速率过快的问题。

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碳酸锰两步反应制备P2-Na_0.67MnO₂正极材料及性能

张庆堂, 高鹏飞, 王晓梅

功能材料. 2025, 56(4): 4010-4015. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.002

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采用MnCO₃为原料,通过两步和一步反应制备P2-Na_0.67MnO₂正极材料(分别命名为NMO-2,NMO-1),并对合成样品进行结构表征以及电化学性能等测试。研究结果表明,NMO-2和NMO-1的晶粒尺寸分别为51 、 60 nm,小的晶粒尺寸可缩短钠离子迁移距离,和NMO-1的不规则颗粒不同,NMO-2为明显的一维棒状和二维片状颗粒。当NMO-2作为电池正极时,0.1 C倍率下放电比容量为140 mAh/g,10 C高倍率下放电比容量为71.8 mAh/g,且在0.5 C倍率下循环100次后容量保持率为89.5%。

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硅质外加剂与络合剂协同作用对砂浆微观结构和自修复性能的影响

付世祥, 杨胜文, 庄荣华, 周紫晨, 余剑英

功能材料. 2025, 56(4): 4016-4023. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.003

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为提高水泥砂浆的防水性能,研究了不同种类硅质外加剂(硅灰、沸石、硅藻土)与络合剂协同使用对砂浆微观结构、力学性能、抗渗性能和自修复性能的影响。结果表明,与单掺络合剂砂浆相比,复掺硅质外加剂与络合剂的砂浆中形成了更多的水化硅酸钙和碳酸钙产物,孔径＞0.1 μm的孔隙显著减少,砂浆的抗压强度、抗渗性能和裂缝自修复能力均明显提高。在3种硅质外加剂中,硅灰与络合剂协同使用对砂浆的孔结构以及抗压、抗渗和自修复性能的改善效果最好。相比单掺0.5%络合剂砂浆,复掺4%硅灰和0.5%络合剂砂浆在养护28 d后总孔隙率降低了17.2%、抗压强度提高了27.0%、氯离子扩散系数降低了23.3%。自修复性能测试表明,当预制裂缝砂浆的初始渗水率均为250 mL/min时,单掺络合剂和复掺硅灰与络合剂砂浆养护28 d后的相对渗水系数分别降低至31.8%和11.6%,对于宽度为0.30 mm的裂缝,单掺络合剂砂浆养护至28 d时完全修复,而复掺硅灰与络合剂砂浆养护至7 d时即可完全修复。

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镁铁水滑石修饰3D石墨烯吸附环丙沙星研究

高雪, 韩兴威, 孙杰, 王斯佳, 陆冲, 邹豪君

功能材料. 2025, 56(4): 4024-4031. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.004

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采用一步水热法合成了镁铁水滑石/三维石墨烯((Mg-Fe) LDHs/3D-rGO)复合吸附材料。微观结构表征结果表明,(Mg-Fe) LDHs纳米颗粒均匀分布在3D石墨烯网络结构表面,(Mg-Fe) LDHs纳米颗粒的负载有效地提高了产物的比表面积。其对环丙沙星(CIP)的吸附性能研究结果表明,CIP的初始浓度、温度和pH值为均影响(Mg-Fe) LDHs /3D-rGO对CIP的吸附过程;通过等温吸附曲线拟合发现(Mg-Fe)LDHs/3D-rGO吸附CIP的过程既符合Langmuir模型又同时符合Freundlich模型,基于Langmuir模型拟合得的最大吸附量为143.34 mg/g;通过吸附动力学拟合发现,吸附过程符合Elovich模型,以化学吸附为主。(Mg-Fe) LDHs/3D-rGO的循环再生性能较好,可重复利用。此研究可为抗生素吸附材料的研发提供新思路。

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Al-Ag功能梯度复合材料的制备及其性能研究

张杨, 杨学斌, 李培博, 罗国强, 沈强, 孙一

功能材料. 2025, 56(4): 4032-4040. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.005

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准等熵压缩实验可以通过轻气炮驱动不同阻抗分布的弹丸材料实现。弹丸的阻抗分布决定了加载的应力-应变率范围。采用粉末铺层结合热压烧结工艺制备了阻抗连续变化的Al-Ag梯度复合材料,并对单层Al-Ag复合材料以及Al-Ag梯度复合材料的结构与性能进行了研究。结果表明,Al-Ag梯度复合材料的最佳烧结工艺为570 ℃-100 MPa-2 h,各组分的Al-Ag复合材料致密度均大于95%。除此之外,各组分的Al-Ag复合材料的力学性能、SEM、热膨胀系数结果均表明Al-Ag梯度复合材料的可行性。Al-Ag梯度复合材料的SEM和EDS结果表明梯度复合材料内部元素分布与设计方案一致,层间平行度较好。动态加载实验结果显示Al-Ag梯度复合材料具有良好的准等熵加载效果,有明显的准等熵加载效果,与模拟结果吻合较好。制备的Al-Ag梯度复合材料具有稳定的准等熵压缩效果,为探究不同应力-应变率下的材料的高压物性参数及损伤机制提供了支撑。

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铜钛合金制备与性能优化研究进展

张欣, 王哲, 庞一丹, 王建刚, 李建辉, 刘闪

功能材料. 2025, 56(4): 4041-4049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.006

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简述了铜钛合金的发展现状,主要介绍了以真空熔炼为基础粉末冶金为研究方向的铜钛合金的制备技术,论述铜钛合金固溶时效的相变过程与强化机理,对轧制工艺的强化原理进行了介绍。总结了时效工艺以及变形强化工艺与性能的关系,描述了第三元素对铜钛合金性能的影响,并对部分元素的影响机理进行了叙述,并对目前铜钛合金性能优化的前沿技术进行了介绍。

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功能型聚乙烯醇缩丁醛树脂的研究进展

马友谊, 杨建军, 吴庆云, 吴明元, 张建安, 刘久逸

功能材料. 2025, 56(4): 4050-4057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.007

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聚乙烯醇缩丁醛(PVB)由正丁醛和聚乙烯醇(PVA)缩合而成,在工业上是一种重要的高分子材料,具有耐水、耐热、成膜性好、透明度高等优良特性,可广泛用于汽车玻璃夹层、胶黏剂、光伏电池膜,防护薄膜等众多领域。随着生产、生活需求的不断提高,人们对功能型PVB树脂的改性研究从未停止,从6个不同应用方面总结了PVB树脂的功能化改性研究,包括防紫外、导热、防水耐油、防污抗菌、防腐蚀和自修复。综述了最近几年研究人员对功能化改性PVB树脂的最新研究进展,最后指出了该领域存在的问题,并对该材料的未来研究方向做出了展望,应向着经济、多功能、环保的方向继续发展。

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镁合金的增强改性技术及其在航天领域的应用进展

刘晓英, 方敏, 张欣芳, 孔华敏, 李欣珂

功能材料. 2025, 56(4): 4058-4068. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.008

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在航天器设计中,为降低发射成本,选择兼具强度、轻量化和耐高温性能的材料至关重要,因此轻质金属的研究与开发在航天领域具有重要意义。镁合金因其低密度、高比强度和优良的机械性能,在航空航天、汽车和军工领域展现出广泛应用前景。然而,其耐腐蚀性较差和加工塑性难度大,使得镁合金的增强工艺和改性技术成为研究热点。为了进一步提升镁合金的安全性和可靠性,并扩大其应用范围,综述了镁合金在航天领域的应用潜力及其面临的问题,通过对当前镁合金材料的增强工艺和表面技术的概述,以提高镁合金的材料强度、抗腐蚀性、空间环境下热中子的吸收能力以及空间设备的热控制等性能,探讨了其作为新型金属合金的科学基础和应用潜能。同时介绍了镁合金在卫星结构件、航天器有效载荷和能源系统等航天领域的应用,并展望了未来的研究重点和目标,为镁合金在航天装备设计与制造中的应用提供指导。

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原料预处理对生物炭特性及污染物去除能力的影响

许成涛, 王敦球, 白少元, 义玮, 刘立恒

功能材料. 2025, 56(4): 4069-4077. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.009

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由于成本低、环境友好等特点,生物炭被广泛用于水中污染物的去除。但是原始生物炭存在比表面积较小、表面官能团不丰富、吸附量低等不足。因此,如何改善生物炭的性能成为该领域的研究热点之一。综述了原料预处理方式(酸/碱活化、盐浸渍、矿物掺杂、纳米碳负载)对生物炭特性(比表面积、孔容、表面官能团等)及污染物(重金属、抗生素和染料)去除能力的影响,阐述了预处理对生物炭去除污染物的强化能力及机理(孔隙填充、离子交换、氢键、静电吸引、π-π相互作用等)。该综述能为生物炭的制备及实际应用提供参考。

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等离子体法处理光催化剂的研究进展

席丹珠, 李茹, 汤艺, 崔光阳

功能材料. 2025, 56(4): 4078-4086. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.010

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光催化剂因优异的太阳能转化性能,在环境、能源及生物领域均得到广泛应用。为了进一步优化其性能,扩大其应用范围,国内外各学者已探究出各种方法以提高光催化剂的可见光利用效率,其中等离子体法因操作简单、成本低、改性过程绿色环保而被应用于材料表面改性。以等离子体的放电环境为切入点,分别总结了在气相及液相介质中产生的等离子体对光催化材料改性的特点及应用,综述了等离子体法在光催化材料改性领域的研究进展,并对未来发展方向进行了展望。

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酸化生物炭负载锰材料对Pb(Ⅱ)的吸附性能及机理研究

陈文清, 鲁秀国, 徐家义, 黄绍汉

功能材料. 2025, 56(4): 4087-4095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.011

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水体中重金属污染问题越来越被水环保领域研究人员所重视,如何高效去除水体中重金属问题被广泛研究。研究利用农林废弃物核桃壳作为原材料,制备出核桃壳衍生生物炭材料(WC)以及改性生物炭材料(SM-WC)。并对其进行表征分析,研究材料的物理微观以及吸附特征性质,表征结果表明,改性后的炭材料表面孔隙中聚集较多的细小颗粒,增加了表面的粗糙程度;较改性前O—C=O、C—O和O-Mn-O基团的含量有所增加。研究了外界条件对SM-WC去除Pb(Ⅱ)的吸附性能影响。结果表明,在温度298 K下,pH=5.5,SM-WC投加量为0.4 g/L, Pb(Ⅱ)浓度为20 mg/L的条件下,模拟吸附水中Pb(Ⅱ)的效率最高,去除率为93.8%。根据吸附动力学、等温线和热力学分析表明:SM-WC对Pb(Ⅱ)的吸附过程更符合拟二级动力学和Langmuir等温吸附模型,属于单分子层吸附,并且以化学吸附为主。

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时效态GH925/625合金焊接力学性能及应力腐蚀研究

张玉碧, 杨晓亮, 许倩影, 吴洋, 黄全振, 熊超健

功能材料. 2025, 56(4): 4096-4102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.012

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时效态GH925合金作为高含硫油井下工件用材,具有优良的力学和耐腐蚀性能,但其焊接性能鲜有报道。采用氩气保护焊(MIG)和625合金焊丝,研究了焊接电流、道次间隔时间(T=1～2 s)对焊接接头组织、晶粒特征、析出相及力学性能的影响。结果表明,在焊接电流50～70 A范围内,获得焊接组织良好,焊接熔合区主要由奥氏体γ相和弥散析出类δ相化合物组成,熔焊区中央以平面结晶为主,两侧为柱状晶组织。焊接参数为50 A+T时,接头强度达到最优530 MPa,为焊丝原始屈服强度的1.82倍,道次间隔时间T有利于获得力学性能更好的焊缝组织。采用四点弯梁法,在15% NaCl+1g/L单质硫(S)溶液、H₂S分压1.38 MPa、CO₂分压0.69 MPa、149 ℃条件下浸泡14 d,焊接试样受拉表面光洁,无裂纹和开裂等应力腐蚀现象;腐蚀产物能谱分析主要为(FeCrNi)金属间复杂化合物、NiS以及少量的FeS₂, Cr₂O₃和NiO等氧硫化物。

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钢中过渡金属氮化物结构和物性的第一性原理计算

王栋甲, 李群, 焦晓飞, 王书桓, 倪国龙

功能材料. 2025, 56(4): 4103-4110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.013

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钢中过渡金属氮化物(TiN、NbN、TaN、VN)的性质对于深入理解材料的微观结构和性能具有重要意义。采用第一性原理计算方法,深入分析了钢中过渡金属氮化物的晶体结构、力学性能和电子特性,揭示了这些氮化物的稳定性。研究发现,TiN具有最大的形成焓绝对值,显示出最高的结构稳定性。能带结构分析表明,TiN、NbN、TaN和VN均为导体材料,呈现金属导电性质。弹性性能计算揭示了VN的体积模量为315 GPa,显示出较大的不可压缩性。此外,TiN和VN的剪切模量为184 GPa,表明他们在抵抗剪切形变能力方面优于NbN和TaN。弹性各向异性计算说明TiN比NbN的微观结构更均匀,而VN具有比TaN更均匀的微观结构。电荷密度分析确认了Ti-N、Nb-N、Ta-N和V-N键的共价特性。布局数计算进一步揭示了TiN、NbN、TaN和VN中存在离子键和共价键的相互作用。这些结果有助于实现钢中过渡金属氮化物的合理控制,对提升含氮不锈钢性能具有重要意义。

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纳米硅灰包覆矿渣复合微粉对水泥基材料流变性能的影响研究

李正虎, 刘云, 敖进清, 李光照, 杨新志, 和振海, 李严, 李昱

功能材料. 2025, 56(4): 4111-4119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.014

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掺合料的颗粒分布与表面特性对喷射混凝土的早期强度提升和回弹率降低至关重要。以硅灰(SF)和矿渣微粉(GGBFS)为原料,制备了纳米硅灰包覆矿渣复合微粉,系统探讨了其对水泥浆体结构、流变性和力学性能的影响,并在工程中应用。结果表明,当SF的含量为50%时,矿渣复合微粉展现出优异的综合性能。相较于单掺SF,掺入矿渣复合微粉的水泥浆体初始屈服应力提高32%,塑性粘度降低9.8%。矿渣复合微粉掺量为8%时,喷射混凝土1 d强度从未掺时的10.9提高到16.4 MPa,回弹率从26.1%降至7.3%。研究结果对推动新型微纳米复合材料作为掺合料在混凝土中的低成本、规模化应用有重要意义。同时也为在“双碳”背景下工业固废的综合利用提供了有效途径。

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稀土硅酸镁锶长余辉发光纤维的光谱蓝移性能研究

林海燕, 周颖真, 陈志

功能材料. 2025, 56(4): 4120-4127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.015

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为了实现稀土硅酸镁锶发光纤维的荧光颜色的蓝移,研究了基于光谱叠加原理,选用发射波长为438 nm的深蓝色光谱调节剂与稀土硅酸镁锶长余辉发光材料共混,制备了PET长余辉发光纤维。对纤维的形貌结构、荧光光谱、发光颜色、余辉以及力学性能进行了系统的研究。结果表明,光谱调节剂能够促进发光纤维发射光谱的蓝移,当稀土硅酸镁锶长余辉发光材料与光谱调节剂质量比4∶6时,发光纤维的发射峰由470蓝移至458 nm,荧光颜色由天蓝色变为蓝色。尽管光谱调节剂的加入会对余辉亮度和余辉寿命造成一定的负面影响,但会显著提升发光纤维的手感及力学性能。研究结果为促进稀土硅酸镁锶发光纤维在治疗新生儿黄疸症状上的应用奠定了理论基础。

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贵金属Pt掺杂对MgH₂/MoS₂异质结脱氢性能的影响

易崇森, 杨明君, 卢雨晴, 张益铭, 田李, 张烨铭

功能材料. 2025, 56(4): 4128-4135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.016

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二维材料中二硫化钼(MoS₂)被认为是一种很有前途的高效、低成本析氢反应(HER)催化剂,并且已经被证实能够增强氢化镁(MgH₂)的脱氢性能,但是对其深层机理仍然缺少认识。在密度泛函理论(DFT)的基础上,通过第一性原理计算方法在理论上进行研究,构建了MgH₂/MoS₂的异质结模型,深入探究MoS₂对MgH₂脱氢性能的影响,并且引入贵金属Pt掺杂进一步改善复合结构的脱氢性能。研究表明,MoS₂能够增强MgH₂的脱氢热力学性能,MgH₂/MoS₂异质结的脱氢性能增强是由于MoS₂的引入导致MgH₂表面发生大量电荷转移削弱了Mg—H键相互作用以及带隙明显变窄。此外在Pt原子的掺杂使得MgH₂/MoS₂异质结层间距增大利于H^-的迁移,同时进一步的缩小带隙宽度,全面提升了脱氢热力学和动力学性能。

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稀土元素Gd³⁺掺杂YBaCo₄O_7+δ纳米粉体制备及其氧吸附/脱附性能

余四豪, 陈铃, 王娇, 郝好山, 刘少辉

功能材料. 2025, 56(4): 4136-4141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.017

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工作温度低、性能良好且稳定的氧吸附/脱附材料在氧气分离技术、燃料电池电极等领域具有重要的应用价值。为了提升材料的氧吸附/脱附性能,采用溶胶-凝胶法成功合成了不同浓度稀土元素Gd³⁺掺杂YBaCo₄O_7+δ氧吸附纳米材料。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及热重分析等手段,系统地探究了稀土元素Gd³⁺掺杂浓度对YBaCo₄O_7+δ纳米粉体的微观形态、晶体结构及其氧吸附/脱附特性的影响。实验测试结果发现,在较低掺杂浓度水平下,稀土元素Gd³⁺掺杂对Y_1-xGd_xBaCo₄O_7+δ纳米粉体的微观形貌影响较小,掺杂前后纳米粉体的形貌均为球形,粉体尺寸介于200～350 nm。稀土元素Gd³⁺可以进入YBaCo₄O_7+δ晶格,掺杂前后Y_1-xGd_xBaCo₄O_7+δ均保持为单相114结构。在氧吸附/脱附性能方面,与YBaCo₄O_7+δ相比,Y_0.6Gd_0.4BaCo₄O_7+δ纳米粉体的氧吸附变化率从1.73%显著提高到了4.22%。这表明Gd³⁺的加入能有效增强YBaCo₄O_7+δ纳米材料的氧吸附能力。此外,在N₂/O₂气体环境的循环变换下,Y_0.6Gd_0.4BaCo₄O_7+δ展现出良好的循环稳定性。Gd³⁺掺杂对YBaCo₄O_7+δ纳米材料氧吸附性能的提升,可归结为其优化了材料内部的氧气存储空间,从而促进了氧离子的吸附与释放过程。

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ThO₂晶格动力学性质和热输运性质第一性原理研究

焦亩鑫, 孙千惠, 胡柯, 胡翠娥, 曾召益, 陈军

功能材料. 2025, 56(4): 4142-4146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.018

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基于密度泛函理论和玻尔兹曼输运方程,计算了ThO₂高压声子色散和晶格热导率。ThO₂高压声子色散曲线没有出现虚频。10 GPa时声学声子和光学声子间没有重叠,出现间隙。随着压强从10增加到30 GPa,间隙范围也从0.46增加到1.77 Hz。300 K时,ThO₂在0、10、20和30 GPa的晶格热导率分别为14.1、22.7、33.9 和50.1 W/(m·K),声学声子对ThO₂晶格热导率起主导作用。我们采用基于机器学习的分子动力学方法(AIMD)模拟了ThO₂在0 GPa的晶格热导率和声子散射,得到的结果与传统DFT结果非常接近。由于AIMD考虑了温度的效应,得到的声子色散关系更接近于实验值。

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氮掺杂改性生物炭对四环素的吸附特性研究

郭俊灵, 谢泽昕, 陈涛, 唐碧超, 林泽帅, 胡湛波

功能材料. 2025, 56(4): 4147-4155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.019

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为了高效吸附去除水中的四环素(TC),以玉米秸秆为原料、三聚氰胺为氮源,在不同热解温度下制备了一系列氮掺杂生物炭,并探究氮掺杂改性对生物炭吸附TC的影响及其作用机制。结果表明,相较于原始的生物炭,氮掺杂改性生物炭对TC的吸附性能提升2.18～2.78倍。其中,900NBC的吸附性能最好,在25 ℃时最大吸附量为194.4 mg/g,并且900NBC在pH为3.0～11.0时,对TC去除率始终保持在80%以上,在较宽的pH范围内具有良好的吸附效果。此外,900NBC对TC的吸附过程符合拟二级动力学模型,表明化学吸附占主导地位;Langmuir和Freundlich模型均可较好地拟合吸附等温线,热力学结果表明吸附过程是自发和吸热过程。另外,900NBC在5次吸附-解吸循环后仍保持较高的TC去除率。最后,吸附机制分析表明900NBC对TC的吸附机制主要包括孔隙填充、氢键作用、π-π相互作用和静电作用。研究结果可为TC废水处理提供一种高效的吸附剂。

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Mg-Bi合金中粒子激发再结晶的晶体塑性有限元分析

尤建伟, 要玉宏, 刘江南, 高波

功能材料. 2025, 56(4): 4156-4163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.020

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在使用光学显微镜(OM)、电子背散射衍射表征(EBSD)等方法研究挤压态Mg-6Bi合金微观组织、力学性能以及晶粒细化机制的基础上,采用晶体塑性有限元法建立了Mg-6Bi合金中两种不同形状的第二相颗粒(Mg₃Bi₂)三维代表性体积单元,模拟Mg₃Bi₂相周围的应力应变分布、累积滑移剪切应变和粒子激发再结晶现象。结果表明,Mg-6Bi合金具有良好的塑性,断后伸长率达34.8%。随着变形进行,含球状和长条状Mg₃Bi₂相的Mg-Bi合金的基面滑移系、柱面滑移系、锥面〈a〉滑移和〈c+a〉均被不同程度的激活,不同滑移系的累积剪切应变均增大,且锥面〈c+a〉滑移在塑性变形中发挥着主要作用。Mg₃Bi₂相周边位错密度最大,形成颗粒变形区域,该区域对晶粒动态再结晶具有明显的促进作用,即PSN机制。其中,球状Mg₃Bi₂相周围出现的“羽流”状颗粒变形区域与晶格旋转和晶格畸变相关。

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基于混合配体策略合成的镉配合物:晶体结构及其对Ag⁺的荧光检测

江旭滢, 任娜娜, 宋合兴, 梁杰伦, 孙赞

功能材料. 2025, 56(4): 4164-4170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.021

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基于混合配体策略,采用溶剂热法制备了一种新的Cd配位聚合物{[Cd₂(tdc)₂(dmbpy)₂(H₂O)]·2H₂O}_n,(Cd1,H₂tdc=2,5-噻吩二羧酸,dmbpy=4,4′-二甲基-2,2′-联吡啶)。采用元素分析(EA)、X射线单晶衍射(SXRD)、X射线粉末衍射(PXRD)、红外光谱(IR)以及热重分析(TGA)等多种技术手段,对Cd1进行了全面的表征。结构分析表明,Cd1属三斜晶系P1空间群,4,4′-二甲基-2,2′-联吡啶作为螯合配体、Cd中心与2,5-噻吩二羧酸相互作用,构筑了一维环状链状配合物。一维链状结构进一步通过π…π堆积相互作用,构建了立体三维超分子体系。通过Hirshfeld表面分析,研究了分子间的作用力大小及所占比例,结果表明O…H、C…H、H…H占主导作用。荧光光谱数据表明Cd1具有良好的荧光性能,在DMSO悬浊液中有较强的荧光发射,Cd1对Ag⁺表现出高选择性,产生荧光开启效应,是一种潜在的传感材料。

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α-堇青石/TiO₂复合材料的制备及吸附-光催化性能研究

陈佩, 吴尔豪, 刘晓文

功能材料. 2025, 56(4): 4171-4179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.022

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利用水热-焙烧法制备TiO₂纳米片,采用水热-煅烧法制备α-堇青石,并以α-堇青石和钛酸四丁酯(TBOT)为前驱体,通过水热-焙烧法合成α-堇青石/TiO₂复合材料。利用XRD、SEM、BET、FT-IR、XPS、UV-Vis等对材料进行表征,研究其对亚甲基蓝(MB)溶液的吸附与降解性能。结果表明,复合材料中TiO₂为锐钛矿相,α-堇青石的引入未改变TiO₂晶体结构,但显著提高了比表面积(由59.1 m²/g增至255.8 m²/g),改善了TiO₂的团聚现象,增加了表面羟基、氧空位和介孔。α-堇青石使TiO₂吸收带蓝移,禁带宽度由3.27 eV降至3.19 eV。复合材料在120 min黑暗条件下对10 mg/L MB的吸附率达92.3%,分别是纯TiO₂和α-堇青石的61倍和8.2倍;在30 W紫外灯下照射60 min,其对MB的光降解率达100%,是纯TiO₂的2.5倍。经过5次循环使用,降解率仍达95.2%,表现出优异的稳定性。自由基捕获实验表明,羟基自由基(·OH)是光降解的主要活性物种。本研究为废水中染料的去除提供了一种高效的处理方法。

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掺杂碳纳米管聚砜微胶囊自修复涂层耐蚀机理研究

陈宏, 亢淑梅, 曹启栋, 孙东鹏, 鲁宸硕, 李景灏, 杨子涵

功能材料. 2025, 56(4): 4180-4192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.023

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为延缓金属腐蚀的速度,通过溶剂蒸发法制备聚砜树脂包覆亚麻籽油微胶囊。并成功地将碳纳米管嵌入到壁材聚砜树脂之中,从而研发出一种新型的PSF@LO@HMWCNTs复合微胶囊。并对微胶囊的化学结构、微观形貌和物性进行了表征和分析。在环氧树脂的涂层结构中,分别负载两种不同的微胶囊,构建出PSF@LO/EP、PSF@LO@HMWCNTs/EP复合涂层,并探究了碳纳米管的掺杂对自修复涂层的疏水性、耐蚀性及自修复性能的影响。结果表明,芯壁比为2∶1的PSF@LO微胶囊包封率最高,为11.76%;制备的PSF@LO微胶囊和PSF@LO@HMWCNTs微胶囊分散效果较好、形貌规则、成球性好;碳纳米管的掺杂提高了PSF@LO微胶囊热分解温度及疏水性,测得PSF@LO、PSF@LO@HMWCNTs微胶囊的热分解温度分别为140 ℃、170 ℃,水接触角分别为85°、124°。电化学实验表明,搭载10% PSF@LO微胶囊和5%PSF@LO@HMWCNTs微胶囊的环氧涂层耐蚀的阻抗模值分别达到了8.9×10⁴和2.30×10⁶ Ω/cm²。

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功能二氧化硅/天然橡胶复合材料的制备及性能研究

程帅帅, 程华涛, 段浩瑜

功能材料. 2025, 56(4): 4193-4199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.024

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天然橡胶(NR)因其优异的性能在橡胶产品领域中得到广泛应用。然而,填料的分散性和填料与橡胶间的界面相互作用一直是制约填料增强橡胶复合材料性能的关键因素。利用化学原位沉积法在填料二氧化硅(SiO₂)上生成硫磺,制得兼具增强和硫化功能的SiO₂-S填料。通过胶乳共混法和热压硫化工艺制得NR/SiO₂-S复合材料。研究不同结构的SiO₂对NR复合材料的交联结构、界面相互作用、力学性能、生热性能和导热性能的影响。结果表明,采用SiO₂-S增强的NR复合材料具有较好的分散性,其拉伸强度、撕裂强度、生热值、导热系数分别为21.2 MPa、33.75 N/mm、8.9 ℃、0.54 W/(m·K)。并且,当其用作胎面胶时可有效降低胎心温度 11 ℃,表现出较好热控制能力。这表明该研究有望为高性能、长寿命胎用橡胶复合材料提供新思路。

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Al₂O₃球负载ZnO的制备和光催化性能的研究

赵霜, 多喜, 师兰, 盛显良

功能材料. 2025, 56(4): 4200-4206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.025

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利用溶胶凝胶法结合煅烧的方式制备了ZnO纳米颗粒负载于球状氧化铝(Al₂O₃)的ZnO/Al₂O₃复合光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等手段对制备的ZnO/Al₂O₃光催化剂的结构进行了表征分析,并以光催化降解甲基橙(MO)为模拟探针反应,研究了煅烧温度、醋酸锌(Zn(OAc)₂)初始浓度、Al₂O₃球体粒径及ZnO/Al₂O₃的投加量对光催化剂催化性能的影响。研究结果表明, ZnO/Al₂O₃催化剂是由棉絮状的ZnO非均匀的负载在Al₂O₃的表面,比表面积达到纯ZnO的8.45倍。当煅烧温度为500 ℃,Zn(OAc)₂初始浓度为0.25 g/mL、Al₂O₃球粒径为3～5 mm、ZnO/Al₂O₃催化剂用量为6 g时,对MO的降解率最高,可达到97.1%。同时ZnO/Al₂O₃光催化剂具有易于分离,可以多次循环利用,并且对刚果红(CR)和酸性品红(AF)有机染料也有很好的光催化降解效果。

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AlxCoCrFeNi成分梯度高熵合金在原子尺度下的磨损行为研究

董照帅, 李新梅

功能材料. 2025, 56(4): 4207-4212. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.026

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采用分子动力学模拟技术,深入分析了等原子比AlCoCrFeNi和非等原子比浓度梯度AlxCoCrFeNi高熵合金在纳米尺度下的磨损行为。研究发现,随着压入深度增加,两种合金模型的摩擦系数均上升,但AlxCoCrFeNi合金展现出更低的摩擦系数和更优异的法向承载能力。磨损粒子数量随滑动距离增加而增多,主要集中在压头前端和磨痕边缘区域,尽管AlxCoCrFeNi模型的磨损原子数量较多,但其堆积高度较低。位错分析显示,随着压入深度增加,两种模型的位错行为也有显著差异,AlCoCrFeNi模型的位错主要集中在磨粒下端,而AlxCoCrFeNi模型的位错则主要在磨粒两侧形成。这些发现为理解高熵合金的微观磨损机制提供了重要见解,并为设计具有优异耐磨性能的梯度结构材料提供了理论支持。

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一次水热法制备MnCo₂S₄及其性能研究

冯国威, 仲为礼, 王冰, 唐立丹, 商剑, 齐锦刚

功能材料. 2025, 56(4): 4213-4220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.027

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以氯化钴、氯化锰和硫化钠为原料,乙二醇为溶剂,利用一次水热法合成得到MnCo₂S₄电极材料,改变水热温度和时间得到不同水热参数制备的MnCo₂S₄材料。通过XRD、SEM、EDS对样品结进行表征。结果表明,水热温度、时间对MnCo₂S₄的结构、形貌和电化学性能有影响,水热温度120 ℃、水热时间8 h得到的针状形貌分布致密且比较均匀。选用了KOH作为水溶液体系的电解质,同时以活性炭作为负极活性材料,构建了一种非对称结构的超级电容器。电化学测试结果显示,当电流密度为1 A/g时,MnCo₂S₄电极材料的质量比电容为1 412.3 F/g,制备的超级电容器的电容量达到76.2 F/g,在恒电流充放电中,电压保持率为25.6%。数值中可以看出材料的功率密度、能量密度良好。

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GO/BiOI复合材料的制备及光催化降解刚果红研究

全玉莲, 梁雅洁, 程颖, 张桂芹, 李凤鑫, 赵洁妤

功能材料. 2025, 56(4): 4221-4227. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.028

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采用简单的微波辅助溶剂热法成功制备了氧化石墨烯/碘氧化铋(GO/BiOI)复合材料,对其物相结构、微观形貌、光谱特征等进行了表征。在LED可见光下,对GO/BiOI光催化降解刚果红(CR)的性能进行研究,探究了GO含量、催化剂用量和pH值对GO/BiOI光催化活性的影响。结果表明,GO的引入未改变BiOI的物相,GO/BiOI复合材料的带隙宽度为2.06 eV,两者形成的异质结构明显拓宽光吸收范围。引入的GO有助于促进界面电荷迁移,降低电子-空穴对的复合几率。与BiOI相比,经LED光照100 min后,1%GO/BiOI对CR的降解率由48.5%提高到87.5%。

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稀土金属-氮共掺杂碳基催化剂制备与激活PMS降解RhB

曲传健, 万园园, 王立昇, 王小寒, 吴震, 郭立童

功能材料. 2025, 56(4): 4228-4236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.04.029

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MOF材料因其微孔结构、孔隙率高等优势在许多领域具有广阔的应用前景。本工作通过高温煅烧MOF前驱体材料合成了MOF衍生的多元稀土金属、N共掺杂的碳基催化剂,以RhB为目标污染物,考察其对过一硫酸盐活化的催化性能。结果表明,以MOF为前驱体制备出Fe、Co、Sm、N均匀共掺杂的多孔碳基催化剂,其比表面积达到226 m²/g,平均孔径约3 nm;反应10 min,0.042 g/L FeCoNiSm活化1mmol/L PMS可100%去除水中的罗丹明B (100 mg/L);通过计算,推断出该反应体系为扩散控制反应;自由基淬灭反应结果表明¹O₂在体系中占据主导地位,FFA淬灭剂对体系降解率的影响率达到93.80%。

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2025年, 第56卷, 第4期　刊出日期：2025-04-30

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