功能材料

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《功能材料》编辑部

功能材料. 2022, 53(3): 0.

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大粒径自消光核-壳丙烯酸树脂涂饰剂的合成与表征

彭豪, 魏欢, 向均, 陈意, 范浩军

功能材料. 2022, 53(3): 3001-3010. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.001

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以半连续投料法,通过种子乳液聚合-三次连续核长大-壳聚合的方式制备了具有核-壳结构、大粒径自消光丙烯酸树脂乳液。研究了不同投料方式对种子乳胶粒粒径的影响,探索了乳胶粒粒径连续长大的方法,同时还研究了乳胶粒粒径、乳胶粒的核-壳结构以及交联度等因素对丙烯酸树脂涂层消光性能的影响。结果表明,半连续法投料方式能够得到较大粒径的种子乳胶粒,控制乳化剂浓度和单体浓度使得种子乳液聚合遵循低聚物成核机理,并且反应中乳胶粒长大占据主导,从而得到大粒径的种子乳胶粒(200 nm左右)。种子乳胶粒经过3次长大后,粒径可达到700 nm左右,最后经过壳聚合反应,核-壳乳胶粒粒径进一步增大至800 nm左右。不同乳胶粒粒径、核-壳结构、交联度对涂层光泽产生重要影响,大的乳胶粒粒径使得涂层产生球形粒子状微粗糙表面,涂层光泽度降低;软核-硬壳结构导致成膜时乳胶粒变形困难,也可提高涂层表面粗糙度和消光度;壳层交联使得壳层结构致密度上升,自由度降低,乳胶粒难以变形和融合,涂层粗糙度进一步提高,光泽度进一步降低,最终所制备的皮革涂层光泽度可调控至1.2°。

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NaYF₄:Yb,Tm@TiO₂复合催化剂光催化降解盐酸四环素

饶涵, 马永梅, 李思悦

功能材料. 2022, 53(3): 3011-3019. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.002

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抗生素的广泛应用以及难降解特性对生态环境造成极大危害,如何高效经济地去除抗生素残留成为当前研究的热点和挑战。利用水热法制备了多波段光响应的复合催化剂NaYF₄:Yb,Tm@TiO₂用于高效光催化降解抗生素。复合催化剂中的上转换材料可将近红外光转换为紫外光,协同用于对盐酸四环素(TC)的高效降解。为了进一步提升复合催化剂对盐酸四环素的降解效率,研究了催化剂浓度、盐酸四环素溶液浓度及溶液pH对光催化降解效率的影响。结果显示,盐酸四环素的降解过程符合拟一级动力学方程,在复合催化剂浓度为0.67 g/L、盐酸四环素溶液浓度为10^-5 mol/L、pH值=6时,光催化降解效率最佳,降解速率常数最大,为0.105。研究揭示了上转换材料改性的复合光催化剂可以有效地利用不同波段的太阳光实现对抗生素等环境污染物的高效降解,有利于水环境的保护。

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氧化物反铁磁Cr₂O₃薄膜的研究进展

马秀梅

功能材料. 2022, 53(3): 3020-3025. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.003

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氧化物反铁磁Cr₂O₃薄膜在自旋电子学器件中有着广泛的应用。重点论述了反铁磁Cr₂O₃的早期基础性研究,以及反铁磁Cr₂O₃薄膜在交换偏置和磁电效应方面的研究进展。最后指出了氧化物反铁磁Cr₂O₃薄膜研究中存在的部分问题,并展望了它的发展前景。

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新型杂化纳米膜材料的制备及性能

鲍晨, 郭宸宇, 光善仪, 徐洪耀

功能材料. 2022, 53(3): 3026-3030. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.004

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选用紫外光引发剂,利用点击反应将聚乙二醇(Mn;2000)双丙烯酸酯(polyethylene glycol 2000 diacrylate,PEGDA-2000)以及N-乙烯基吡咯烷酮(N-Vinyl-2-pyrrolidone,NVP)接枝到POSS-SH,方便快速的制备了无色透明的高弹态的交联体聚合物薄膜。此聚合物薄膜对某些溶剂具有一定的吸液性能,并计算了其吸液率和吸液速率;其热稳定性T_d5%达到300 ℃;此聚合物是一个疏水亲油型薄膜,在中性和酸性环境下具有更好的稳定性和耐久性;制备的疏水亲油型复合滤布的油品通量的临界点出现在17 s,此时油水混合物的临界点前的平均油品通量为15651 L/m²h ,分离效率达到了96%。

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UiO-66-X改性聚酰胺纳滤膜及应用

李鹿, 邓慧宇, 邦宇, 陈庆春, 金天翔, 那兵

功能材料. 2022, 53(3): 3031-3038. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.005

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为构建反“trade off”效应纳滤膜,分别考察了金属有机框架材料UiO-66-NH₂和UiO-66-(COOH)₂对聚酰胺纳滤膜的改性效果。结果表明,两者的引入均能增强膜的亲水性,提高水通量和抗蛋白质吸附性能。与预期脱盐效果不同,和不加MOFs的聚酰胺纳滤膜相比,当UiO-66-(COOH)₂用量为0.01~0.03 g时,膜对MgCl₂的脱除率基本保持不变,但是对Na₂SO₄的脱除率明显下降。换用UiO-66-NH₂后,其用量处于0.01~0.04 g时,则能使膜对MgCl₂和MgSO₄的脱除率基本不变,同时增大通量。并且,含有UiO-66-NH₂膜的通量明显高于含有UiO-66-(COOH)₂的纳滤膜。当UiO-66-NH₂用量为0.03 g时(NF-NH₂-3),MgCl₂和Na₂SO₄的脱除率分别达到83%和95%,通量约为40.7 L/(m²·h),是不加MOFs膜的2.6倍。将NF-NH₂-3用于去除水中双酚A,脱除率约为93%。预示该膜在硬水软化,含内分泌干扰化合物的废水处理等领域具有良好应用前景。

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羟基磷灰石微球的制备及生物医学应用

王雪峰, 牛小连, 秦苗, 魏延, 韩志军, 黄棣

功能材料. 2022, 53(3): 3039-3047. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.006

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羟基磷灰石微球具有独特的球形结构,形态规则,流动性好,比表面积大,表现出良好的生物相容性和生物活性,在生物医学领域有着广泛的应用。总结了羟基磷灰石微球的不同制备方法,如模板法、水热法、喷雾干燥法、微乳液法、沉淀法等,分析了不同制备方法对羟基磷灰石微球形貌、尺寸、结晶度等的影响,讨论了不同方法下羟基磷灰石微球形成机理。最后介绍了羟基磷灰石微球在药物缓释、骨组织修复、环境净化、生物分子分离等生物医学领域的应用进展。

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二维材料MXene的制备与电学性能研究进展

王杰, 郝玮, 胥生元, 谢克锋, 高文生

功能材料. 2022, 53(3): 3048-3057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.007

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具有层状结构的二维过渡金属碳/氮化物材料(MXene)因其优良的导电性、良好的亲水性以及丰富的表面化学结构得到了大部分研究者的关注。着眼于MXene的先进制备方法及过程展开综述,同时综述了其在电学方面(包括超级电容器,电池材料和电催化)的研究进展。在MXene超级电容器中相较于普通水系电解液,有机电解液或离子电解液往往可以提供更高的输出电压,进而产生更高的能量密度,同时溶剂的化学性质对MXene中分子/离子的排列也有着极大的影响。于MXene基电池材料而言,通过改变MXene薄片组装方式与电极制造方法制备的分层结构可以防止聚集再堆积,而引入阳离子空位的方法也可有效提高其作为电池材料时的性能。此外还论述了几种改善MXene基材料电催化水分解反应性能的策略。旨在综述MXene的制备,结构及其在电学方面的应用与优化,并对未来可研究的方向与可能面临的挑战进行探讨。

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二维MXene材料在气体传感器领域的应用进展

尹优优, 刘晨辉, 王访, 杨黎, 韩艾彤, 高冀芸

功能材料. 2022, 53(3): 3058-3065. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.008

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MXene材料是由前过渡金属碳、氮化物组成的无机化合物,二维MXene及其复合材料具有类石墨烯层状结构、高比表面积、优异的导电性和丰富的表面活性位点,近年来在材料领域成为研究热点。本文聚焦二维MXene材料在气体传感器领域的应用前景,从MXene和气敏性能等角度进行了综述,重点对MXene及其(无机/有机)复合材料用作气敏材料的制备方法和传感器性能进行了综述,并提出了二维MXene用于气敏领域在材料设计策略、敏感机理等方面存在的机遇和挑战,为该类新兴材料在气敏领域的潜在应用提供借鉴。

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卡拉胶水凝胶在生物医学领域中的应用进展

刘盼盼, 张书俐, 高莉, 王海宾, 郭建峰, 黄晶晶, 刘琳琳

功能材料. 2022, 53(3): 3066-3073. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.009

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卡拉胶(Carrageenan, CG)是从红海藻中提取的一类天然硫酸酯多糖,具有优异的生物相容性、生物降解性、抗氧化、抗病毒和抗肿瘤等特性,是一种可靠的绿色基质。以卡拉胶为基底,通过与其它生物材料的结合以及物理或化学交联等交联方式制备的具有各种结构和性质(机械强度、凝胶性质和细胞亲和力)的水凝胶,可以广泛应用于生物医学领域。综述了几种形式的卡拉胶水凝胶以及其在药物递送、创面愈合、组织工程、生物智能传感方面的应用进展,为卡拉胶在生物医学领域的发展提供理论依据。

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原子转移自由基聚合可控制备聚合物刷及其最新应用进展

袁玉卡, 刘玉冬, 华静

功能材料. 2022, 53(3): 3074-3083. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.010

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刷状聚合物是一类独特的聚合物分子,具有低粘度、高流变性、良好的溶解性及大量末端官能团等特性,在生物医学及先进材料设计等领域潜力巨大。原子转移自由基聚合(ATRP)作为一种温和、通用、强大的活性可控聚合技术,在合成聚合物刷中得到了非常广泛的应用。因此,通过ATRP技术对聚合物的分子结构进行设计,制备出结构明确、性能新颖的聚合物刷对于探索新型功能材料方面日益重要。综述了ATRP技术制备聚合物刷的最新研究进展及其在设计与制备结构可控的各种先进材料方面的应用,并对ATRP法制备聚合物刷的方法、聚合物刷的性能及应用做出了重点介绍。

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Na₂SO₄/Na₂SiO₃复掺激发富镁镍渣-粉煤灰基地质聚合物的微观结构及性能研究

封春甫, 刘云, 刘洋, 杨圣玮, 王觅堂

功能材料. 2022, 53(3): 3084-3091. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.011

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通过扫描电镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和压力试验机,探究Na₂SO₄/Na₂SiO₃复掺激发剂对富镁镍渣-粉煤灰基地质聚合物强度、微观形貌及网络结构的影响。结果表明,利用正交实验法确定的最优试验方案,即粉煤灰掺量为30%、Na₂SO₄掺量为5%、水灰比为0.34制备的富镁镍渣-粉煤灰基地质聚合物试件养护28 d龄期的抗压强度可达27.5 MPa,与Na₂SiO₃激发制得的试件相比,其抗压强度提高了24.4%。在初期地质聚合反应中,Na₂SO₄的掺入延缓胶凝速率,随着养护龄期的延长,Na₂SO₄与体系中CaO反应消耗Ca²⁺,生成NaOH增加反应环境的碱度,使得活性SiO₂和Al₂O₃大量溶出,水化反应进程有所加快,起到协同激发的效果。SO^2-₄的不对称伸缩振动,导致体系出现“移峰”现象,系统中[SO₄]基团取代[SiO₄]基团,加速活性氧化铝的溶解,生成大量针状和板条状钙矾石(AFt),并促进钠镁铝硅酸盐凝胶(N-M-A-S)的形成。

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溶胶-凝胶法工艺参数对铜锌锡硫薄膜质量及性能影响研究

王近, 袁妍妍, 王久和, 李涛, 张琳

功能材料. 2022, 53(3): 3092-3099. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.012

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以乙酸铜(Cu(CH₃COO)₂·H₂O)、乙酸锌(Zn(CH₃COO)₂·H₂O)、氯化亚锡(SnCl₂·2H₂O)、硫脲(CH₄N₂S)为原料,按一定配比制得前驱体溶液,以三乙醇胺(C₆H₁₅NO₃)、乙醇胺(C₂H₇NO)为稳定剂采用溶胶-凝胶法旋涂制备铜锌锡硫(Cu₂ZnSnS₄)薄膜。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱分析(EDS)、紫外-可见-近红外分光光度计表征手段对薄膜的表面形貌、物相结构、成分组成和光学性能等进行分析。研究烧结温度、旋涂转速、稳定剂加入等工艺参数对铜锌锡硫(CZTS)薄膜的形貌、物相结构及光学性能的影响规律。结果表明,前驱体溶液浓度为0.2 mol/L,旋涂速度为1 000 r/min,时间为10 s,烧结温度为280 ℃时,得到了符合Cu₂ZnSnS₄相结构的薄膜样品;而浓度为0.3 mol/L,旋涂速度为3 500 r/min,时间为15 s,增添乙醇胺(MEA)的稳定剂,烧结温度为260 ℃制备出的CZTS薄膜在表面相貌上有较大改善,其中添加1.5 mL三乙醇胺(TEA)及乙醇胺(MEA)稳定剂制备的CZTS薄膜形貌呈颗粒状,薄膜的表面均匀性提高,但薄膜的结晶质量不如0.2 mol/L溶液制备的样品,薄膜中Sn、S元素的流失而导致其他相的生成使得薄膜的带宽偏大。此外,样品的结晶随烧结时间延长而逐渐变好,但是没有大尺寸晶粒生成。

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温度响应性Fe@PNIPAM泡沫的制备及油水分离性能研究

郭丰昱, 张芮, 李晴, 来婧娟, 安鹏, 武元鹏, 李振宇, 赵春霞, 向东, 李辉, 王斌

功能材料. 2022, 53(3): 3100-3107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.013

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以泡沫Fe为基底,通过简单的一步自由基聚合法,将温敏性聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)修饰到泡沫铁基底表面,制备了表面润湿性可控的温度响应性油水分离材料。当体系温度低于临界溶解温度(LCST)时,材料表现出超亲水性,其水接触角为0°;当体系温度高于LCST时,材料表面呈疏水性,其水接触角可达135.2°。在外界温度调控下,材料能够实现温敏型油水可控分离。同时,还兼具磁响应性能,能够用于远程磁控油水分离。分离过程中材料具有较高通量且能够实现对多种油水混合物快速高效分离,其分离效率高于98.1%。

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Fe₃O₄@C纳米颗粒的界面改性及药物输运性能研究

曾颖怡, 龙华, 卫国英, 吴琼

功能材料. 2022, 53(3): 3108-3114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.014

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Fe₃O₄纳米颗粒以其优异的磁性能,良好的生物相容性等优点,被广泛应用于药物输运系统。但是Fe₃O₄纳米颗粒表面如果不加以修饰容易发生团聚,影响其应用性能。通过水解反应包覆SiO₂层,再通过水热反应包覆碳层,最后刻蚀掉SiO₂,形成了一种Fe₃O₄@C核壳结构纳米材料。采用FT-IR、TEM、紫外-可见光吸收光谱分析(UV-Vis)、振动样品磁强计(VSM)对Fe₃O₄@C纳米颗粒的结构、形貌和磁性能进行了表征分析,研究了Fe₃O₄@C纳米颗粒的界面改性及相关特性。研究结果表明这种复合界面改性的Fe₃O₄@C对Fe₃O₄的磁性能影响较小,Fe₃O₄的比表面积和药物的负载率均提升,对药物盐酸阿霉素负载率达到了98.9 %。还研究了复合界面改性的Fe₃O₄@C在不同pH值环境下的药物释放行为,探究了pH值作为控释药物“开关”的可能性。

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改性g-C₃N₄掺杂聚氨酯涂层的制备及其耐腐蚀性能研究

艾信志, 董兵海, 陈泽胜, 吴聪聪, 赵丽, 王二静, 万丽, 李文路, 王世敏

功能材料. 2022, 53(3): 3115-3123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.015

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通过硅烷偶联剂(OTS)对g-C₃N₄改性,将改性g-C₃N₄与聚氨酯共混后制备出改性g-C₃N₄/聚氨酯复合材料,研究不同质量分数的改性g-C₃N₄对改性g-C₃N₄/聚氨酯复合材料的耐腐蚀等性能的影响。利用红外光谱、X射线衍射能谱、X射线光电子能谱、粒径分析对g-C₃N₄的结构和性能进行了表征,同时利用接触角分析、扫描电镜、透射电镜、以及电化学对复合材料的形貌和性能进行了一系列的表征。结果表明,g-C₃N₄改性后分散性增强,平均粒径由682 nm降低为118 nm;改性g-C₃N₄掺杂使聚氨酯疏水性增强,接触角提高25°;改性g-C₃N₄/聚氨酯复合材料的耐腐蚀性能随着改性g-C₃N₄质量分数的增加,呈现先增大后减小的趋势,当改性g-C₃N₄质量分数为3%时,复合材料的耐腐蚀性能提升最大,耐酸性可提升58.74%,耐碱性可提升46.34%。

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Mn含量对NdFeB磁体表面Al基防护涂层性能影响的研究

李慧, 鲁飞, 刘树峰, 张帅, 温永清, 刘小鱼

功能材料. 2022, 53(3): 3124-3129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.016

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采用等离子喷涂工艺在烧结NdFeB磁体表面喷涂不同Mn含量(Mn=0~30%(质量分数))的Al基防护涂层。利用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度仪和多功能材料表面性能测试仪分析涂层物相组成、表面堆积状态、硬度和结合强度;采用动电位极化曲线和中性盐雾腐蚀试验测试涂层耐腐蚀性能,研究Mn含量对涂层防护性能的影响。结果表明,随着Mn含量的增加,涂层中硬脆Al-Mn系金属间化合物相逐渐增多,导致涂层硬度增加,高锰含量w(Mn)=25%,30%(质量分数))涂层表面出现裂纹。其中Mn含量为20%(质量分数)的喷涂防护涂层表面致密,无明显裂纹、孔隙缺陷,硬度值为400 HV以上,结合力>19 N,耐盐雾腐蚀时间达300 h,可以满足磁体表面高强耐蚀涂层防护需求。

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介孔Ag/CeO₂材料结构及湿式催化氧化性能研究

梁慧, 李长波, 赵国峥, 王硕, 许洪祝, 付玉婷

功能材料. 2022, 53(3): 3130-3135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.017

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以硝酸铈、硝酸银为原料,嵌段聚合物F127为模板剂,采用微波辅助软模板法制备了不同Ag负载量的介孔Ag/CeO₂复合材料。对材料进行XRD、N₂吸附-脱附、XPS、SEM以及EDS表征分析。结果表明,Ag/CeO₂复合材料属于介孔结构,具有较大的比表面积,存在Ce³⁺、Ce⁴⁺,Ag离子均匀负载于CeO₂表面。考察了影响苯酚催化降解的多个因素。在65 ℃初始pH值为6时、投加Ag/CeO₂(a)催化剂2 g/L、H₂O₂ 1 mL对100 mg/L苯酚COD去除率可达79.19%,5次使用后催化效果仍可达50%以上。

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P掺杂Co₉S₈@VS₂纳米管阵列的制备及其水性锌离子混合超级电容器性能研究

张浩, 刘梦洁, 钱惠, 张惠

功能材料. 2022, 53(3): 3136-3145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.018

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近年来,二硫化钒(VS₂)作为一种具有二维层状结构的高表面活性的过渡金属硫化物而广泛地应用在锌离子电池(ZIBs)正极材料中。然而,VS₂的生长堆叠问题和低能量密度严重阻碍了其在储能设备中的应用。通过在Co₉S₈纳米管阵列(NTAs)表面包覆生长P掺杂VS₂纳米片的方式构建一种具有核壳异质结构的Co₉S₈@P-VS₂ NTAs,从而有效地避免了大块VS₂纳米片的堆积生长,使得层状VS₂被分散包覆在纳米管的表面;而且P掺杂增强了Co₉S₈纳米管与VS₂纳米之间异质结的导电性,提升了其比容量,进而提高了能量密度。因此,得益于纳米核壳结构与P掺杂改性的协同作用,制备的Co₉S₈@P-VS₂ NTAs在作为电容型正极与电池型锌负极组装成新型的锌离子混合超级电容器(ZHSCs)后获得了优异的电化学储能性能。前驱液中的磷源加入量为30 μL/35 mL,2 mol/L ZnSO₄水系电解质中,Co₉S₈@P-VS₂ NTAs(Co₉S₈@P-VS₂-30 NTAs)获得了一个高达6.72 F/cm²的超高面积比电容(电流密度:2 mA/cm²),远高于Co₉S₈@ VS₂ NTAs (2.98 F/cm²);在1.6 W/cm²的功率密度下,其能量密度可以达到2.39 mWh/cm²;并且在1 000个循环充放电后,其面积比容量仍能保持为初始比电容的74.26%,具有良好的循环稳定性。

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SrMAlO₄ (M=La、Y)掺杂BNT基无铅压电陶瓷的结构与电致应变性能研究

赵桂媛, 王娣, 刘润政, 郑永卓, 吕蓉娜, 郝继功, 李伟

功能材料. 2022, 53(3): 3146-3152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.019

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近年来,钛酸铋钠(BNT)基压电陶瓷材料因其独特的场致相变效应表现出巨大电致应变响应,并在驱动器方面展现出巨大应用潜力。采用传统固相合成工艺制备了具有优异电致应变性能和温度稳定性的(Bi_0.5Na_0.5)_0.935Ba_0.065TiO₃-xSrMAlO₄ (xSrMAlO₄, M=La、Y)系无铅压电陶瓷材料,并研究了SrMAlO₄ (M=La、Y)组元对陶瓷相结构及电性能的影响。SrMAlO₄组元的引入促使陶瓷的相结构由三方-四方共存相向单一伪立方相转变,并破坏了基体材料的铁电有序性,诱导出弱极性相,进而大幅度提高了材料的电致应变性能。当SrMAlO₄掺杂含量为0.9%(摩尔分数)时,材料获得了最佳的电致应变性能:70 kV/cm电场下,其单向应变值分别为0.39% (M=La)和0.44% (M=Y),对应大信号d^*₃₃常数分别为557 pm/V (M = La)和629 pm/V (M = Y),高应变响应来源于电场驱动下弱极性态到铁电态的转变。此外发现,经0.9%(摩尔分数) SrMAlO₄ (M=Y)改性的陶瓷材料在室温至100 ℃之间表现出优异的温度稳定性,在驱动器等器件方面展现出良好的应用潜力。

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SOFC阴极材料La_0.7Sr_0.3Co_1-xFe_xNi_0.1O_3-δ的制备及其电化学性能探究

倪洋, 李松波, 安胜利, 杜旭, 薛良美

功能材料. 2022, 53(3): 3153-3157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.020

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采用溶胶-凝胶法制备了La_0.7Sr_0.3Co_1-xFe_xNi_0.1O_3-δ(x=0.3~0.6)系列阴极粉体。使用扫描电镜(SEM)观察了粉体形貌,并采用X射线衍射(XRD)和热膨胀仪对其物相结构及热膨胀性能进行探究,发现随着Fe元素掺杂量的增加,晶体结构未发生变化且热膨胀系数下降。进一步对材料进行了电导率测试以及电化学阻抗谱测试。结果表明当Fe的掺杂量为0.4时,电导率达到峰值,400 ℃时为332.71 S/cm。此外,La_{0. 7}Sr_{0. 3}Co_0.5-Fe_0.4Ni_0.1O_3-δ的电化学阻抗谱表明在800 ℃时,极化电阻为0.55 Ω cm²,具有成为IT-SOFC阴极材料的潜力。

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具有近室温磁热效应的Fe₇₁Mo₉P₁₃C₇块体非晶态合金

高梦琦, 吴克楠, 李强, 霍军涛, 穆保霞, 马旭

功能材料. 2022, 53(3): 3158-3161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.021

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通过Fluxing提纯处理和J-Quenching快速凝固技术相结合的方法成功制备出临界尺寸为1.3 mm的Fe₇₁Mo₉P₁₃C₇块体非晶态合金棒,并对其热力学性能、磁性能和磁热性能进行了研究。结果显示,Fe₇₁Mo₉P₁₃C₇块体非晶态合金的饱和磁化强度为0.55 T;在5 T外加磁场下的最大等温磁熵变值为2.57 J/(kg·K),制冷能力为305.57 J kg。重要的是Fe₇₁Mo₉P₁₃C₇块体非晶态合金的居里温度为355 K,接近室温,因此有望成为室温磁制冷工质的候选材料。

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静电纺丝法制备PLA/rGO纳米纤维膜及其在油水分离中的应用

杜国勇, 段艺, 袁巧, 胡四维

功能材料. 2022, 53(3): 3162-3166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.022

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使用改进的hummers法制备了氧化石墨烯,并用抗坏血酸还原了氧化石墨烯制备了具有疏水性能的rGO。使用静电纺丝的方法制备了PLA/rGO纳米纤维膜,探究了rGO的加量对PLA纳米纤维膜疏水性的影响。PLA/rGO纳米纤维膜的红外光谱与拉曼光谱图表明PLA与rGO为物理混合,在静电纺丝的过程中没有发生化学变化。研究发现在rGO加量为0.14%时,纳米纤维膜的接触角从118°增加到了139.2°,并且实验证明此膜具有良好的耐酸碱能力,滴定不同pH的溶液时,此膜的接触角均能达到125°以上。从油水分离实验发现PLA/rGO纳米纤维膜的油通量能达到141.3 L/(m²·h),油水分离效率能达98.6%。

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BPA-PA酚醛环氧树脂导电胶的合成与性能研究

郭睿, 李平安, 赵云飞

功能材料. 2022, 53(3): 3167-3174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.023

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以双酚A多聚甲醛酚醛树脂(BPA-PA酚醛树脂)和环氧氯丙烷为原料,通过亲核取代反应得到BPA-PA酚醛环氧树脂。采用FT-IR、¹HNMR进行结构确证。通过单因素和正交实验得到BPA-PA酚醛环氧树脂的最佳合成工艺条件:在环氧氯丙烷用量为80 g,催化剂用量为0.5 g,反应温度为80 ℃,反应时间为3 h,10%(质量分数)NaOH用量为15 g条件下,环氧值达到0.565。然后结合非等温DSC 、T-β外推直线和FTIR分析研究了最佳固化工艺条件。最后以BPA-PA酚醛环氧树脂为基体树脂,加以导电填料和助剂,制备出中温型导电胶。对其导电胶进行拉伸剪切强度、体积电阻率、热重和扫描电镜测试分析。结果显示:自制BPA-PA酚醛环氧树脂导电胶拉伸剪切强度达到17.04 MPa、体积电阻率达到8.65×10^-4Ω·cm、残碳量达到65.28%。相对市售E-51环氧树脂所制导电胶,自制BPA-PA酚醛环氧树脂导电胶拉伸剪切强度提高2.59 MPa,体积电阻率降低2.65×10^-4Ω·cm,残炭量提高3.88%。

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单锂离子聚合物固态电解质的制备及高温电化学性能研究

张锦芳, 王媛媛, 刘荣, 张根廷, 李晓峰

功能材料. 2022, 53(3): 3175-3179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.024

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以聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMEM)为PEO基体,通过自由基聚合反应接枝2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPS)单体,并用氢氧化锂溶液进行锂化反应,最后得PEGMEM-co-AMPS-Li单离子聚合物固态电解质。PEGMEM为锂离子提供迁移路径,接枝单体AMPS可有效抑制PEGMEM中氧乙烯(EO)链段的结晶,同时将锂离子引入到共聚物中形成单离子电解质。该电解质具有良好的锂离子迁移数和电化学窗口,且与正负电极接触表现出良好的界面相容性,展现了高性能单离子聚合物电解质在提升锂离子电池安全性及倍率循环稳定性上潜在的应用价值。

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纳米石墨改性石蜡相变微胶囊的制备及性能表征

张云峰, 兰志兴, 张璐, 刘鹏

功能材料. 2022, 53(3): 3180-3185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.025

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以石蜡为芯材,聚砜为壳材,纳米石墨为改性剂,采用溶剂挥发法制备了纳米石墨改性石蜡相变微胶囊。通过SEM、FT-IR、DSC、TGA等对相变微胶囊进行表征,研究添加不同剂量纳米石墨对相变微胶囊的表面形貌、化学结构、相变特性、热稳定性以及包裹率的影响。结果表明,当纳米石墨添加量为1.5%时,微胶囊的整体性能最好,平均粒径为326.6 μm,熔化温度和熔化焓为29.87 ℃和94.00 J/g,结晶温度和结晶焓为23.61 ℃和92.95 J/g,微胶囊的包裹率为61.46%,具有良好的热稳定性。

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高温热还原石墨烯气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽复合材料

张伊帆, 陆承志, 杨雪勤, 唐滋成, 刘勇, 张辉

功能材料. 2022, 53(3): 3186-3192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.026

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以氧化石墨烯(GO)水分散液为原料采用简单的一步水热还原法制备了石墨烯水凝胶,通过定向冷冻和常规冷冻两种冷冻方法,冷冻干燥后制得了两种不同结构的石墨烯气凝胶,在不同温度下进行热退火处理,采用真空辅助浸渍回填法制备了不同结构热退火石墨烯气凝胶/环氧树脂复合材料。研究结果表明,在石墨烯含量仅为0.16 %(质量分数)下,1600 ℃热处理各向异性石墨烯气凝胶/环氧树脂(TAGA/EP)复合材料径向上的EMI SE达到32 dB,可应用于工业或商业用电子产品。同时,三维石墨烯骨架的引入,复合材料的压缩强度和储能模量均比纯环氧树脂有较大的提高。该研究为具有高效电磁屏蔽效能的树脂基复合材料的制备提供了一种简便、绿色可行的方案。

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有机极性小分子/ACM复合体系氢键结构和阻尼性能分子动力学模拟

陈小雨, 王振慧, 刘海波, 赵星, 邢安, 范保艳, 刘晓燕

功能材料. 2022, 53(3): 3193-3198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.027

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采用分子动力学模拟对受阻酚AO-70/丙烯酸酯橡胶(ACM)和受阻胺GW-622/ACM体系的氢键结构和阻尼性能进行研究。AO-70与ACM的溶解度参数更接近,AO-70/ACM体系更稳定,其相容性优于GW-622/ACM体系。径向分布函数和氢键分析表明有机极性小分子/ACM复合体系中均存在分子间和分子内氢键,随AO-70和GW-622含量增多,产生的氢键数目增加,成键概率增大。AO-70和GW-622含量相同时,分子间氢键数量相同,但AO-70与ACM的相容性更佳,AO-70/ACM体系阻尼性能更优。有机极性小分子/ACM复合体系中分子间氢键数量增多,自由体积分数降低,内聚能密度增加,链段更密集,断、成键过程能耗增加,阻尼性能提升。模拟结果可为高阻尼复合材料氢键结构与阻尼性能关系的相关研究提供参考。

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中空玻璃微球/丁腈橡胶-聚氯乙烯复合材料的隔声性能研究

赵学雷, 蔡俊, 秦铭, 常崇轩, 霍志保

功能材料. 2022, 53(3): 3199-3205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.028

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以丁腈橡胶(NBR)和聚氯乙烯(PVC)为基体材料,中空玻璃微球(HGM)为填料,通过熔融共混法制备了HGM/NBR-PVC复合材料。采用SEM和万能材料试验机对HGM/NBR-PVC的结构形态和力学性能进行测试;利用四通道阻抗管系统对隔声性能进行测试,并进一步分析了材料的隔声机理。研究结果表明,HGM的添加能有效提高NBR-PVC复合材料的隔声性能,其添加量和粒径均对复合材料的隔声性能有显著性影响。材料的隔声性能和弹性模量随着HGM含量的增加而提升,添加量为40 g时隔声效果最好;而材料的隔声性能和弹性模量随着HGM粒径的增大均逐渐降低。当HGM添加量为40 g,粒径小于40 μm时,复合材料的隔声性能最佳,平均隔声量达31.6 dB。

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热处理工艺对HOVF制备磁致伸缩涂层组织及性能的影响

戚青丽, 沈功田, 郑阳, 潘晴川, 黄松岭

功能材料. 2022, 53(3): 3206-3209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.029

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采用超音速火焰喷涂方法制备Fe-Ga磁致伸缩涂层作为磁致伸缩导波传感器的敏感性元件。研究300 ～700 ℃不同热处理温度对Fe-Ga涂层质量的影响,采用SEM、XRD和磁致伸缩测试仪研究热处理过程中涂层的微观组织和性能变化。结果表明,退火过程中,Fe-Ga涂层保持单一的A2相结构,300～600 ℃温度范围内颗粒中的变形晶粒逐渐发生了回复再结晶,到700 ℃发生完全的回复再结晶;磁致伸缩性能随热处理温度的升高而升高,对应地饱和磁场逐渐降低,700 ℃退火后磁致伸缩达46×10^-6。研究表明,适当的退火处理工艺可以改善磁致伸缩性能,对制备高效换能材料具有一定的指导意义。

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rGO-AuNPs/n-Si的肖特基接触特性研究

段瑾瑜, 张会, 李亚鹏, 冯俊俊, 蒲卓林, 王荟琪, 刘禹

功能材料. 2022, 53(3): 3210-3215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.030

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通过水热法制备了还原氧化石墨烯负载Au纳米复合材料(rGO-AuNPs),结合旋涂法,将其涂覆在单晶硅表面,制备出rGO-AuNPs/n-Si肖特基接触。结果表明, rGO-AuNPs的衍射峰以单质Au为主,存在较弱的石墨烯衍射峰,同时纳米Au粒子(Au nanoparticles,AuNPs)较均匀分布在石墨烯表面,表明成功合成了负载Au的还原氧化石墨烯。从电流-电压(Current-voltage,I-V)曲线可以看出rGO-AuNPs/n-Si肖特基接触具有整流特性。在负载量下,随着Au含量的递增,肖特基势垒高度增加,理想因子减小,但漏电流增大,可能是由于氧化石墨烯在还原过程中缺陷的存在,产生了隧道电流和镜像力,降低了肖特基势垒的横向均匀性。

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TEOS添加剂对PVDF膜形貌及性能影响

史泽, 李月婵, 高雪凇, 谢安

功能材料. 2022, 53(3): 3216-3220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.03.031

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以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,采用浸没沉淀相转化法(NIPS)制备了一系列聚偏氟乙烯(PVDF)膜以及正硅酸乙酯(TEOS)改性聚偏氟乙烯(PVDF)杂化膜材料。用扫描电子显微镜观察膜的形貌,并通过接触角、孔隙率、透水率等性能表征,考察了铸膜液浓度及TEOS添加剂对膜材料性能的影响。结果表明,与纯膜相比,加入正硅酸乙酯可以使杂化膜的综合性能提高。铸膜液浓度为17%,添加1%TEOS所制备的PVDF杂化膜,接触角为86.06°,孔隙率42.86%,透水率达到2.080 L/(m²·h),此时杂化膜的综合性能最佳。

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2022年, 第53卷, 第3期　刊出日期：2022-03-30

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