功能材料

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轻质多层吸波材料的设计制备及电磁特性研究

李均, 刘璐璐, 沈振宇, 许同同, 周忠祥

功能材料. 2021, 52(11): 11001-11008. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.001

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以石墨烯、羰基铁、钛酸钡为原料,采用流延的方法制备出石墨烯、羰基铁、钛酸钡以及石墨烯与羰基铁复合薄层微波吸收材料。通过同轴线法测量其电磁参数,使用NRL拱形架法对不同层数、不同组合方式的流延膜在2~18 GHz波段的微波吸收性能进行系统性探究。同时,使用波导法对薄层流延膜电磁屏蔽性能进行测量。结果表明,构成吸收型以及干涉型的吸波材料表现出优异的吸波性能,多层吸波材料整体厚度在0.45~1.43 mm范围内,面密度在1.2~2 kg/m²的组合流延膜最大反射损耗可达-43.88 dB,其-10 dB吸波带宽可覆盖3.88~11.76 GHz。石墨烯与羰基铁复合薄层流延膜中,石墨烯含量越高,电磁屏蔽效果越好,0.26 mm厚度的石墨烯流延膜可达到-16 dB的屏蔽性能。实现了厚度均匀可控、高效稳定的薄层吸波与屏蔽材料的设计与制备。

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锂金属负极的改性策略的研究进展

张航, 彭钰函, 薛丽红, 张五星, 严有为

功能材料. 2021, 52(11): 11009-11016. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.002

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金属锂是下一代高能量密度二次电池的理想负极材料。但锂具有高的反应活性和还原性,造成其SEI膜不稳定、锂枝晶生长和体积膨胀效应等问题,从而限制了锂金属电池的实际应用。基于锂负极存在的问题,综述了锂负极、隔膜、人工SEI膜、电解液和固体电解质的改性策略,并对其未来的研究方向进行了展望。

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晶化温度与砷压对Ga在GaAs(001)表面扩散限制的研究

王一, 丁召, 杨晨, 罗子江, 王继红, 李军丽, 郭祥

功能材料. 2021, 52(11): 11017-11022. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.003

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采用液滴外延技术在平坦GaAs(001)表面上制备GaAs纳米环结构。利用原子力显微镜对其表面形貌进行表征,发现在As压保护下金属Ga液滴晶化过程中,液滴内Ga原子存在向外迁移和向下刻蚀两种扩散行为,且扩散行为均受到衬底温度和As压力大小的影响。其中As压主要影响Ga原子在表面横向扩散,而衬底温度主要影响Ga原子在纵向刻蚀扩散。根据量子环结构形貌演变趋势分析了圆盘半径ΔR、R_p与沉积量的关系,得出形成扩散盘的Ga临界沉积量为10 mL,并总结出采用降温结晶方式制备GaAs同心量子环的工艺方法。

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高稳定水基MWCNT-Fe₃O₄磁性纳米流体的制备研究

贾朝富, 邢美波, 张洪发, 王瑞祥

功能材料. 2021, 52(11): 11023-11030. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.004

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对多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotube, MWCNT)磁性纳米流体的制备工艺及稳定性进行研究。在化学共沉淀制备方法基础上引入酸处理和分散剂改性两种界面修饰方法,制备了MWCNT-Fe₃O₄磁性纳米材料,并对其分散性进行表征。结果表明,所制备MWCNT-Fe₃O₄复合材料中Fe₃O₄的粒径约为10 nm。MWCNT酸预处理和分散剂改性两种界面修饰方法制备的复合磁性纳米材料中Fe₃O₄粒子均匀分散在MWCNT表面。随后,选取阿拉伯树胶粉GA、十二烷基苯磺酸钠SDBS、十二烷基磺酸钠SDS、十六烷基三甲基溴化铵CTAB 4种表面活性剂作为分散剂制备水基MWCNT-Fe₃O₄磁性纳米流体,并采用静置离心分析方法研究了表面活性剂种类及浓度对MWCNT-Fe₃O₄流体稳定性的影响。对采用不同表面活性剂种类和浓度的16种纳米流体经过2 000 r/min高速离心加速沉降实验,结果发现采用SDBS分散剂与MWCNT-Fe₃O₄质量比为1∶1时,所制备的流体沉降量最小,仅沉降了9%。经30 d沉降观察,未发现明显沉淀。测试得到MWCNT-Fe₃O₄复合材料的饱和磁化强度在20 Am²/kg左右,所制备磁性纳米流体在磁场下具有超顺磁性。

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无重金属量子点在化疗药物递送中的研究进展

马然, 廖春燕

功能材料. 2021, 52(11): 11031-11039. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.005

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由于平均寿命增加及人口结构老龄化,我国恶性肿瘤发病/死亡率已居全球第一。尽管目前已开发出许多新型的肿瘤治疗方法,如光热、免疫疗法等,但化疗仍然是癌症治疗的首选方案。然而严重的毒副作用极大限制了化疗药物的使用并影响药物的疗效。为解决这一问题,人们选用纳米载体递送化疗药物。在众多载体材料中,无重金属量子点因具有丰富的表面状态、易于修饰的表面结构、较大的比表面积和低毒性等特点,已成为目前的研究热点。简要介绍了在化疗药物递送领域被研究应用得最多的几种无重金属量子点,即碳量子点(CQDs)、石墨烯量子点(GQDs)、黑磷量子点(BPQDs)和氧化锌量子点(ZnO QDs)的常用合成方法,重点综述了它们在化疗药物递送方面的研究进展,并展望了其主要发展方向。

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基于半导体纳米颗粒/氧化还原类染料可逆光致变色体系的研究进展

赵敬梅, 赵悦英, 朱莽, 李冲, 王文寿

功能材料. 2021, 52(11): 11040-11051. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.006

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光作用作为刺激源具有非直接接触、远程控制、快捷等突出优点,使得可逆光致变色材料在信息存储、显示器件和智能窗户等领域有着广泛的应用前景。然而,大多数传统可逆光致变色材料普遍存在热稳定性差、循环寿命低、变色速度慢等问题,严重制约了其在相关领域的发展。近年来,基于半导体纳米颗粒/氧化还原类染料可逆光致变色体系由于将半导体纳米颗粒优异的光催化还原性能和氧化还原类染料独特的变色性质结合于一体,表现出优异的可逆光致变色性能,受到广泛关注,并在无墨“光打印”可擦重写纸、可视化氧气指示器及智能变色织物等领域展现出巨大的应用价值。从半导体纳米颗粒/染料可逆光致变色设计原理、性能和机理研究进展及应用领域等方面进行综述,并提出未来研究展望。

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单原子催化剂在电催化还原CO₂中的应用进展

马春路, 孙艳芳, 吕宏虹, 张慧, 李聘, 刘庆龙, 沈伯雄

功能材料. 2021, 52(11): 11052-11061. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.007

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化石燃料燃烧产生的温室气体CO₂引发的环境问题一直是人们关注的热点。为缓解温室气体带来的环境危机和不可再生能源的枯竭,急需研究出高效处理CO₂新技术。电催化还原CO₂是将CO₂资源化无害化的一条有效途径,该技术可行性关键取决于开发高活性和选择性的催化剂,单原子催化剂因其具有高活性、高选择性、高稳定性、可以重复循环使用等特点引起人们广泛研究,将从单原子催化剂的制备方法、表征以及电催化还原CO₂机理与应用几方面进行总结,并在最后对单原子催化剂目前存在的问题以及未来研究趋势提出展望。

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导电聚合物/静电纺丝纤维复合材料在组织工程中的应用进展

查芳雯, 陈炜, 于德梅

功能材料. 2021, 52(11): 11062-11066. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.008

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由于可以直接向细胞传递电信号和机械电刺激,导电静电纺丝纤维在生物电相关组织工程中具有特殊应用价值。导电材料中,导电聚合物具有易合成、电导率可控且成本低廉的优点。但其固有的刚性结构和不溶不熔等特性限制其直接静电纺丝成纤维。将导电聚合物与静电纺丝纤维进行复合是制备导电聚合物静电纺丝纤维的一个有效途径。在简要介绍静电纺丝纤维特性后,对3种常见的导电聚合物(聚吡咯,聚噻吩和聚苯胺)/静电纺丝纤维复合材料的研究进展进行了回顾和总结,并提出了该类静电纺丝纤维目前存在的挑战。

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制冷与空调用纳米流体研究进展

张洪发, 邢美波, 吴海峰, 贾朝富

功能材料. 2021, 52(11): 11067-11075. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.009

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介绍了纳米流体分散体系及制备方法,综述了纳米流体导热系数、流变特性、密度、比热、表面张力和电气特性等物性的研究概况。纳米流体在制冷与空调系统中的应用方式主要有纳米制冷剂、纳米润滑油、纳米载冷剂、纳米蓄冷剂等,研究表明纳米流体具有提高制冷与空调系统性能的潜力。

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石榴石型Li₇La₃Zr₂O₁₂复合固体电解质的研究进展

刘楚薇, 王建明, 王漪霏, 刘涛

功能材料. 2021, 52(11): 11076-11086. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.010

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与Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)片状陶瓷固体电解质相比,LLZO复合固体电解质在复合材料的协同作用下,改善固体电解质与电极界面的润湿性,降低界面电阻,并抑制锂枝晶的生长,提高电池的循环稳定性。室温下离子电导率为10^-4~10^-3 S/cm数量级。重点阐述了LLZO基复合固体电解质和LLZO/聚合物固体电解质的最新研究进展,讨论了LLZO含量、晶粒尺寸、微观形貌等对其锂离子传输途径、离子电导率和电池性能的影响,并提出了LLZO复合固体电解质的未来发展方向。

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稀土氧化物稳定t-ZrO₂结构和电子性能的研究

刘千礼, 范舟, 王洋

功能材料. 2021, 52(11): 11087-11093. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.011

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t-ZrO₂是一种宽带隙半导体材料,在氧传感器、固体氧化物燃料电池和涂层材料被广泛应用,由于t-ZrO₂只能在高温下存在,常加入稀土氧化物稳定至室温。采用第一性原理计算了形成能、能带、态密度及电荷密度,研究了Y₂O₃,Sc₂O₃,La₂O₃等稀土氧化物掺杂无补偿和有空位补偿对t-ZrO₂的结构和电子性能的影响。结果表明,稀土氧化物与Vo共同相互作用是稳定的关键,Y11(Vo)-2NN(1),Sc13(Vo)-2NN(1),La11(Vo)-2NN(1)三聚体形成能最小,稳定效果最佳。通过能带结构和态密度,相比于理想t-ZrO₂,由于容纳过剩电子,掺杂体系带隙均有所减小,掺杂无补偿结构在费米能级附近出现新能带。由于O-2p与Zr-4d电子态的作用,导带与价带的迁移增强了费米能级附近电子的相互作用,并改善了t-ZrO₂的电子性能。通过电子密度分布表征原子键合得出,稳定性本质在于原子间化学键合的作用。这为t-ZrO₂的应用提供了有效的理论依据。

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环氧硅油改性聚天冬氨酸酯聚脲的合成及性能研究

刘俊仁, 俞科静, 钱坤, 孙洁

功能材料. 2021, 52(11): 11094-11099. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.012

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采用双端环氧基聚硅氧烷改性,通过端氨基聚醚 (D200)与端环氧基发生开环反应将聚硅氧烷(PDMS)接枝到主链上再和马来酸二乙酯的 Michael加成反应,合成了有机硅改性聚天冬氨酸酯 (PAE-S)。将PAE-S与(4.4、二环己基甲烷二异氰酸酯)HMDI预聚体常温聚合,制备了有机硅改性聚天冬氨酸酯(PAE-S)聚脲,并通过改变投料比合成了不同硬段含量的聚脲。通过实验结果发现,采用有机硅改性后,聚脲的耐高温性有不同程度的改善,且硬段含量在12.8%时聚脲的断裂伸长率最大,也表现出了较好的柔韧性。

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高温氧化法改性金刚石膜及其亲疏水性

李思佳, 冯曙光, 高冀芸, 郭胜惠, 杨黎

功能材料. 2021, 52(11): 11100-11105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.013

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采用3 kW/2 450 MHz微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)系统,以高纯氢气、高纯甲烷为反应气体,单晶硅为衬底,制备了微米级金刚石薄膜,利用管式炉在高温氧化条件下对预沉积的金刚石膜进行表面改性处理,分别研究了氧化温度和氧化时间两个关键工艺参数对金刚膜形貌、结构及表面亲疏水性的影响。结果表明,高温氧化可明显改变金刚石膜表面的终端结构及微观形貌,这些因素的改变导致样品的亲疏水性发生显著变化,经400、500、600 ℃分别高温处理20 min后的样品表面缺陷密度越来越高,接触角从96°减小至29°,表现出明显的亲水性;在600 ℃下分别高温处理5、10、15、20 min后的样品接触角从59°减小至29°,金刚石膜表面亲水性逐渐增强;高温氧化处理可以有效地提高金刚石膜的亲水性,样品亲水性与氧化温度和氧化时间均呈正相关。

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NaAlO₂包覆LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂材料用于提高锂离子电池正极材料电化学性能

桂娇康, 张海朗

功能材料. 2021, 52(11): 11106-11112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.014

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锂离子三元正极材料由于其结合了镍酸锂、钴酸锂、和锰酸锂材料的特性一直是人们研究的热点,但不同比例的三元材料有着不同的优势和缺陷。LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂材料虽倍率性能较好但是循环性能比较差,不能满足人们对日常生活更高的需求。因此提高材料的电化学性能一直是学者们所追求的目标,掺杂和包覆是两种对材料进行改性的有效手段。通过共沉淀法制得LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂并用NaAlO₂对LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂进行包覆改性。通过一系列表征手段和电化学测试,证明了NaAlO₂包覆LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂材料作为一种方法能明显提高LiNi_0.4Co_0.2Mn_0.4O₂的循环性能和倍率性能,并对电化学性能改善的原因进行了简要地分析。

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基于应力和温度影响下沥青混合料蠕变模型

安文静, 盛冬发, 张思成, 刘邦剑, 程家幸

功能材料. 2021, 52(11): 11113-11119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.015

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沥青混合料作为道路主要铺设材料,该材料在车载作用下所产生的蠕变将加速路面损耗。因此,研究沥青混合料蠕变行为具有重要工程价值。为描述沥青混合料蠕变全过程,将一个非线性黏塑性元件与Burgers模型进行串联,得到一个非线性黏弹塑性蠕变模型。为了分析应力和温度对沥青混合料蠕变行为的影响,在不同应力和温度条件下对沥青混合料进行了单轴压缩蠕变实验。通过origin软件自定义拟合功能,将实验数据与蠕变模型进行拟合,得到该模型的6个力学参数。拟合相关系数大于0.98,表明模型具有较好的拟合精度。利用origin软件中的多项式拟合功能,得到这6个力学参数随应力、温度变化的关系式。拟合结果表明,该非线性黏弹塑性蠕变模型可较好地描述沥青混合料的蠕变性能,可用来预测不同应力和温度条件下沥青混合料的蠕变行为。

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Mn_1.28Fe_0.67P_0.44Si_0.56化合物的X射线吸收光谱研究

李鹏飞, 李英杰, 苏门, 欧志强, 宋志强, 特古斯

功能材料. 2021, 52(11): 11120-11126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.016

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使用高能球磨法和淬火及自然冷却2种热处理工艺制备Mn_1.28Fe_0.67P_0.44Si_0.56化合物,研究了该化合物的磁学性能以及微观结构。X射线衍射结果表明,淬火和自然冷却的样品均形成了Fe₂P型六角结构相,空间群为P-62m。磁性测量结果表明,淬火和自然冷却样品的居里温度分别为270和303 K。Mn和Fe K边的X射线吸收精细结构分析表明,在该化合物中Mn原子完全占据3g晶位,部分占据3f晶位。Fe原子占据3f晶位,而P原子及Si原子随机占据1b和2c晶位。

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光激发氧敏纳米纤维材料的制备及其性能

陈美萍, 姚纪文, 李蓉, 卢雪峰, 郭亚

功能材料. 2021, 52(11): 11127-11131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.017

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溶解氧的检测在医学、水产养殖及日常生活中具有极其重要的作用,制备了一种蓝光激发氧敏纳米纤维材料,可用于溶解氧的检测。首先采用改进Stober法将氧敏指示剂三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌(Ru(dpp)₃Cl₂)掺杂到二氧化硅纳米颗粒(SiO₂)中,再将掺杂氧敏指示剂的纳米二氧化硅颗粒与醋酸纤维素(CA)共混,利用静电纺丝技术制备出蓝光激发氧敏纳米纤维。对掺杂Ru(dpp)₃Cl₂的纳米二氧化硅颗粒进行了透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)表征,并对其进行了表面元素分析。对纳米纤维进行了扫描电镜表征,测定了纳米纤维在不同溶解氧含量下的荧光强度,结果显示该纤维材料可被蓝光有效激发,并且荧光强度随溶解氧浓度变化呈线性相关,其线性相关系数较高,说明该纳米纤维可用于对溶解氧的测定,且结果较为准确。

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钢纤维增韧高强混凝土的制备及性能研究

任大鹏, 于吉鲲, 方迪

功能材料. 2021, 52(11): 11132-11136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.018

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以高轻度骨料混凝土为基础,通过引入不同体积比(0%,1%,2%和3%(体积分数))的钢纤维对混凝土进行改性研究,通过对流动性、抗压抗折、冲击压缩等性能分析,研究了钢纤维掺量对混凝土基体的影响。结果表明,钢纤维掺入后,高强混凝土的流动度逐渐降低,从198 mm降至144 mm;随着钢纤维含量的增加,高强混凝土的抗压强度和抗折强度均逐渐升高,在钢纤维含量为3%时,抗压强度和抗折强度达到最大值,整体强度上升趋势呈现出前期强度增幅快,后期增幅慢的特点;SEM分析发现,钢纤维的直径约为200 μm,表面无凹坑,比较光滑,钢纤维和浆体的结合比较紧密,没有产生空槽断面;对高强混凝土冲击压缩应力-应变分析发现,未掺杂钢纤维的基体冲击压缩性能最差,随着钢纤维含量的增加,冲击压缩性能得到了明显改善,整体表现出钢纤维掺量越多,冲击压缩性能越好。

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正交实验法研究溶胶-凝胶法制备氧化钨薄膜的电致变色性质

曹静, 孙冬兰, 刘靖, 张洪峰, 田雨可, 安佳钰, 刘玉春

功能材料. 2021, 52(11): 11137-11143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.019

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研究采用经济高效的溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备三氧化钨(WO₃)电致变色材料,设计正交实验,探究不同H₂O₂用量、反应温度及热处理温度对制备WO₃电致变色薄膜的影响因素大小。结果得出对WO₃薄膜性能影响大的因素是热处理温度及过氧化氢用量。继续探究在不同热处理温度下氧化钨电致变色薄膜循环耐久性。采用紫外-可见分光光度计、电化学工作站联用测试WO₃薄膜的电致变色性能。结果表明所制备的薄膜变色范围最高可达到60% 以上,并且在200 ℃热处理的薄膜在循环1 000圈后,变色范围还能达到45% 以上。研究对于采用溶胶-凝胶法制备电致变色性能优异的WO₃薄膜有参考意义。

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纳米晶Fe-5%Ni软磁复合材料的制备及磁性能研究

肖悦, 沈智, 何雪龙

功能材料. 2021, 52(11): 11144-11148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.020

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采用机械合金化方法制备了Fe-5％Ni(质量分数)纳米晶粉末,通过压实、涂覆环氧树脂和在不同退火温度(550,600,650和700 ℃)下热处理得到了纳米晶Fe-5％Ni(质量分数)软磁复合材料,并对软磁复合材料的结构、微观形貌和磁性能进行了表征。结果表明,纳米晶Fe-5％Ni软磁复合材料主要以体心立方(bcc)和面心立方(fcc)的结构为主,在球磨40 h时,Fe-5％Ni纳米晶粉末的晶化程度最好;随着退火温度的升高,样品的尺寸逐渐增大,基本都分布在40~90 μm之间,表面呈现出片层状结构,在650 ℃下退火的样品尺寸大小分布均匀,无团聚现象,形貌最佳;在4种不同退火温度下,样品的磁滞回线都较为狭窄细长,饱和磁化强度都比较高,矫顽力和剩余磁化强度都较小,所有样品均具有软磁材料的特点。随着退火温度的升高,样品的饱和磁化强度表现出先升高后降低的趋势,剩余磁化强度呈现出先降低后略微升高再降低的趋势,而矫顽力呈现出先降低后略微升高的趋势。在650 ℃下退火的样品磁化强度最大,为33.1 Am²/kg;在600 ℃下退火的样品剩余磁化强度最低,为0.76 Am²/kg;在650 ℃下退火的样品矫顽力最低,为25.58 Am²/kg。综合来看,球磨时间40 h,在650 ℃下退火制备的纳米晶Fe-5％Ni软磁复合材料的性能最优。

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环氧树脂_改性纳米纤维素复合材料的制备与性能研究

黄新民, 杨连贺, 徐清, 敖翔, 汪诚威

功能材料. 2021, 52(11): 11149-11154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.021

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以脱脂棉为原料采用硫酸水解法制备纳米纤维素,通过采用偶联改性和TEMPO氧化改性方法进行改性,然后采用浇铸成膜法,制备纯环氧树脂膜、含量为5 %(质量分数) CNC、偶联改性CNC(S-CNC)及其TEMPO氧化改性(O-CNC)/环氧树脂复合材料。使用红外光谱、透射电镜、扫描电镜、紫外可见分光光度计、万能材料试验机、热重分析仪等仪器对纯Epoxy和复合材料进行性能测试。实验数据表明,与纯环氧树脂膜对比,加入S-CNC及其O-CNC的环氧树脂复合材料,断面更加粗糙,裂纹增加,加入纳米纤维素的环氧树脂复合材料的透光率均比纯环氧树脂膜的低。O-CNC/环氧树脂复合材料的透光率下降了约5%,下降幅度最小,偶联改性CNC/环氧树脂复合材料的弹性模量最高,相比纯环氧树脂膜, 其弹性模量增加了65.1%。O-CNC/环氧树脂复合材料的断裂伸长率最大,加入S-CNC及其O-CNC的环氧树脂复合材料,热分解温度分别增加了13和7 ℃,提高了热稳定性。

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脉冲磁场辅助水热法制备三维Al-MnO₂复合材料及其表征

王子寒, 潘双, 王冰, 唐立丹, 刘亮, 齐锦刚

功能材料. 2021, 52(11): 11155-11159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.022

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以高锰酸钾(KMnO₄)、硫酸锰(MnSO₄)和硝酸铝(Al(NO₃)₃)为原料,利用脉冲磁场辅助水热法制备了具有三维网络Al-MnO₂的复合材料。通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和纳米测量仪分别对样品的结构和形貌进行表征。电化学测试结果表明,当电流密度为2 mA/cm²时,PEF-Al-MnO₂的面电容6 294.74 mF/cm²、在10 mA/cm²时循环3 000次后的电容保留率96.77%,并且具有良好的耐腐蚀性能和更小的内阻以及更强的电荷传递能力。对比无脉冲的材料,可以看出利用脉冲电磁场的辅助制备方法是提高Al-MnO₂性能的有效手段。

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双钙钛矿氧化物Sr₂FeMoO₆的合成及其电输运性能研究

韩洪兴, 王圣洁, 胡艳春, 林渊君

功能材料. 2021, 52(11): 11160-11163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.023

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双钙钛矿氧化物Sr₂FeMoO₆在室温情况下具有较高的隧穿磁电阻效应,是室温自旋电子学器件的候选材料之一。为了详细地研究该材料的性能,采用溶胶-凝胶法通过调节溶液pH=10合成Sr₂FeMoO₆。通过X射线粉末衍射仪对其晶体结构进行测定,测量结果表明所制备样品为纯相,空间群为I4/m。通过观察SEM图发现样品结晶度较好,晶界清晰,但孔隙明显。从输运特性曲线可以看出:在不加磁场的情况下,样品表现出半导体性;加磁场后,表现出金属性;这些现象主要与样品的反位缺陷和结晶度有关。在低温5 K下,样品具有明显的铁磁性和较小的矫顽场,其饱和磁矩值为3.44 μ_B/f.u。该材料在电极材料方面具有潜在的应用前景。

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Zr掺杂TiO₂纳米粒子的合成及光催化性能研究

任庆云, 王松涛, 李汶静, 范荫恒

功能材料. 2021, 52(11): 11164-11168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.024

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采用溶胶-凝胶法制备了不同含量Zr掺杂的纳米TiO₂粉体,通过XRD、SEM、UV-Vis、PL和光催化性能分析等对Zr掺杂TiO₂纳米粒子的各项性能进行了表征。结果表明,所有含量Zr掺杂的TiO₂纳米粒子的结构均为锐钛矿型,且衍射峰型较尖锐,无其他杂质峰出现,其纯度和结晶度均较高;分析晶胞参数发现,Zr成功地掺杂进入了TiO₂的晶格;未掺杂Zr的TiO₂纳米粒子颗粒分布不均匀,且尺寸大小偏差较大;掺入少量的Zr后,颗粒分散度得到了轻微改善,颗粒呈现出较为规则的球型,表面粗糙度稍有增加,当Zr含量为3%(质量分数)时,改善效果最佳;当Zr含量为5%(质量分数)时,过量的Zr会附着在TiO₂表面,从而导致其光滑性和分散性变差、表面活性降低;掺入不同含量Zr后的TiO₂纳米粒子的吸收边带均出现了轻微的红移现象,使得TiO₂纳米粒子对光的吸收能力增强,在可见光下的光催化性能得到提高;Zr的掺入使TiO₂纳米粒子的光生电子和空穴的复合得到了明显减弱,这有助于TiO₂纳米粒子光催化性能的提高;未掺杂Zr的TiO₂纳米粒子的降解效率在120 min时为12.3%,当Zr的含量为3%(质量分数)时,TiO₂纳米粒子的降解效率最高为87.3%,但Zr掺量较多时,光催化性能反而出现了轻微下降,由此可见,Zr的最佳掺量为3%(质量分数)。

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一步原位制备Nb₂O₅/NbC复合材料用于高效光催化氧化

马晓清, 黄丽娜

功能材料. 2021, 52(11): 11169-11176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.025

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以NbC为前驱体,原位一步热处理制备了Nb₂O₅/NbC粉末光催化剂,研究了不同热处理温度(400,550,600 ℃)和保温时间(1,2,3 h)获得样品的光催化特性。使用XRD、SEM、HRTEM、XPS和UV-Vis、FT-IR对样品进行表征。结果表明,NbC氧化生成Nb₂O₅正交晶相,在400℃热处理1~3 h的样品中能明显观察到残留的NbC,形成了产物Nb₂O₅/NbC。随热处理温度的升高和保温时间的延长,NbC成分减少,可见光吸收逐渐降低。对样品在紫外可见光下降解亚甲基蓝的性能进行测试,发现400 ℃保温3 h制备的Nb₂O₅/NbC微晶材料光催化活性显著高于550和600 ℃制备的样品,这是由Nb₂O₅和NbC的协同作用引起的。光激发Nb₂O₅产生电子空穴对与亚甲基蓝发生反应,NbC杂化相的存在可提高光吸收和光生载流子的迁移率。碳的逸出导致微观孔洞结构,有利于吸附反应的进行,提高光降解效率。

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壳聚糖镓配合物的制备及抗菌性能研究

付豪, 万强, 赵明源, 戚晓宇, 马红艳

功能材料. 2021, 52(11): 11177-11182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.026

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通过金属鳌合法制备了壳聚糖镓配合物,运用有机元素分析及电感耦合等离子发射光谱(ICP)法测定了C、H、O、N等元素比重,并运用粘度法、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱分析(FTIR)、热失重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)对壳聚糖镓配合物进行了表征,考察了壳聚糖镓配合物的抗菌性能。结果表明,在55 ℃水浴中鳌合制备的壳聚糖镓配合物(CS-Ga)对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度分别为0.18和0.16 mg/mL;浓度为1.0 mg/mL的壳聚糖镓配合物在与细菌混合培养仅60 min后,即可完全抑制金黄色葡萄球菌的生长。

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氧化石墨烯/多壁碳纳米管配比对天然橡胶性能的影响

严刚, 李文超, 蒋超杰, 邱健, 葛孚宇, 李利, 宋维浩

功能材料. 2021, 52(11): 11183-11188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.027

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氧化石墨烯(GO)和多壁碳纳米管(MWCNTs)因其优异的性能被应用于各个领域,经常被用来合成具有优良导电导热性能的橡胶复合材料。将GO和MWCNTs采用机械共混的方法添加到天然橡胶中得到GO/MWCNTs/NR复合材料,分析了GO/MWCNTs配比对复合材料性能的影响。结果表明,MWCNTs与GO分子协同作用形成三维网状结构,使GO/MWCNTs/NR复合材料的交联密度、物理机械性能、分散度和动态力学性能提高,硫化时间和体积电阻率大幅降低;随着GO含量的增加,复合材料的交联密度进一步增加,硫化时间不断减小,物理机械性能、分散度和体积电阻率逐渐降低且变化幅度逐渐减小,Tg和抗湿滑性先升高后降低,滚动阻力呈现小幅度变化。综合看来,在GO/MWCNTs/NR复合材料中GO/MWCNTs的配比为3/6时,复合材料的综合性能最好。

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CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x高熵合金组织与力学性能的研究

秦忠, 李新梅, 田志刚, 王根

功能材料. 2021, 52(11): 11189-11194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.028

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为了研究Al含量对高熵合金CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x高熵合金组织及力学性能的影响,通过真空电弧炉熔炼CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x(x=0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0)高熵合金。利用X射线衍射仪测量合金的晶体结构,采用扫描电镜观察合金微观组织,利用维氏显微硬度计和万能试验机测试合金的显微硬度和压缩力学性能。结果表明,CoCrCu_0.5FeTi_0.5Al_x由FCC相和BCC相混合组成。随Al含量的增加,硬度逐渐上升,当x=0时硬度最小为323.61 Hv,在x=1时最大为764.91 Hv;合金压缩塑性先减小后增大,抗压强度先增大后减小,当x=0时,其塑性最好,塑性变形达到了32.08%,x=0.2时塑性最差,塑性变形仅有5.99%。在增加Al的合金中,x=0.8时,其抗压强度和塑性变形最佳,为1 993 MPa和11.43%。

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泡沫铜对石蜡强化传热机理的实验和模拟研究

朱孟帅, 王子龙, 齐和乐, 孙向昕, 周翔

功能材料. 2021, 52(11): 11195-11201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.029

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为探究石蜡融化时泡沫铜的填充对其内部传热的影响,设计并搭建了一套可视化蓄能实验装置。分析了泡沫铜填充率对石蜡相变过程的强化传热机理,并建立其传热数学模型,利用fluent软件对石蜡融化的相变传热过程进行数值计算。实验和模拟结果表明,当泡沫铜的填充率从0%增大到1.28%时,复合相变蓄热材料的融化时间从901 s缩短到830 s,较纯石蜡减少了7.88%,液化速率和蓄热速率较纯石蜡分别提高了7.11%和10.54%,而当泡沫铜填充率为1.28%时,石蜡内部温度梯度最小,为9.1 K。泡沫铜的填充强化了石蜡的导热强度,但一定程度上削弱了石蜡内部的自然对流传热强度,且泡沫铜填充率越大,对自然对流的抑制效果越明显。此外,当泡沫铜填充率为0.72%时,蓄能装置中石蜡的蓄热量为20 537.88 J,蓄热速率为24.07 J/s,复合相变蓄热材料的蓄热性能较好。

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有序分子聚集体软模板合成聚苯胺及其在超级电容器中的应用

梁华彬, 林有铖, 李庆余, 周海云, 杨健华, 钟新仙

功能材料. 2021, 52(11): 11202-11208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.030

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通过非离子表面活性剂吐温-20(Tween-20)和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐((Bmim)PF₆)配制成微乳液,构建有序分子聚集体(OMA),以此作为反应软模板,室温条件下,制备纳微结构聚苯胺材料(P-PANI)。SEM测试结果表明所合成的P-PANI纤维直径约为80~110 nm,长度较长,分散均匀,呈现很好的三维多孔结构。FTIR、XRD和TG结果说明所合成的材料均为质子酸掺杂PANI结构,P-PANI结构具有较好的规整性和热稳定性。在0.1 A/g放电电流密度下P-PANI比容量为535.4 F/g,经500次恒流充放电循环后比容量仍有344.2 F/g,保持率高达64.3%;该研究表明,以离子液体为介质构建OMA,并以此为模板更易制得疏松多孔纤维结构,有利于电解液对电极材料浸润,形成较好的导电网络,提高PANI电极材料的比容量和循环稳定性。

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超疏水疏油聚苯乙烯的制备及性能研究

赵霆, 凤仪, 曹梦丽, 汪丽丽, 周子珏

功能材料. 2021, 52(11): 11209-11214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.031

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采用喷涂的方法,将含氟聚合物和氟化后的纳米SiO₂粒子喷涂到聚苯乙烯塑料表面,制备有机-无机复合涂层,研究涂层中含氟聚合物与纳米SiO₂的比例对涂层表面疏水疏油性的影响。利用扫描电子显微镜及3D激光共聚焦显微镜观察涂层表面形貌,发现相较于单一含氟聚合物涂层,添加氟化SiO₂粒子后,涂层的表面形貌由平坦结构向多尺度粗糙结构转变。随着SiO₂含量的增加,涂层表现出自清洁特性,水滴接触角＞150°,油滴接触角＞140°。此外,这种利用聚合物与纳米粒子共混喷涂制备超疏水疏油塑料的方法对设备要求低,可用于塑料自清洁涂层的大面积制备。

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核工业用奥氏体耐热不锈钢22Cr21Ni12性能优化研究

陈登华, 刘璇, 何曲波, 徐永福, 刘海定

功能材料. 2021, 52(11): 11215-11220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.11.032

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根据放射性废物处理用材的技术要求,在不锈钢22Cr21Ni12基础上优化设计两组耐热不锈钢材料S1、S2,利用金相、拉伸、高温蠕变等测试手段,研究固溶处理工艺对这两组材料性能的影响规律。结果表明,S1、S2经固溶处理后均发生再结晶形成奥氏体孪晶;随着固溶温度的升高,S1、S2的强度均有所下降,在固溶温度超过1 080 ℃后下降更明显。当固溶温度高于1 080 ℃时,S1、S2晶粒均出现了异常长大,但S2的晶粒尺寸均小于S1,主要原因在于S2晶界上碳氮化合物数量多于S1,起到一定的钉扎作用。S1、S2的600 ℃高温拉伸测试结果显示,两者比较接近,但S1在1 100 ℃下的拉伸强度更低。在170 MPa、600 ℃条件下进行1 000 h蠕变测试,S2的蠕变伸长率为0.51%,最好;S1的为0.91%,次之;而对照材料22Cr21Ni12样品1^#、2^#为1%,最差。综合评价,样品S2的成分和性能较适用研制目标需求。

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2021年, 第52卷, 第11期　刊出日期：2021-11-30

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