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2022年, 第53卷, 第1期　刊出日期：2022-01-30
  

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  • 本期中英文目录、封面
    《功能材料》编辑部
    功能材料. 2022, 53(1): 0.
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    • 热点·关注 (2021年度重庆市出版专项资金资助项目)
  • 聚脲微球表面粗糙度及水性涂层消光性调控
    贾亮, 范浩军, 向均, 陈意, 李静, 王丽
    功能材料. 2022, 53(1): 1001-1008. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.001
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    以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为聚合单体,2,4-二胺基苯磺酸钠(MPDSA-Na)为亲水单体,SiO2作为表面粗糙剂,通过沉淀聚合法在水/乙腈体系中制备了不同粒径和表面粗糙度的聚脲微球。将其用作水性聚氨酯涂层消光助剂,通过调节MPDSA-Na用量、IPDI用量和SiO2用量等来控制微球的粒径和表面粗糙度,进而调节涂层的光泽度。结果表明:增加MPDSA-Na用量可减小微球的粒径并提高其在水中的分散稳定性,而提高溶剂中乙腈的比例和增加IPDI用量可增大微球的粒径;作为表面粗糙剂,提高SiO2用量使微球粒径和表面粗糙度增大,在反应体系开始浑浊时加入SiO2,微球表面粗糙度最大;粒径介于1~2 μm、表面粗糙度高的聚脲微球具有更好的消光效果,所制备水性聚氨酯涂层的光泽可调控至1.6°以下(60°入射角)。
  • Cd掺杂ZnIn2S4的制备及光催化降解偶氮胭脂红B的性能研究
    李冬梅, 杨磊, 王梓良, 郭小惠, 袁春华
    功能材料. 2022, 53(1): 1009-1013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.002
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    采用水热法制备了Cd掺杂ZnIn2S4光催化剂。利用X射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM-EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)及光致发光光谱(PL)等手段对光催化剂进行了表征。结果表明,Cd掺杂虽没有改变ZnIn2S4的晶型,但使禁带宽度变窄,吸收边红移,表面缺陷和氧空位增加,有利于光生载流子的有效分离;而且镉掺杂后催化剂的电化学阻抗减小,有利于光生载流子的快速传输,因此微量Cd掺杂后ZnIn2S4催化降解偶氮胭脂红B的光催化性能明显提高,105 min内降解率可达93%,且循环稳定性好。
  • 新型AgNWs/PVDF电磁屏蔽材料的制备及性能研究
    李志伟, 汪建, 杨科, 李衡峰
    功能材料. 2022, 53(1): 1014-1019. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.003
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    采用改进的多元醇水热法制备银纳米线(AgNWs),并以PVDF为基体采用溶液析出共混和热压技术制备AgNWs/PVDF复合材料。利用扫描电子显微镜对AgNWs的形貌和复合材料断面进行表征,发现AgNWs在复合材料中分布均匀。采用阻抗分析仪和四探针测试仪对复合材料的交流电导率和直流电导率进行测试,银纳米线含量越高,AgNWs/PVDF复合材料的电导率也越高,当AgNWs含量为5%(质量分数)时,复合材料电导率就可以到达0.56 S/cm。采用矢量网络分析仪对复合材料的电磁屏蔽性能进行测试,当AgNWs为5 %(质量分数)时,复合材料的电磁屏蔽性能到达28 dB,并且随着AgNWs含量的增加,复合材料电磁屏蔽性能也随着提高。
  • 稀土Er对Al-Mg合金组织和性能的影响研究
    刘博
    功能材料. 2022, 53(1): 1020-1024. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.004
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    在Al-Mg合金的基础上,通过调整稀土元素Er的掺杂含量,制备了不同稀土Er掺杂量(0,0.3%,0.6%和0.9%)(质量分数)的Al-Mg合金。通过XRD、SEM、电子万能试验机和浸泡腐蚀试验研究了Al-Mg合金的晶体结构、微观形貌、力学性能和腐蚀性能。结果表明,所有Al-Mg合金的结晶性能都较好,未掺杂稀土Er的合金中主要有α-Al、Mg2Si和Si相。掺杂稀土Er后,出现了Al3Er的衍射峰,且随着稀土Er掺杂量的增加,衍射峰的强度逐渐升高。未掺杂稀土Er的Al-Mg合金的晶粒尺寸整体在190~210 μm之间,掺入稀土Er后基体的晶粒尺寸明显变小,第二相的含量也变多。随着稀土Er掺杂量的增加,Al-Mg合金的抗压强度和延伸率均呈现出先升高后降低的趋势。当稀土Er的掺杂量为0.6%(质量分数)时,合金的抗拉强度和延伸都达到了最大值,分别为185.68 MPa和1.79%。Al-Mg合金的硬度则随着稀土Er掺杂量的增加持续上升,当稀土Er的掺杂量为0.9%(质量分数)时,合金的硬度达到了最大值67.9 HBW。未掺杂稀土Er的Al-Mg合金的相对腐蚀率为0.709%,掺杂稀土Er后合金的腐蚀率明显降低,当稀土Er的掺杂量为0.6%(质量分数)时,合金的相对腐蚀率最低为0.593%。综合分析可知,稀土Er的掺杂量为0.6%(质量分数)时,Al-Mg合金的性能最优。
    • 综述·进展
  • 高效热管理用鳞片石墨/铝复合材料的研究进展
    刘园, 崔岩, 杨宇坤, 杨继鹏
    功能材料. 2022, 53(1): 1025-1032. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.005
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    鳞片石墨由于其较高的石墨化度、高结晶度和纯度,具有很高的平面热导率而成为制备定向高导热复合材料的重要原料。其与铝基体复合制备的鳞片石墨/铝复合材料具有优异的热综合性能,更是在电子通讯和航空航天领域有更显著的应用优势。介绍了近年来鳞片石墨/铝复合材料的主流制备技术及其导热性能,从碳-铝两相润湿性、界面反应出发,分析了鳞片石墨表面改性的方法及其对复合材料界面微结构和导热性能的影响规律。最后展望了今后鳞片石墨/铝复合材料的研究方向及发展趋势。
  • 电磁屏蔽涂料的研究进展
    王帆, 张金才, 程芳琴
    功能材料. 2022, 53(1): 1033-1040. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.006
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    电磁屏蔽涂料是应现代社会发展需要产生的一类屏蔽电磁波的材料,其主要作用是减少或避免电磁波带给人们的危害、麻烦和不便。针对日益严重的电磁辐射污染,高性能电磁干扰屏蔽材料已经受到广泛的关注,因为它能阻挡来自通信和电子设备广泛使用的电磁辐射,对人类的健康以及信息的安全提供了有效的屏障。介绍了电磁波屏蔽的重要性,电磁屏蔽原理以及电磁屏蔽涂料的研究现状。综述了碳系、金属系、和复合型电磁屏蔽涂料的特点及发展状况,还比较了对于电磁屏蔽效果的影响较大的几种因素,对于电磁屏蔽涂料未来的发展做出了展望。未来的发展趋势是采用复配型填料发挥协同导电性,在涂膜中形成良好的导电涂层,通过对电磁波的吸收,多次反射来实现屏蔽。而且屏蔽剂之间的交联接合达到了事半功倍的效果,不仅使结构更加稳定,且大大提高了屏蔽电磁波的能力。因此积极研发电磁屏蔽技术,发展电磁屏蔽材料对人们的生活以及国家的安定有着深远的意义。   
  • 电纺碳基纤维材料电催化水分解制氢
    杨雯雯, 熊昆, 高雪, 张海东, 陈佳
    功能材料. 2022, 53(1): 1041-1047. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.007
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    电解水制氢是由阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)组成。由于HER和OER所需的过电位高,反应动力学迟缓,导致电解水槽电压远高于理论平衡电压,电能消耗严重。因此,探索高效、稳定的非贵金属基电催化剂具有重要的研究意义。利用静电纺丝技术构筑的纤维材料因其较大的比表面积、独特的化学结构、易于调节的组分以及快速的电子和物质传输性能而被广泛应用在能源转化与存储领域。基于此,综述了近几年电纺碳基纤维材料在电催化水分解制氢中的研究进展,重点关注了静电纺丝技术制备的纳米纤维电催化剂用于HER、OER以及作为双功能催化剂在全水分解中产生高催化性能的优势,并对电纺材料在电催化水分解中的应用特点及其未来可能面临的挑战和发展趋势进行了展望。
  • 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
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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。
  • 低成本二氧化硅源镁热还原制备锂离子电池多孔硅负极材料的研究进展
    郭致昂, 唐博, 范保艳, 张均, 望军, 邢安, 刘晓燕
    功能材料. 2022, 53(1): 1055-1063. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.009
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    硅材料因其超高的理论比容量、较低的放电电压及锂离子扩散势垒,成为最有发展前景的高容量锂离子电池负极材料之一。然而,硅负极在充放电过程中会引起巨大的体积膨胀,严重影响其电化学性能。设计具有纳米尺寸和多孔结构的硅负极材料是实现高容量硅负极的有效途径。但目前大多数的制备方法通常工艺复杂、成本高、产率低,限制了其商业应用。因此,采用低成本的方法实现优异电化学性能的多孔纳米硅材料的大规模制备成为了关键。综述了低成本的二氧化硅源镁热还原制备锂离子电池纳米多孔硅负极材料的研究进展,并对硅负极材料未来的商业化应用进行了展望,将为低成本制备锂离子电池纳米多孔硅负极材料的研究提供有用的资料。
    • 研究·开发
  • 核壳型磁性纳米复合材料Fe3O4@SiO2@mTiO2@Pt的制备及催化性能
    郑锦丽, 葛红光, 马书婷, 李宗林, 郭少波, 史娟, 欧婷
    功能材料. 2022, 53(1): 1064-1071. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.010
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    采用溶剂热法制备磁性Fe3O4粒子。碱性条件下,以Fe3O4为核采用Stöber法和溶胶-凝胶法在其表面依次包覆SiO2和介孔(m)TiO2,通过3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTES)对其表面修饰后,采用乙二醇的多羟基还原性,将Pt原位还原负载在Fe3O4@SiO2@mTiO2表面合成核壳型磁性纳米复合材料Fe3O4@SiO2@mTiO2@Pt。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)、振动样品磁强计(VSM)及X射线光电子能谱分析仪(XPS)对样品的微观形貌、结构、磁性、元素组成等进行表征。以对硝基苯酚(4-NP)和罗丹明6G为目标污染物,研究Fe3O4@SiO2@mTiO2@Pt在硼氢化钠介质中加氢还原的催化活性并探讨其催化机制。结果表明,在20 min内,4-NP降解率达99.50%,30 min内,罗丹明6G降解率达99.00%。
  • 烧结温度对SiC多孔陶瓷性能的影响
    王旭东, 周扬, 袁怡
    功能材料. 2022, 53(1): 1072-1076. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.011
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    采用反应烧结工艺,通过改变烧结温度,制备出了一系列不同烧结温度下(1 600,1 630,1 660和1 690 ℃)的 SiC多孔陶瓷粉体。通过XRD、SEM、气孔测试、压缩强度测试和油水分离测试等,对SiC多孔陶瓷的物相结构、微观形貌、孔隙率、力学性能等进行了表征。结果表明,随着烧结温度的升高,SiO2的特征衍射峰强度逐渐升高,在1 690 ℃时SiO2的特征衍射峰强度最高;SiC多孔陶瓷的气孔随温度升高呈现出先降低后增加的趋势,在1 660 ℃时气孔率最低为32.1%;SEM分析发现,1 600和1 630 ℃下烧结的SiC多孔陶瓷中的小颗粒较多,且SiC多孔陶瓷的颗粒较为分散,随着烧结温度的升高,小颗粒相逐渐减少,SiC多孔陶瓷整体逐渐收缩紧密,晶粒逐渐长大。力学性能分析表明,随着烧结温度的升高,SiC多孔陶瓷的压缩强度先升高后轻微下降,在1 660 ℃时压缩强度达到了最大值25.6 MPa。油水分离测试发现,随着烧结温度的升高,SiC陶瓷的膜通量出现了先降低后有略微升高的趋势,截留率出现了先升高后轻微降低的趋势,在烧结温度为1 660 ℃时,膜通量最低为553.8 L/(m2·h),截留率最高为91.5%。
  • 双级时效对Al-7.02Zn-2.6Mg-0.35Mn合金组织及性能的影响
    刘敬福, 叶建军, 周祥春
    功能材料. 2022, 53(1): 1077-1084. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.012
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    以真空熔炼制备的Al-7.02Zn-2.6Mg-0.35Mn合金为研究对象,进行均匀化、固溶处理和双级时效处理。测试合金硬度,观察合金组织,研究合金腐蚀性能。结果表明,在终时效160 ℃×8 h下,Al-7.02Zn-2.6Mg-0.35Mn合金时效硬化曲线呈现出两个硬度峰值,在预时效4 h观察到第一个硬度峰值(峰值Ⅰ)为176.80 HB,而在8 h出现第二个硬度峰值(峰值Ⅱ)为173.90 HB。Al-7.02Zn-2.6Mg-0.35Mn合金组织为α(Al)相和MgZn2相。在双级时效为105 ℃×8 h+160 ℃×8 h时,基体上分布着均匀且细小的过渡相(MgZn2′)以及晶界处粗大不连续的MgZn2相。随着预时效时间从4 h变为8 h,极化曲线向左大幅度移动。自腐蚀电位从-872.81 V下降到-865.43 V,腐蚀电流密度从50.12 μA/cm2下降到39.35 μA/cm2,峰值Ⅱ合金容抗弧比峰值Ⅰ合金大一倍。峰值Ⅱ合金比峰值Ⅰ的耐腐蚀性更高。从电化学阻抗和腐蚀形貌分析可以得出,Al-7.02Zn-2.6Mg-0.35Mn合金在3.5%NaCl溶液中发生的电化学腐蚀是合金的点蚀诱导期。
  • Al掺杂对LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2三元材料性能的影响
    王思亮, 武小兰, 白志峰
    功能材料. 2022, 53(1): 1085-1089. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.013
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    采用共沉淀法制备了Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2前驱体,再通过高温固相法制备了不同Al掺杂量(0,1%,2%和3%)(摩尔分数)的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)三元材料。通过XRD、SEM和恒流充放电测试等对NCM622三元材料的物相结构、微观形貌和电化学性能等进行了分析。结果表明,所有NCM622三元材料的特征衍射峰基本一致,结晶度较高,Al的引入使NCM622三元材料晶体结构中的Li+和Ni2+的混乱程度降低;所有NCM622三元材料的尺寸基本都在100～150 nm左右,呈现出片状结构,掺入Al后,材料的颗粒尺寸减小且分布更均匀,这缩短了材料中Li+的扩散,提升了材料的充放电循环性能;所有NCM622三元材料的电压平台基本一致,材料内部无相变发生,随着Al含量的增加,材料的初始放电比容量逐渐增加,且充放电曲线的交叉点有右移趋势,Al的引入降低了材料的极化,提高了材料在放电过程中的稳定性。当Al含量为3%(摩尔分数)时,材料的初始放电比容量达到最大,为179.6 mAh/g,经过30次循环后,容量保持率为96.83%,且极化程度最低,该掺杂比例下制备的NCM622三元材料的电化学性能最佳。
  • 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
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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。
  • 成核剂与增稠剂对甘露醇相变特性的影响
    单少飞, 莫松平, 贾莉斯, 陈颖
    功能材料. 2022, 53(1): 1097-1103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.015
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    糖醇是一种用于储热的相变材料,具有较高的潜热,然而,糖醇的高过冷度阻碍了其应用。D-甘露醇作为一种糖醇,在中温储热方面具有广阔的应用前景。选用氧化铝和碳化硅作为成核剂,海藻酸钠和羧甲基纤维素作为增稠剂,观察了纯甘露醇、成核剂、增稠剂以及单独或联合添加成核剂和增稠剂的甘露醇的形貌。采用差示扫描量热法研究了成核剂和增稠剂对甘露醇相变特性的影响。实验结果表明,氧化铝、碳化硅和适量的海藻酸钠促进了甘露醇的成核结晶,当氧化铝、碳化硅、海藻酸钠的质量分数分别为7.0%、9.0%、0.5%时达到最低过冷度,样品相比纯甘露醇过冷度分别降低了17.4、12.2和17.3 ℃。联合添加相比单独添加成核剂和增稠剂改善了甘露醇的成核结晶;当联合添加氧化铝和海藻酸钠的质量分数分别为5.0%和1.0%,而碳化硅和海藻酸钠的质量分数分别为3.0%和1.0%时,样品相比纯甘露醇过冷度分别降低了19.7 ℃、16.5 ℃。探讨了成核剂和增稠剂对甘露醇相变特性的影响机理,发现增稠剂提高了成核剂在甘露醇样品中的分散性,因而提高了成核剂的诱导成核作用。
  • 双轴应变对二维IV-VI硫族化合物电子特性的影响
    郭颖, 赵高扬
    功能材料. 2022, 53(1): 1104-1111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.016
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    利用密度泛函理论(density function theory,DFT)模拟计算了二维Ⅳ-Ⅵ 硫族化合物(MXs:SnS、SnSe、SnTe、GeS、GeSe和GeTe)的本征结构和电子特性,重点研究了双轴应变对MXs的能带结构特点、带隙大小和费米能级的影响。发现应变对单层MXs的色散关系影响不大,但是对带隙大小的影响较大,而且压缩应变对带隙的影响大于拉伸应变。同时应变还可以调节GeSe、GeTe、SnSe和SnTe的直接带隙与间接带隙之间的转换。在应变的作用下单层 MXs的费米能级随应变系数ε值的增加而降低,且压缩应变的影响大于拉伸应变的影响。采用应变工程研究二维MXs电子特性的变化趋势能为下一步实验上设计出高性能的二维半导体器件提供理论依据。
  • 过渡金属Fe、Co掺杂二维CuI的第一性原理计算
    王一, 姚登浪, 宋娟, 王继红, 罗子江, 丁召, 郭祥
    功能材料. 2022, 53(1): 1112-1116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.017
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    基于第一性原理计算,利用OTFG方法计算了本征2D CuI、Fe以及Co掺杂后2D CuI的几何结构以及光电特性。计算结果表明2D CuI的能带结构带隙值为1.61 eV;Co掺杂在2D CuI中引入了两条浅施主能级以及两条深施主能级,从而增加了载流子的浓度;Fe掺杂后引入了2条施主能级,这意味着Fe掺杂不影响2D CuI的导电性;光学性质的计算表明2D CuI的静态介电常数为2.42,Co以及Fe的掺杂使2D CuI体系静介电常数变大,并且提高了2D CuI在可见光范围内的光吸收特性,降低了2D CuI透射系数。
  • 烧结助剂对Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3固态电解质导电性能的影响
    戴丽静, 王晶, 史忠祥, 于丽娜, 时军
    功能材料. 2022, 53(1): 1117-1122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.018
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    采用溶胶凝胶法制备了Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP)固态电解质,研究了不同烧结助剂对LATP固态电解质离子电导率的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学阻抗谱(EIS)等方法探究了样品的晶体结构、形貌特征以及离子导电性能。研究结果表明,虽然添加烧结助剂会产生少量二次相,仍有助于提高固态电解质的电导率。引入不同烧结助剂提高LATP固态电解质电导率的机制不同,Li3PO4以促进晶粒长大,减少晶界数量来促进锂离子迁移,B2O3是通过弱化晶界来提高离子电导率,LiBF4则是通过促进传质,减少孔隙,提高固态电解质致密化实现离子电导率的提高;3种烧结助剂中以添加LiBF4提高固态电解质的电导率效果最佳,当LiBF4的添加量为3%(质量分数)时,获得的固态电解质电导率高达8.5×10-4 S/cm。
  • Fe-Ga磁致伸缩粉末制备及涂层组织及性能研究
    戚青丽, 沈功田, 郑阳, 潘晴川, 黄松岭
    功能材料. 2022, 53(1): 1123-1127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.019
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    以纯Fe和Ga金属为原料,采用气雾化法制备粒径为10~150 μm的Fe-Ga磁致伸缩合金粉末,通过超音速火焰喷涂技术沉积Fe-Ga合金涂层。采用SEM、XRD、纳米压痕仪、拉伸试验机和磁致伸缩测试仪表征粉末和涂层的形貌、组织结构和性能。研究结果表明,气雾化粉末具有单一的α-Fe相,粉末球形度高。选择粒径为30~60 μm的Fe-Ga粉末作为超音速火焰喷涂的原料,制备的涂层具有典型的层状结构,结合致密,局部区域出现孔洞,平均孔隙率小于1.2％。不同厚度涂层仍保持α-Fe相结构,但存在衍射峰的偏移,无其他新相形成;涂层硬度分布均匀,平均硬度高于4.5 GPa,基材与涂层之间结合较好,结合强度高于70 MPa;400 μm厚Fe-Ga涂层的磁致伸缩系数为3.0×10-5,验证了采用超音速火焰喷涂技术在被检测试件上沉积磁致伸缩涂层方法的可行性,有望解决磁致伸缩导波长期在线监测难的问题。
  • 大气等离子喷涂Al2O3/ZnO /TiO2涂层微波介电性能的研究
    郑广芝, 王敏, 袁建辉, 王昕, 张晨, 江绍亮
    功能材料. 2022, 53(1): 1128-1133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.020
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用高焓大气等离子喷涂技术,以纳米级ZnO、Al2O3和TiO2为原料,通过固相反应制得以ZnAl2O4为主相的陶瓷粉末,加入粘结剂聚乙烯醇(PVA),通过喷雾造粒的方法制备复合吸波陶瓷涂层(简称为AZT涂层)。分析了AZT涂层的微观结构和相组成,探究了喷涂功率对AZT涂层微波介电性能的影响。结果表明,AZT涂层对比粉末有了较大变化,ZnAl2O4在高温等离子火焰中发生部分分解,TiO2以非计量化学比形式析出。介电性能测试表明,随着喷涂功率的增加,涂层介电常数ε′下降,损耗角正切值tanδ在0.11～0.15之间变化,呈现着先增加后下降的趋势。在功率为60 kW时,介电常数达到最低的6.38,损耗角正切值达到最低的0.11。
  • 高孔密度的泡沫铜对石蜡储热性能的研究
    朱孟帅, 王子龙, 张华, 孙向昕, 周翔
    功能材料. 2022, 53(1): 1134-1140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.021
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    基于石蜡和高孔密度的泡沫铜制备了复合相变储热材料,设计并搭建了一套可视化储热实验装置,分析了高孔密度下泡沫铜的填充率对石蜡储热性能的影响。实验结果表明,当泡沫铜填充率从0%增至2.15%时,复合相变储热材料的融化时间从992 s缩短至872 s,缩短了11.69%,温度梯度从23.23 K减至7.77 K,降低了66.55%,储热量先增大后减小,分别为20.92、21.22、21.02和20.22 kJ,储热速率先降低后升高,分别为21.08、20.91、21.67和23.25 J/s。此外,自然对流是低泡沫铜填充率下相变材料融化的主导机制,热传导是高泡沫铜填充率下相变材料融化传热的主导机制,并且随着融化时间的进行,导热逐步向自然对流转变。
  • Ti2SnC纳米片增强PTFE基复合材料的摩擦磨损性能
    吴海江, 朱家乐, 杨丹, 许剑光
    功能材料. 2022, 53(1): 1141-1146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.022
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    为探讨Ti2SnC纳米片含量对聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料摩擦磨损性能的影响。采用超声剥离Ti2SnC块体材料的方法获得了Ti2SnC纳米片,并以此为原料通过冷压烧结的方法制备了Ti2SnC纳米片/PTFE复合材料。研究了Ti2SnC纳米片含量对复合材料硬度和相同载荷下摩擦磨损性能的影响,以及不同载荷对纯PTFE和10%(质量分数) Ti2SnC纳米片/PTFE复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明,相比于纯PTFE材料,复合材料的硬度随Ti2SnC纳米片含量的增加而增加,其中10%(质量分数) Ti2SnC纳米片/PTFE复合材料维氏硬度达到了12.5,增长了17.9%。在载荷为20 N时,复合材料的摩擦系数和磨损率随Ti2SnC纳米片含量的增加而减小,相比于纯PTFE材料,10%(质量分数) Ti2SnC纳米片/PTFE复合材料摩擦系数降低了34.7%,磨损率降低了80.6%;载荷增加后,与纯PTFE相反,10%(质量分数) Ti2SnC纳米片/PTFE复合材料的摩擦系数和磨损率随载荷增加而减小;当载荷增加到80 N时,相比于纯PTFE材料,10%(质量分数) Ti2SnC纳米片/PTFE复合材料的摩擦系数降低了69.4%,磨损率降低了99.4%。Ti2SnC纳米片表现出优秀的润滑性,加入PTFE后制备的复合材料的磨损机制以氧化磨损和粘着磨损为主,纯PTFE材料则以粘着磨损为主。
    • 工艺·技术
  • IRMOF-3@PAA/PVDF复合纳滤膜的制备及性能
    杨林, 吕美婵
    功能材料. 2022, 53(1): 1147-1153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以相转化法制备PVDF基膜,通过IRMOF-3@PAA复合材料实现对其亲水改性,并采用界面聚合方法成功制备IRMOF-3@PAA/PVDF复合纳滤膜。用FT-IR、SEM和AFM等测试手段对IRMOF-3@PAA改性PVDF膜及复合纳滤膜的表面基团、微观结构进行了表征,用静态水接触角和Zeta电位对膜的亲水性及荷电性进行了测试,并考察了IRMOF-3@PAA复合材料的改性对IRMOF-3@PAA/PVDF复合纳滤膜纯水通量及脱盐性能的影响。结果表明,通过IRMOF-3@PAA的改性,PVDF膜的亲水性显著提高,水接触角从71.55°降低至23.43°,IRMOF-3@PAA/PVDF复合纳滤膜的聚酰胺分离层结构更加致密、完整。虽然复合纳滤膜的荷电性较未改性的膜并未发生显著改变,但IRMOF-3@PAA/PVDF复合纳滤膜的脱盐性能显著提升,对MgSO4可以达到93%以上的截留率,并且随着IRMOF-3@PAA添加量的增加,复合纳滤膜对Na2SO4的去除率也逐渐增加,最高可达到94.16%。
  • 阴极扫描法恢复三氧化钨光电化学水氧化性能及其机制
    李东, 李瑞, 吴发超, 孙文周, 高彩云
    功能材料. 2022, 53(1): 1154-1160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    三氧化钨(WO3)是典型的半导体材料,因其具有良好的光电化学(PEC)特性而受到了广泛的研究。但经电解后,WO3光阳极会的PEC催化活性将出现急剧地衰减,导致其无法循环使用,造成了浪费。为了解决这一科学问题,实验以钨酸钠(Na2WO4·2H2O)为钨源,HCl为酸源,通过沉淀法制备了WO3粉体。然后,采用刮刀涂布工艺制备了涂层厚度约为15 μm的WO3/FTO电极。并采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对其结构、形貌及组成进行表征。XRD和Raman结果表明,制备的WO3具有单斜结构。通过FE-SEM观察发现,WO3的表面形貌是由10～30 nm的纳米颗粒组成。PEC测试结果表明,电解前的WO3/FTO电极在1.5 V vs.Ag/AgCl偏压作用下,可以产生7.7 mA/cm2的饱和光电流,是同等条件下电解后WO3/FTO电极的3.7倍(2.1 mA /cm2)。但经过阴极扫描后,可以使WO3/FTO电极的饱和光电流恢复至8.1 mA/cm2,这与电解前相比,恢复率达105%。在对WO3/FTO电极PEC性能恢复机制的研究过程中发现,WO3表面 O原子的结合状态是决定其PEC性能恢复的重要因素。
  • NiCo2O4/Co3O4纳米材料的球磨法制备及电化学性能
    倪亮亮, 盛绍顶, 田恐虎
    功能材料. 2022, 53(1): 1161-1168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    通过高能球磨碳酸镍、碱式碳酸钴的方法制备了NiCo2O4/Co3O4复合材料。系统研究了原料质量比、球磨参数以及退火温度等对材料的微观形貌、结构、组份以及反应活化能和电化学性能的影响。结果表明,在碳酸镍和碱式碳酸钴质量比为2∶8,球磨时间为48 h,退火温度为300 ℃条件下制得复合材料在电位范围0~0.45 V,电流密度1 A/g的充放电条件下,比电容达到200 F/g,并且表现出了良好的充-放电循环稳定性。
  • 硅藻土基固体酸催化剂的制备及催化酯化性能
    赵中华, 张健, 盛雪茹, 李娜, 平清伟
    功能材料. 2022, 53(1): 1169-1174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以硅藻土为载体,利用磺化技术制备硅藻土基固体酸催化剂,并探讨其催化油酸的性能。经研究,以炭化硅藻土为原料,在磺化6 h,140 ℃条件下制备的硅藻土基固体酸催化剂酸密度可达0.5126 mmol/g。催化剂性能表征研究发现,FT-IR显示磺化作用可使磺酸根接枝到硅藻土上,催化剂特征吸收峰振动范围增强,酸密度增大;XRD发现,炭化和磺化过程不会显著破坏硅藻土的非晶态二氧化硅结构,保证了硅藻土载体的稳定性,从而利于形成稳定的催化剂结构;SEM发现炭化硅藻土的表面杂质明显少于硅藻原土,磺化后催化剂孔道结构仍然完整,保证了固体酸的有效负载;由BET分析可知硅藻土含有极少量的微孔结构,符合等温吸附脱附曲线Ⅳ型,磺化后磺酸基较好地进入硅藻土的孔隙中,能够在无定形硅藻土结构表面良好分散,构成载体的质子酸中心。将其用于催化油酸转化油酸甲酯,最优工艺条件为,醇酸摩尔比5∶1,酯化温度55 ℃,催化剂0.05 g,反应6 h,油酸转化率可达91.45%,重复使用5次转化率仍保持83%以上。所开发的硅藻土基固体酸催化剂具有催化效率高,热稳定性好,易于重复利用,环境友好等优点。
  • 基分级多孔碳复合相变材料的制备与性能研究
    倪凯, 潘虹, 沈勇, 徐丽慧, 李凯, 沈男, 凌杭丽
    功能材料. 2022, 53(1): 1175-1180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以木质素为原材料,通过模板法和化学活化法制备出木质素基多孔碳LTC和木质素基分级多孔碳LTCA,以LTCA为载体,采用真空浸渍法负载相变材料聚乙二醇(PEG4000),制备出木质素基分级多孔碳/聚乙二醇(LTCA/PEG)复合相变材料。通过扫描电镜、透射电镜、全自动比表面积及孔隙分析仪、X射线衍射分析、傅里叶变换红外光谱分析、热重分析仪和差示扫描量热仪对其进行结构表征及性能测试。结果表明,通过模板法和化学活化法结合制备的木质素基分级多孔碳材料拥有较大的孔隙率和孔容以及较高的比表面积。以其为载体制备的LTCA/PEG复合相变材料具有较好的相变储热效果,负载聚乙二醇的质量分数可以达到85%,熔融潜热为85.3 J/g,达到了较好的定形相变效果及良好的热稳定性。
  • 石墨烯/聚氨酯复合材料的制备及其力学性能分析
    雷东, 刘锟, 杨富康, 裴坤坤, 胡国新, 高寒阳
    功能材料. 2022, 53(1): 1181-1184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.028
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用聚四氢呋喃作为软段, 2,4-甲苯二异氰酸酯为硬段,MOCA为扩链剂,物理剥离的石墨烯(GNs)和硅烷偶联剂(APTES)改性的氧化石墨烯(GO)为填料合成了石墨烯/聚氨酯复合材料。通过溶胀平衡实验探究石墨烯与聚氨酯基体的相容性对力学性能的影响。结果表明,两种石墨烯的加入均能提高复合材料体系的交联密度。复合材料的拉伸强度均先增大后减小,损耗因子峰值增大。但改性GO能使阻尼温域拓宽,并且随着添加量的增加,改性GO组的体系交联密度、溶胀比、拉伸强度保持率等均优于GNs组。
  • 硅烷化SiO2涂层的制备及其性能研究
    韩洪兴, 赵磊, 韩春, 史纪村, 崔朋勃, 朱向辉
    功能材料. 2022, 53(1): 1185-1189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.029
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用KH-570偶联剂接枝改性SiO2颗粒表面,通过调节KH-570偶联剂的接枝密度定量控制硅烷化SiO2颗粒界面上的接触角,接着利用界面自组装方法制备可控层的硅烷化SiO2涂层。结果表明,硅烷化SiO2颗粒界面上的接触角随着KH-570偶联剂接枝密度的增加呈先增加后下降趋势,KH-570偶联剂为1.5 mL、pH值=10时,接触角最大,约为147°;硅烷化SiO2涂层为3层时,整个衬底被硅烷化SiO2涂层完全覆盖,接触角达到156°,属于超疏水涂层。
  • Co3O4/GO复合材料的制备及其对Pb2+和Cd2+的电化学检测
    郝亚超, 张崇, 王文涛, 王晶, 陈书航, 徐宏妍
    功能材料. 2022, 53(1): 1190-1195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.030
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    通过简单的水热-热分解法制备了Co3O4/GO复合材料,利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)对样品进行结构形貌表征。将制备的Co3O4/GO复合材料作为电极修饰材料构建电化学传感器对溶液中的Pb2+和Cd2+进行检测,测试采用差分脉冲阳极溶出伏安法(DPASV)的电化学检测方法。结果表明,Co3O4/GO复合材料中的Co3O4颗粒沿着GO平面生长并延伸成表面多孔的复合纳米片,这种多孔的复合纳米片结构可以提供更多的反应活性位点,对Pb2+和Cd2+的检测限分别为38和48 nmol/L。同时基于Co3O4/GO复合材料的电化学传感电极具有良好的稳定性、重复性和抗干扰性,在重金属电化学检测方面具有广阔的应用前景。
  • 制革污泥蛋白质基棉织物阻燃剂的合成及棉织物阻燃整理
    顾海洋, 王冬, 张丽平, 付少海
    功能材料. 2022, 53(1): 1196-1203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.031
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    为了实现制革污泥蛋白质的资源化利用、提高棉织物的阻燃性, 以热碱法提取的制革污泥蛋白质为原料,合成了高效无卤棉织物阻燃剂FR-P(flame retardant-protein)。以二氰二胺为催化剂,将阻燃剂FR-P接枝在棉织物上。研究阻燃棉织物的热稳定性、阻燃性能,及其阻燃耐久性。结果表明,对比未处理的棉织物,经过阻燃整理的棉织物检测出新增的氮、磷元素,且阻燃棉织物离开火焰后迅速自熄。在700 ℃氮气氛围下,阻燃织物的残炭率达到了36.7%(质量分数),具有优异的热稳定性。热释放速率峰值从195.4 W/g降至53.6 W/g;极限氧指数从17%提升至35%。阻燃棉织物经过30次水洗后极限氧指数为28%,属于难燃织物,达到阻燃织物的B2标准。
  • P(VDF-HFP)- SiO2/SF电纺Janus纤维膜的制备及油水分离应用
    刘建春, 武海娟, 方涛, 徐帅, 马彦龙, 朱晶心
    功能材料. 2022, 53(1): 1204-1209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以疏水纳米SiO2改性的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VDF-HFP)-SiO2)和丝素蛋白(SF)为原料,利用静电纺丝技术,构建了具有非对称润湿性的P(VDF-HFP)-SiO2/SF复合Janus纳米纤维膜。采用扫描电子显微镜、X射线能谱仪、傅里叶红外光谱仪及水接触角测量仪对纤维膜的微观形貌、组成、结构及润湿性进行了表征,并测试了Janus纤维膜的疏水层厚度对油水分离通量及分离效率的影响。结果表明, 采用P(VDF-HFP)-SiO2纤维膜为疏水层,SF纤维膜为亲水层构建的Janus纤维膜具有单向水渗透功能及良好的油水分离能力;当疏水层厚度为70 μm,亲水层厚度为130 μm时,水分离通量可达到了11 300 L/(m2·h·MPa),油水分离效率可达99.65%,该研究为Janus油水分离膜的制备提供了新的材料选择。
  • 退火温度对FeGaGeBCu(P)非晶纳米晶合金组织结构和软磁性能的影响
    郭璐, 朱乾科, 陈哲, 赵晓霞, 张克维, 姜勇
    功能材料. 2022, 53(1): 1210-1215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    用单辊旋淬法制备了Fe76Ga5Ge5B13-xPxCu1(x=0,3,5,7)合金带材,并研究了退火温度对合金晶化行为、结构演变和磁性能的影响。结果表明,P元素替换B元素后,合金的非晶形成能力有所降低,但是提高了二次晶化相的热稳定性。同时,P添加一方面细化了纳米晶尺寸,降低了合金矫顽力,P含量为7%(原子分数)的合金在在425 ℃退火后矫顽力最佳为1.77 A/m;另一方面,P的价电子向残余非晶相中的Fe转移,降低了Fe的磁矩,使得合金饱和磁感应强度降低。此外,P含量高于5%(原子分数)时合金带材表面接近表层位置的晶粒以(200)晶面平行于带材表面存在,而合金内部仍以(110)晶面平行于带材表面存在。
  • Au-N共掺杂TiO2纳米管电极的制备与表征
    王理明, 孟淑雅, 李梦瑶, 张爽, 宗秀雨, 敖冬, 刘婷婷
    功能材料. 2022, 53(1): 1216-1220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.01.034
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用等离子体法和光化学沉积法制备出Au-N共掺杂TiO2纳米管(Au-N-TNT)电极,并对其进行了扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射(UV-VIS-DRS)、循环伏安(CV)、和瞬态光电流(I-t)分析。以Au-N-TNT为工作电极,对四环素进行了光电催化降解研究。结果表明,Au-N-TNT管口处出现Au单质纳米颗粒,在紫外和可见光范围的光吸收率都明显增加,且在可见光范围吸收峰红移;循环伏安和光电流的结果表明共掺杂电极具有良好的导电性;光电流密度约为纯TNT的6 倍。Au-N-TNT光电催化降解四环素反应过程符合一级反应动力学,0.2 mmol/L氯金酸掺杂条件下的光电催化降解速率最高,达到0.07744 min-1。
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