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2022年, 第53卷, 第2期　刊出日期：2022-02-28
  

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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(2): 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)
  • 超高导电性石墨烯铜复合材料研究进展
    丁一, 王海田, 孙宇鹏, 张誉, 廖庆亮, 庞震, 祝志祥, 陈新, 陈舒
    功能材料. 2022, 53(2): 2001-2006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.001
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    超高导电铜具体是指常温下电导率高于100% IACS的铜基复合材料。在铜基复合材料中增强体的选择会对复合材料的电导率产生重大影响。近年来,随着对碳纳米管和石墨烯的进一步研究,具有良好本征特性的碳纳米材料逐渐成为了当下研究的热门。对于铜基复合材料而言,纳米碳具有作为增强体的巨大潜力,成为主要研究开发的材料,近年来随着科技社会的快速发展,许多新兴领域,如航空航天、精细金属部件、传感器等,对材料的导电性能提出更高的要求,对超高导电铜的需求也日益迫切。综述了超高导电铜的发展现状,包括应用材料体系、增益机制、研究现状以及未来应用前景。
  • 铯、锶掺杂钨酸铋的可见光降解酸性品红性能研究
    李冬梅, 王梓良, 杨磊, 刘金彦, 杨慧敏
    功能材料. 2022, 53(2): 2007-2011. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.002
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    采用水热合成了掺杂微量Sr、Cs的钨酸铋光催化剂。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)及电化学阻抗(EIS)等技术对制得催化剂的表观形貌和晶体结构进行了分析,并通过可见光催化降解酸性品红实验研究光催化剂的催化性能。结果表明,微量的Sr、Cs掺杂未对钨酸铋的物相结构造成影响,掺杂后纳米片的排列更规整,纳米花球直径变小,催化剂比表面积增大。由于Cs+的半径(167 nm)大于Sr2+的半径(118 nm),所以取代Bi3+(103 nm)进入晶格后造成Cs-Bi2WO6的晶格失陪度更高,所以Cs-Bi2WO6的禁带宽度减小更多,吸收光谱红移增大,氧缺陷增多,导致Cs-Bi2WO6光催化降解酸性品红的性能显著高于Sr-Bi2WO6和Bi2WO6。
  • 淀粉基絮凝剂的制备及废水应用的研究进展
    张昊, 郑瑶瑶, 王海涛, 常娜
    功能材料. 2022, 53(2): 2012-2018. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.003
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    淀粉是一种来源广泛,价廉,可生物降解的天然高分子材料,分子内含有多个易改性的羟基,通过改性可以得到多种淀粉衍生物。用淀粉及其衍生物作絮凝基体制备不同絮凝剂,既能有效絮凝污染物又不易产生二次污染。通过醚化、酯化、接枝共聚改性淀粉,可去除水中的胶体物质和可溶性污染物,用于处理成分复杂的纺织印染废水,目前纺织印染多使用易上染的阴离子染料,废水中也多含此类型离子染料,将淀粉改性为强絮凝性的阳离子型絮凝剂是解决印染废水排放问题的希望。综述了国内外淀粉基絮凝剂研究现状,从制备方法、种类、机理以及表面电荷、分子量和絮凝时的外部环境对絮凝效果的影响因素进行阐述,指出了应该探究对淀粉絮凝剂改性更有效的预处理方法和引发体系,实现绿色絮凝,提高絮凝效果,并解决絮凝产生的大量污泥等问题。
  • Cu/LDPE防银变色包装膜的制备及其性能研究
    熊康康, 钱静
    功能材料. 2022, 53(2): 2019-2025. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.004
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    以铜粉作为有效成分,采用挤出流延法成功制备了Cu/LDPE防银变色包装膜。利用热重分析仪(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、紫外可见光分光光度计(UV-Vis)以及阻隔性能、光学性能、力学性能、银片色差等测试,研究了平均粒径D50为10.11μm的铜粉在不同含量时对复合膜各项性能的影响。结果表明,铜粉含量对薄膜的力学性能和防银变色性能影响较大,随着铜粉含量的增大,薄膜的拉伸强度和断裂伸长率逐渐下降,薄膜所包装的银片经3×10-6 H2S腐蚀试验后,其表面的色差先降低后不变;当铜粉含量为8%(质量分数)时,与纯LDPE相比,其拉伸强度和断裂伸长率分别下降了6%和16%,其对应银片的色差值下降了96%。
  • D201树脂负载水合氧化铁催化臭氧氧化磺胺甲恶唑
    孟冠华, 丁素云, 刘宝河, 张林森, 陈娇玉
    功能材料. 2022, 53(2): 2026-2032. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.005
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    采用离子交换-原位沉淀法,以 D201 阴离子交换树脂负载水合氧化铁 (HFO) 制备催化剂 HFO/D201,在动态实验条下对磺胺甲恶唑(SMX)进行催化臭氧氧化降解实验。分别考察了溶液初始浓度、pH、流速、催化剂及臭氧投加量对SMX去除率的影响,并探讨反应机理。结果表明,增大臭氧和催化剂的投加量、减小流速和溶液初始浓度均可提升 SMX 的去除率,当 pH 接近 HFO/D201 的零电荷点时,催化效果最佳。在臭氧剂量为 1.85 mg/L,HFO/D201 投加量为 0.8 g/L,SMX 初始浓度为 10 mg/L,流速为 4 mL/min,不调节溶液 pH (pH值=5.25) 的条件下,SMX 的去除率可达 92.67%,比臭氧氧化体系提高了 57.75%。通过自由基抑制剂投加实验间接推断出,在 HFO/D201 催化臭氧氧化 SMX 的反应过程中,同时存在 ·O-2氧化及臭氧分子直接氧化。
    • 综述·进展
  • 低浓度甲醛吸附材料的研究进展
    张鑫宇, 姚晋泽, 吴兴贝, 涂是, 夏启斌
    功能材料. 2022, 53(2): 2033-2042. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.006
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    室内空气质量直接关乎人体健康,甲醛属于室内空气质量标准严控污染物之一。室内甲醛浓度低但危害大,对于大风量低浓度甲醛治理,吸附技术是主流技术之一,吸附材料又是该技术的核心。综述了国内外关于室内低浓度甲醛净化吸附材料及其吸附机理的最新研究进展,对比研究了碳基吸附剂、硅基吸附剂以及MOFs及POPs材料对甲醛的吸附相平衡和动力学,并综述了提高吸附剂甲醛吸附性能的改性方法;最后详细阐述了甲醛在吸附剂上的吸附机理以及水汽对吸附剂甲醛吸附性能的影响。
  • 镓基液态金属用作润滑剂外界影响因素的研究
    尹富强, 赵玉辰, 李赵春, 李天杰
    功能材料. 2022, 53(2): 2043-2049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.007
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    液态金属是一种新型功能材料,具有不定型、可流动性,在室温下可呈液态。镓基液态金属(GLM)是其中一种安全无毒的液态金属,具有良好的流动性、导热性、热稳定性、导电性等,因其优异性能已被应用于多种领域。目前,国内研究镓基液态金属作为润滑剂的研究还处于起步状态。介绍了影响镓基液态金属润滑性能的外界因素,并提出了镓基液态金属作为润滑剂的几个需要解决的问题。
  • 锂离子电池隔膜用非织造材料研究进展
    段世文, 刘亚, 谷娜, 庄旭品
    功能材料. 2022, 53(2): 2050-2056. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.008
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    电池隔膜是锂离子电池的核心组件之一,随着锂离子电池的发展而逐渐完善、创新。由于商品化程度最高的聚烯烃类微孔膜受到性能限制,亟需开发新的工艺制备综合性能优异的电池隔膜,优化隔膜的产业结构。综述了近年来使用非织造技术制备的锂离子电池隔膜,包括熔喷法、纺粘法、湿法非织造工艺及静电纺丝法,评价电池隔膜的性能及制备工艺,列举针对各个制备工艺获得的隔膜的改性方法,对锂离子电池隔膜的发展方向做出了设想与展望。
  • 木质导热复合材料的传热增强机理及制备研究进展
    陶鑫, 梁善庆, 傅峰
    功能材料. 2022, 53(2): 2057-2065. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.009
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    木质导热复合材料是以不同几何尺度的木质单元为基体,以不同加工工艺引入导热单元后制得的一种导热性能增强的复合材料。木质导热复合材料具有较高的导热系数,可将热量迅速传递及辐射至周围环境中,若将其应用于地采暖地板、导热装饰木制品等家装领域,不仅可以充分利用天然可再生木质资源具有的质轻、易加工、经济环保等优点,减少不可再生资源的损耗,还能够实现木质材料的提质增效和高附加值利用,具有重要意义。木质材料导热性能受含水率、多孔结构及化学组分3种因素的影响,导热系数低并且呈传热各向异性。以增强传热介质、降低界面热阻、强化表面导热层为传热增强机理,木质导热复合材料的制备技术主要有浸渍处理、重组复合、表面处理3种。浸渍处理前多对木质单元碳化处理以形成完整的导热碳骨架,再浸入聚合物或导热树脂;微波膨化处理可在木质单元中形成三维网络缝隙,增加了导热单元的填充空间,适用于低熔点合金的填充凝固。重组复合技术是在单板、刨花、木纤维、木粉等木质单元中添加一定比例的导热单元与胶黏剂,通过热压成板、熔融挤出两种方法制备出木质导热复合材料。表面处理技术赋予木质基体以表面导热层,化学镀法在基体表面上沉积金属,金属中的自由电子导热能力强于木材中的声子导热。涂饰导热涂层可增强木质基体的换热能力。目前,木质导热复合材料的研究主要集中在不同导热单元的提升效果、导热单元的最佳添加量、导热性能与力学性能相适应的工艺调控上,仍停留于实验室研究阶段,尚未形成工业化生产应用。制备方法的优化、传热预测模型的构建、界面结合的增强、多重功能的拓展将是下一步研究的方向。概述了影响木质材料导热性能的因素及导热系数理论推算公式,归纳了木质导热复合材料的传热增强机理及制备方法,并展望了木质导热复合材料未来研究方向与发展前景。
  • 新型二维材料MXene的气敏性能研究进展
    杨茹, 吴梦, 夏启勋, 周爱国
    功能材料. 2022, 53(2): 2066-2072. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.010
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    MXene是一种新型二维过渡金属碳化物/氮化物。作为二维材料,MXene具有大的比表面积和丰富的表面官能团,表面容易吸附气体分子,且吸附的气体分子会影响材料的导电性能。因此,MXene可以用来作为新型气敏材料。从理论到实验的角度综述各种MXene(Ti3C2 MXene、V2C MXene、Mo2C MXene等)的气敏性能以及气敏应用,归纳不同MXenes对气体的响应特性,分析MXene的气敏机理,总结MXene作为气敏材料的优势和缺点,展望MXene在气体传感器领域的未来应用前景。
  • 吸声材料制备、性能研究进展
    刘杨, 霍又嘉, 杜元开, 胡祥, 张伟程, 赵培, 游峰
    功能材料. 2022, 53(2): 2073-2079. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.011
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    近年来,吸声材料的发展突飞猛进,在交通建筑等邻域应用广泛。综述了吸声材料的特点和研究进展,探讨了基本吸声原理。此外,从吸声材料的制备入手,着重介绍了多孔吸声材料、共振吸声材料和复合吸声材料各自的吸声特性及材料结构的研究进展;如何利用材料内部结构的改善实现高效降噪是吸声材料科研领域研究的重点方向;最后提出了如何将声学材料阻尼损耗因子和声学系数进行关联的问题。并由此关联性进行吸声性能研究,从而通过材料阻尼因子的设计来调控声学性能。
    • 研究·开发
  • CuFe2O4催化剂的制备及其NH3-SCR催化性能研究
    孙中豪, 张慧茹, 米雪, 赵毅
    功能材料. 2022, 53(2): 2080-2086. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.012
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    通过微波法合成了金属有机骨架材料Cu-MIL-101(Fe),然后以此为前驱体煅烧制备了CuFe2O4催化剂,并考察了反应温度、催化剂用量、空速、SO2、H2O等因素对催化剂NH3-SCR催化性能的影响。测试结果表明CuFe2O4催化剂可以在250~450 ℃的宽温度区间保持90%以上的脱硝效率,反应前后催化剂无明显变化,同时in situ DRIFTS光谱结果表明,CuFe2O4催化剂在脱硝过程中同时存在L-H以及E-R两种反应机理。
  • SiO2气凝胶隔热保温包装材料的制备及其性能研究
    王广林, 杨福馨, 柴莉, 王劲阳, 陈祖国, 李绍菁
    功能材料. 2022, 53(2): 2087-2093. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.013
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    为了提高包装材料隔热保温性能,以SiO2气凝胶(SA,silica aerogel )为改性剂,对低密度聚乙烯(LDPE,low density polyethylene)进行改性,采用共混流延法制备了具有优异隔热保温性能包装薄膜。研究了不同浓度SiO2气凝胶对薄膜的力学性能、阻隔性能、亲疏水性能、热稳定性、导热系数等的影响,并设计隔热保温实验验证薄膜的保温性能。结果表明,二氧化硅气凝胶添加量为6%(质量分数)的薄膜综合性能最好,其导热系数达到了0.07 W/(m·K),并且具有良好的力学性能、阻隔性能、亲疏水性能和热稳定性,为其在食品包装中的应用提供了实验基础。
  • 新型湿法纳米银制备技术及其毒性行为
    鲁曦泽, 姜宇凡, 李英华, 郝嘉言, 谭文宇, 任晓宇
    功能材料. 2022, 53(2): 2094-2100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.014
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    针对目前纳米银(AgNPs)制备方法中存在的纳米银颗粒粒度分布不均,稳定性较差的问题,利用柠檬酸钠和无水乙醇作还原剂,以柠檬酸钠和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为保护剂制备纳米银。利用紫外吸收光谱分析、XRD、SEM、TEM、EDS、Zeta电位仪等多种技术表征所制备纳米银的特征,结果表明纳米银颗粒为球形面心立方结构,粒径分布范围小,平均粒径在49.3 nm左右,分散均匀。采用室内暴露培养的方式,探究了不同浓度纳米银对反硝化无色杆菌(Achromobacter denitrificans)的毒性作用。研究结果表明,AgNPs可抑制Achromobacter denitrificans的生长以及氮降解能力,并且随着AgNPs浓度的增加抑制作用越强。其毒性原理在于小颗粒纳米银可直接进入细菌体内,导致细菌代谢紊乱,而附着在细胞表面的纳米银,可破坏胞膜表面结构,导致表层膜发生破裂,胞内物质泄漏。
  • 钙钛矿型催化剂LaCoO3的制备及其光催化降解酸性红B的研究
    牛紫嫣, 梁佳雄, 李薇, 郝凌暾, 姚舜予, 傅梦圆, 乔枫瑞, 王晋, 刘振民, 王潇潇
    功能材料. 2022, 53(2): 2101-2106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.015
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    采用水热合成法制备4种比例不同的钙钛矿型复合金属氧化物钴酸镧催化剂,La(NO3)2、Co(NO3)2、柠檬酸之间的比例分别为1∶1∶3、1∶1∶4、1∶1∶5、1∶1∶6。采用XRD、SEM、TEM等技术对催化剂进行结构表征及性能测试。以酸性红B为研究对象,以氙灯模拟太阳光照射下降解酸性红B染料废水。结果表明,4种催化剂对酸性红B的降解率均达到80%以上,而比例为1∶1∶6时的LaCoO3催化剂对酸性红B的降解效果最好,在20 ℃下可见光照射1 h后降解率达到88.52%。通过研究发现,制备出较大比表面积的钴酸镧催化剂对酸性红B的光催化降解效果最好,反之比表面积小的降解效果差。4种比例的钴酸镧催化剂对酸性红B的降解符合一级反应动力学方程。
  • 花生壳纳米纤维素超疏水气凝胶的制备及在棉织物上的应用
    陈扣琴, 王黎明, 郝慧敏, 凌杭丽, 徐伟
    功能材料. 2022, 53(2): 2107-2113. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.016
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    以花生壳粉为原料,通过化学机械法从中提取纳米纤维素,采用溶胶-凝胶法,在花生壳纳米纤维素悬浮液中加入甲基三甲氧基硅烷以对其进行改性,并采用冷冻干燥法最终制备了纳米纤维素超疏水气凝胶。将通过喷涂的方法使纳米纤维素超疏水气凝胶和聚二甲基硅氧烷(PDMS)整理到棉织物上,分别对超疏水气凝胶和超疏水棉织物进行分析和表征。结果表明,制备所得的纳米纤维素气凝胶具有三维片状结构,具备超疏水性能;在对超疏水棉织物进行整理后,其超疏水性能显著提升,同时水接触角(WCA)能达到160°,并且也具有较好的抗污性能和自清洁性能,同时油水分离的效率达到82.2%。
  • 溅射功率对Mo掺杂ZnO (MZO)透明导电薄膜的影响
    李召阳, 陈祎祎, 雷金坤, 李继文, 熊美
    功能材料. 2022, 53(2): 2114-2122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.017
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    Mo原子具有较高的价态(+6),每个掺杂的Mo原子可以向ZnO晶体贡献4个自由电子,因此,Mo原子被认为是提高ZnO薄膜导电性的潜在掺杂剂。采用射频磁控溅射制备不同溅射功率下的MZO透明导电薄膜,研究溅射功率对MZO薄膜表面形貌、微观结构、组织以及光电性能的影响。实验结果表明,不同功率制备的MZO薄膜样品都沿(002)方向择优生长;MZO薄膜中的Mo离子以+6价存在;MZO薄膜的禁带宽度为3.41。此外,射频功率对MZO薄膜的表面形貌、晶体结构、电学和光学性质有很大影响。当溅射功率为150 W时,MZO薄膜具有最佳光电综合性能。此时,150 W的MZO薄膜的粒径为70.93 nm;在可见光范围内的平均透过率为81.85%,电阻率为9.2×10-4 Ω·cm。同时,利用椭偏仪对MZO薄膜的折射率和消光系数进行测试。通过测试结果计算了不同功率下MZO薄膜的复介电函数、耗散因子和能量损失函数。最后,根据有效单振子理论分析了MZO薄膜的色散特性。
  • MOFs复合衍生法制备Co/Ni/C@CNTs及吸波性能增强研究
    段鹏韬, 邹中秋, 丁越, 刘伟, 张学斌, 苏海林
    功能材料. 2022, 53(2): 2123-2129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.018
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    采用液相研磨法制取ZIF-67/Ni2+/三聚氰胺复合前驱体,经由高温热解衍生制得Co/Ni/C@CNTs复合物。结果表明,复合物主体为微米级片状多孔碳框架,框架内均匀分布Co、Ni纳米粒子,框架表面存在短碳纳米管。片状石墨化碳框架以及CNTs的存在有利于低填充度下导电网络的构建和导电损耗的增强,Co/C、Ni/C界面结构、碳材料的缺陷等也有助于极化损耗的增强,磁性Co、Ni纳米粒子也提供了磁损耗,改善了阻抗匹配。因此,最佳样品在20%(质量分数)的填充度,1.7 mm厚度下的有效吸收频带宽达5.6 GHz。本研究不仅丰富了MOFs衍生物的结构设计与调控研究,也为碳基吸波材料的轻质宽频研究提供了新思路。
  • AgBr-WO3/GO载流子转移增强及其可见光降解2,4,6-三氯苯酚
    王双, 杜倩, 谭莉, 况鹏鹏, 傅小奇
    功能材料. 2022, 53(2): 2130-2134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.019
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    采用原位合成法制备AgBr-WO3/GO复合可见光催化剂,制备的AgBr-WO3/GO表现出比WO3和WO3/GO更强的可见光吸收。AgBr-WO3/GO的表观光催化降解2,4,6-三氯苯酚的速率常数k为0.677 h-1。可见光光照4 h后,2,4,6-三氯苯酚的去除率达到94%以上,明显优于WO3和WO3/GO。实验结果表明,Ag、AgBr、WO3和 GO之间的界面载流子转移增强显著提高催化剂的可见光降解活性。所得AgBr-WO3/GO具有良好的光化学稳定性和重复使用性能。
  • 还原氧化石墨烯/碳纳米管透明导电薄膜的制备及性能研究
    王玉周, 郭金慧, 孙少娟, 康銘清, 李鹏程, 于翔
    功能材料. 2022, 53(2): 2135-2139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.020
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    使用天然植物多酚——单宁酸(TA)作为氧化石墨烯(GO)的还原剂,通过“一步法“实现了对GO的绿色还原和功能化。随后,将TA还原氧化石墨烯(RGO)和碳纳米管(SWCNT)结合起来,共同构筑具有三维结构的石墨烯/单壁碳纳米管(RGO/SWCNT)透明导电薄膜(TCFs)。该薄膜有着良好的导电性(透光率为75.1%时,面电阻为36.1 Ω/sq)、较低的粗糙度(薄膜的粗糙度仅为5.45 nm)、优异的柔性(经过1 000次弯折试验后,薄膜的面电阻保持不变)和较好的界面黏附力(薄膜的黏附因子均大于0.9)。该复合薄膜拥有良好的性能可以应用在柔性可穿戴器件领域。
  • Li+掺杂对NaY(WO4)2:0.07Yb3+ / 0.025Er3+上转换荧光粉发光性能的影响
    吴坤尧, 惠增哲, 李兆, 张锦, 龙伟
    功能材料. 2022, 53(2): 2140-2145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.021
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用高温固相法制备一系列不同浓度Li+离子(0.00,0.03,0.05,0.07,0.09和0.11 mol)掺杂NaY(WO4)2: 0.07Yb3+ / 0.025Er3+上转换荧光粉。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光发射光谱及荧光衰减曲线等表征所制备样品物相、形貌及发光性能。结果表明,晶体结晶度较高,为纯相结构。在980 nm激发波长下,随着Li+离子的含量增加,光谱发射强度先增强后减小,当掺杂量达到0.09 mol时,光谱发射强度达到最大,样品发出绿色光。对比发现掺杂Li+离子的上转换荧光粉发射强度及荧光寿命均显著强于未掺杂Li+离子的荧光粉,这主要是由于Li+的离子半径小,可以较好地溶入基质晶格中,对基质晶格的电荷具有良好的补偿效果,Li+的掺杂改变了Er3+和Yb3+离子周围的局域晶场环境,导致活性离子周围的局部位置对称性降低,使上转换发光增强。在531、553 nm处出现绿光发射,存在Er3+的能级跃迁: 2H11/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2。在650～680 nm之间产生红光发射,存在Er3+的能级跃迁:4F9/2→4I15/2。绿光与红光的发射均属于双光子过程。
  • 羧基改性多孔磁性壳聚糖微球共固定化葡萄糖氧化酶与过氧化氢酶
    柳有财, 蔡俊
    功能材料. 2022, 53(2): 2146-2155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.022
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    壳聚糖分子链上的活性基团数量有限,为了进一步增加壳聚糖的载酶量及固定化酶的生物催化稳定性,以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和戊二酸酐(GA)为表面修饰剂,制备得到新型羧基功能化多孔磁性壳聚糖微球(carboxyl modified porous magnetic chitosan microspheres,PMCSM-COOH),成功共固定化了葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOD)与过氧化氢酶(catalase,CAT)。研究表明,在PMCSM-COOH/GOD/CAT质量比为100/9.34/10.78时,GOD相对酶活达到最高为131.91%±0.58%。与游离酶相比,共固定化酶的温度稳定性、酸碱稳定性与储藏稳定性均有所提升,与底物的亲和力也有所增强,重复使用10次后仍保留着较高的相对酶活,为79.16%±1.98%。游离酶与固定化酶二级结构表明,固定化酶的α-螺旋相对含量高于游离GOD,这使得固定化酶具有更好的刚性结构,其稳定性优于游离酶。
  • 煤气化渣负载Ni@SiO2/TiO2材料的制备及其催化性能研究
    焦玉荣, 张栩瑞, 张亚, 刘侠, 弓莹, 刘慧瑾, 相玉琳, 韩志萍, 高雯雯
    功能材料. 2022, 53(2): 2156-2161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.023
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    采用氢氟酸(HF)对煤气化渣(CGFS)进行改性,用液相还原法制备纳米Ni粒子,通过对正硅酸乙酯(TEOS)的水解得到SiO2,使其包裹在纳米Ni粒子上得到Ni@SiO2材料。以钛酸丁酯(TBOT)为钛源,通过溶胶-凝胶法使Ni@SiO2/TiO2负载在改性后的煤气化渣上从而得到光催化剂CGFS-Ni@SiO2/TiO2。对催化剂的组成及结构进行X射线衍射(XRD)、原位红外光谱(FT-IR)、紫外漫反射(DRS)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)分析。并将催化剂应用于光催化降解孔雀石绿(MG)溶液。实验表明,光催化剂CGFS-Ni@SiO2/TiO2具有较高的光催化活性及循环利用率,140 min内1 mg/mL该复合催化剂在80℃、pH为7下对50 mL 10 mg/L的MG溶液的降解率可达到98.1％,6次循环使用后其降解率依然能够高于85％。
    • 工艺·技术
  • 热氧化对工业化n-TOPCon太阳电池的性能影响研究
    陈文浩, 王闻捷, 于元元, 陈鹏辉, 郑波, 袁声召, 万义茂
    功能材料. 2022, 53(2): 2162-2166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.024
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    借助磷掺杂多晶硅钝化接触结构卓越的钝化质量,n-TOPCon太阳电池可获得极佳的电学性能表现。在实际工业化制造过程,获得高性能量产n-TOPCon电池的关键之一是需要实现电池双面钝化结构的匹配与优化。对于硼扩散制备而成的电池正表面,工业上常采用叠层钝化膜沉积前添加热氧化工艺来优化钝化质量。该热氧化过程对n-TOPCon电池正反面钝化结构以及最终的电池电学性能可能造成的影响,进行了详细探究;发现热氧化过程可以优化重掺杂硼扩面的钝化质量,而对于轻掺杂硼扩面有害无益,同时热氧化会导致掺杂多晶硅钝化接触结构的钝化质量下降。未经过氧化处理的n-TOPCon电池在光注入退火工艺处理后可以获得更大的电学性能增益。使用无氧化工艺获得了平均效率达24.02%,最高效率为24.34%的量产n-TOPCon太阳电池。
  • 插入NiCr合金层对SnO2/Ag/SnO2多层结构透明导电薄膜热稳定性的影响
    郑思龙, 祝柏林, 易昌鸿, 王崇杰, 吴隽
    功能材料. 2022, 53(2): 2167-2173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.025
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    室温下通过磁控溅射技术制备了SnO2/Ag/SnO2(SAS)、SnO2/Ag/NiCr/SnO2(SANS)和SnO2/NiCr/Ag/NiCr/SnO2(SNANS)三类多层膜。采用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、霍尔效应测量仪和紫外-可见分光光度计研究了大气和真空退火温度与薄膜结构、形貌和透明导电性能的关系。结果表明,随着退火温度升高,薄膜的结晶程度及透明导电性能先增强后下降,薄膜的粗糙度先下降后上升。插入NiCr合金层提高了薄膜的热稳定性,且在Ag层两侧插入厚的NiCr合金层时薄膜热稳定性最优。而薄膜在真空环境下比在大气环境下的热稳定性更优。450 ℃真空退火后,SNANS(1 nm NiCr)薄膜平均透光率(400~800 nm)为90.31%,电阻率为8.21×10-5 Ω·cm,品质因子为3.87×10-2 Ω-1。
  • 茴香酸/儿茶素改性聚丙烯抑菌薄膜的制备与性能研究
    王劲阳, 杨福馨, 陈晨伟, 王广林, 柴莉, 陈祖国
    功能材料. 2022, 53(2): 2174-2181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.026
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    为了更好地保存食品的营养价值,延长货架期,采用绿色安全的植物提取物茴香酸与儿茶素为主要抑菌原料,以聚丙烯(PP)为主要基材,通过钛酯酸偶联剂使其混合均匀,并通过造粒流延的方式制得改性薄膜。研究茴香酸与儿茶素的含量变化对聚丙烯薄膜的抑菌性能、机械性能、微观结构等的影响。结果表明,当加入3%(质量分数)的茴香酸与儿茶素的抑菌效果最好。与对照组相比,24 h时大肠杆菌的OD值下降30%,72 h时黑霉菌干重减少48%,展现出了良好的抑菌性,且力学性能、微观结果均未发生较大改变。通过正交实验的测试,薄膜在一定时间段内仍具有持续抑菌性。相比于传统的食品添加剂,植物提取物既保持了抑菌性,又提高了安全性,可满足日常食品包装需求。
  • 新型酯类单体及其聚羧酸减水剂的合成与性能研究
    朱晓菲, 李晓东
    功能材料. 2022, 53(2): 2182-2186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.027
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    使用聚乙二醇与丙烯酸合成了一种新型酯类功能单体,并将其与乙二醇单乙烯基醚进行聚合,得到了一种保坍型酯醚共聚聚羧酸减水剂。通过单因素实验,研究了酸醇比、催化剂用量、反应温度对功能单体酯化率的影响以及酸醚比、引发剂用量、功能单体掺量和反应温度对减水剂性能的影响。结果表明,在酸醇比n(AA)∶n(PEG)为2.5∶1,浓硫酸用量为0.6%,反应温度为140 ℃,反应时间为6 h的条件下,制得的新型酯类功能单体酯化率达到了95%;合成酯醚共聚聚羧酸减水剂的最佳工艺:酸醚比为3∶1,引发剂用量为0.18%,酯类功能单体掺量为大单体用量的25%,反应温度为35 ℃,保温2 h。合成的酯醚共聚聚羧酸减水剂用于水泥后,水泥净浆初始流动度为260 mm,1 h后流动度为270 mm,减水率为27%,C40混凝土28 d的抗压强度达到45 MPa,可以有效提高混凝土的抗泥性和力学性能。
  • Meyerozyma sp.合成Ag2S量子点及其抗菌性
    张小雪, 孙维良, 张友德, 武超, 邓国志
    功能材料. 2022, 53(2): 2187-2192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.028
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    利用从大庆油田土壤中筛出的耐重金属真菌季也蒙毕赤酵母(Meyerozyma sp.)还原硝酸银和亚硫酸钠合成硫化银(Ag2S)量子点,并通过X射线光电子能谱分析(XPS)、X射线衍射(XRD)、倒置荧光显微镜、扫描电镜(SEM)对合成的硫化银(Ag2S)量子点进行表征,同时研究了合成的硫化银(Ag2S)量子点的抗菌性。结果显示,通过Meyerozyma sp.菌合成Ag2S QDs,具有单斜α-Ag2S晶型,在410 nm左右处具有最大吸收峰,对铜绿假单胞菌、大肠杆菌分别在30和90 min时抗菌率达到100%,对芽孢杆菌在2 h内抗菌率约为99.9%。通过SEM分析硫化银(Ag2S)量子点使细菌细胞表面发生凹陷、破碎。研究表明硫化银(Ag2S)量子点对革兰阴性菌包括Escherichia coli和Pseudomonas aeruginosa以及革兰氏阳性菌Bacillus均有显著的抗菌性,可能是由于小粒径的硫化银(Ag2S)量子点吸附在细菌细胞膜表面,造成膜的损伤,进而导致细胞死亡。
  • Mg-xAl-Zn(x=3,6,9)合金腐蚀行为比较研究
    王军朋, 邹金超, 黄志权
    功能材料. 2022, 53(2): 2193-2196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.029
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    对不同Al含量的AZ系列镁合金(AZ31、AZ61和AZ91)在3.5%NaCl溶液中的腐蚀性能进行了比较研究,以便找到合适的耐腐蚀材料。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对其显微结构进行了表征。在3.5%NaCl溶液中,采用极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)和浸泡实验对其耐腐蚀性进行了测试。结果表明,AZ系列镁合金的腐蚀行为先是点蚀,后扩展为面蚀。AZ61的极化电阻(RP)高达288.88 Ω·cm2,腐蚀电流密度低为0.0026 mA/cm2,平均腐蚀速率为2.86×10-4 g/(h·cm2),AZ61具有更优的耐蚀性能，随着Al含量提高,镁合金的耐蚀性能先升高再降低,耐蚀性能的升高归因于β-Mg17Al12相的粗化和连续性。
  • 片状铜基导电油墨烧结工艺对导电性影响研究
    叶雨昊, 徐晓雪, 郭兴祥, 卢云梅, 李伟, 丁昶, 孙士昭, 闫慧
    功能材料. 2022, 53(2): 2197-2202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.030
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    为解决成本低廉的铜基导电油墨在空气中、低温烧结时极易氧化而限制其在柔性电子器件领域广泛应用的问题,探究烧结工艺对其导电性的影响。以微米级片状铜粉溶入混合有机溶剂制备导电油墨,以毛笔直书的方法制备导电图案,并在空气中对导电图案进行操作简便的红外烧结,同时对其表面进行多次喷涂抗坏血酸(Vc)的水溶液并进行热压处理,结果发现,随Vc水溶液喷涂次数增加和红外烧结时间延长,导电图案的电阻率呈下降趋势,经45 min的烧结后从3.7×102 Ω·cm下降到1.2×10-5 Ω·cm,XRD分析证实导电图案喷涂去离子前后均为纯铜峰。对Vc水溶液作用机理研究证实,在烧结温度约50 ℃及pH值<4.0的酸性环境下,图案电阻率逐渐降低且保持良好稳定性,证实Vc提供了良好的还原性环境。通过SEM观察发现,烧结过程中Vc水溶液喷涂及热压处理的协同作用可以使铜片的连结更加致密,这有助于其导电性及粘附性的进一步提高。在室温、空气中,对低温烧结制备的片状铜基导电油墨图案进行多次喷涂Vc水溶液烧结及热压协同处理,能够有效降低其电阻率同时大幅提高其烧结组织的致密性,实现其在柔性电子器件等领域的广泛应用。
  • 基于第一性原理计算的ΙA族元素掺杂p型ZnO光电学特性研究
    肖原彬, 赵艳芳
    功能材料. 2022, 53(2): 2203-2208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.031
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法计算了Li、Na、K掺杂ZnO纤锌矿结构的晶格结构、电子结构(能带结构、态密度)和光学特性,计算结果表明,在掺杂Na或K的情况下,晶胞体积的计算值均略有增加,而掺杂Li的晶胞体积小于本征ZnO,原因可能是系统能量的减小导致晶胞体积的降低。Li、Na掺杂的ZnO形成了p型导电半导体而K掺杂并未改变ZnO的导电类型,同时,综合电荷分布结果可以看出,Li掺ZnO具有相对较好的p型导电性能。此外,Li、Na、K掺杂ZnO后,吸收率在可见光区出现了明显的增大,其中Li掺ZnO在380 nm附近出现了较强的吸收峰,这对ZnO在光电子器件上的应用具有一定的参考价值。
  • GH4090合金圆柱螺旋弹簧应力松弛性能研究
    李少龙, 赵振, 董红莉, 张十庆, 陈芝来, 黄南, 李方, 何钦生, 王宏, 白雨松
    功能材料. 2022, 53(2): 2209-2214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以航空发动机用GH4090合金圆柱螺旋弹簧为研究对象,研究了不同温度下弹簧的静态和动态抗松弛性能。结果表明,静态抗松弛实验下,时效态GH4090合金弹簧在室温和300 ℃下无松弛、无蠕变;350和400 ℃下应力松弛率分别为1.08%和1.09%。动态抗松弛实验下,时效态GH4090合金弹簧在室温下无松弛,350 ℃下应力松弛率为3.23%;变形态GH4090合金弹簧在室温和350 ℃下应力松弛率分别为3.30%和16.85%。变形态和时效态GH4090合金弹簧的松弛率均随温度的升高而增大,且变形态松弛率变化尤为明显。
  • CdS纳米棒与二维MoS2异质结的构建及其对罗丹明B的光催化降解的研究
    黄浩, 雷永林, 梁瑶, 杨晗, 刘成
    功能材料. 2022, 53(2): 2215-2220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.02.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用钼酸铵作为钼源,硫脲作为硫源,通过水热法构建CdS纳米棒与二维MoS2异质结材料,通过XRD、SEM、TEM、PL、UV-vis等技术对异质结进行表征,结果表明,片状MoS2自组装形成的类球体与CdS纳米棒所形成的异质结(MoS2所占质量分数分别为1%、5%、10%),能够有效提高CdS的可见光吸收强度,光生载流子与空穴得到了有效的分离,从而体现出卓越的光催化将降解性能。CdS/MoS2-10%性能最优,在10 mg复合催化剂对50 mL浓度为20 mg/L罗丹明B的光催化降解实验中,降解效率能够达到99%;并且在5次循环实验中,CdS/MoS2二元异质结的催化活性没有明显的衰减。
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