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2022年, 第53卷, 第4期　刊出日期：2022-04-30
  

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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(4): 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)
  • 镀银织物基Fe3O4/WPU发泡涂层复合材料电磁屏蔽性能研究
    杨晔, 丁红涛, 夏前军, 徐阳
    功能材料. 2022, 53(4): 4001-4005. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.001
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    为实现材料与结构协同增强织物电磁屏蔽性能,以镀银织物为基布,引入磁损耗材料Fe3O4,利用多孔结构,采用发泡涂层法制备镀银导电布基Fe3O4/水性聚氨酯(WPU)发泡涂层材料,探究Fe3O4添加量对涂层表观结构以及电磁材料协同和泡孔结构协同作用下复合材料的电磁屏蔽性能的影响。实验结果表明,当Fe3O4添加量不超过20%的情况下,Fe3O4在水性聚氨酯基体中分散性相对较好,泡孔孔径分布均匀,复合材料整体协同的电磁屏蔽性能在8.2~12.4GHz内高达85dB,较原基布提高了18%,体现较好的电磁屏蔽性能。
  • 新型GSH荧光传感材料的合成与性能研究
    王聪, 沈思平, 光善仪, 徐洪耀
    功能材料. 2022, 53(4): 4006-4010. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.002
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    以罗丹明B酰肼为荧光发光团,设计并合成了一种带有二硫键的荧光探针RNSS,该探针在乙腈与水溶液(v/v=1∶1)中可以特异性地识别谷胱甘肽(GSH)。通过红外光谱、核磁共振谱图、荧光光谱对探针的结构与性能进行表征与分析。实验结果表明,当向探针溶液中加入GSH后,在561 nm光的激发下,其在585 nm处出现明显的粉色荧光,并且其他氨基酸没有荧光响应,表明其具有良好的专一选择性以及抗干扰能力;同时探针对GSH的检出限为6.063×10-6 mol/L,说明其具有高灵敏性;经荧光光谱滴定曲线与Job-plot分析可知二者通过二硫键取代反应以1∶1的方式形成配合物。
  • TiO2负载MnFeOx催化剂的制备及常温催化氧化甲醛性能研究
    朱杰, 孙月吟, 顾名扬, 徐笠芮, 黄琼, 杨波, 赵云霞, 陈敏东
    功能材料. 2022, 53(4): 4011-4019. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.003
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    甲醛(HCHO)是室内空气的主要污染物之一,它严重影响了室内空气的质量,危害了人体的健康。常温催化氧化法是去除HCHO的有效方法,该方法能够在室温下将HCHO完全转化为CO2和H2O。然而目前的常温催化剂主要以贵金属催化剂为主,价格昂贵,并且不利于大规模的生产与应用。通过溶胶-凝胶法制备TiO2载体,以硝酸锰和硝酸铁为活性前驱物,通过浸渍、蒸发、烘干、焙烧的方式完成MnFeOx的负载,同时考察金属氧化物的负载量、摩尔比、焙烧温度等因素对催化剂常温催化氧化性能的影响。并利用BET、SEM、XRD、H2-TPR、O2-TPD、In-situ DRIFTS等技术对催化剂进行微观表征与分析。实验结果表明,当MnFeOx的负载量为10%(质量分数),n(Mn)/n(Fe)=4∶1,焙烧温度为350 ℃时,催化剂表现为最佳的常温催化氧化活性,48 h内甲醛的去除率达到87.6%。
  • 硫化铋@铁酸铜异质结的构筑及光触发抗菌性能研究
    韩秋阳, 于照晗, 何帅, 杨为中, 谢克难, 谢璐, 邓怡
    功能材料. 2022, 53(4): 4020-4027. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.004
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    病原体细菌感染引起的相关感染在世界范围内严重威胁着人类的生命安全健康。为解决该问题,研究构筑了一种由硫化铋(Bi2S3)与铁酸铜(CuFe2O4)共筑形成的近红外光触发的异质结功能材料体系Bi2S3@CuFe2O4,其通过Bi2S3与CuFe2O4之间的静电吸附作用力相结合。使用近红外光成像仪记录了材料在不同的近红外光功率下的升温曲线,验证了材料的光热效应;以1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)作为活性氧的捕获剂,验证了材料的光动力效应。结果表明,Bi2S3@CuFe2O4在近红外光的触发下能够有效地产生热量,单线态氧(1O2)与超氧根自由基(·O-2)。抗菌实验以革兰氏阴性大肠杆菌(E. coli)及革兰氏阳性金黄色葡萄球菌(S. aureus)作为模型菌,验证了该种材料体系在近红外光触发下的广谱抗菌能力。结果表明,在近红外光的触发下该种材料体系针对S. aureus和E. coli两种不同类别的细菌均具有良好的抗菌能力。研究为消灭细菌提供了一种新的思路,同时为拓展新型异质结功能材料的应用了奠定实验基础。
    • 综述·进展
  • 金属有机框架改性膜在废水处理中的应用进展
    李红林, 沈舒苏, 吴逸, 张干伟, 白仁碧
    功能材料. 2022, 53(4): 4028-4038. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.005
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    金属有机框架(MOFs)是具有多孔纳米结构的新型膜改性材料,因其复杂的几何形状、可调节的窗口尺寸、高的孔隙率以及优异的水热稳定性等特性,被广泛应用于废水处理,如水处理膜技术。本文以几种常用的MOFs纳米粒子为主,简述了MOFs独特的结构特点。介绍了MOFs改性膜在不同废水处理领域的最新应用进展,以不同MOFs纳米粒子改性膜的制备方法、分离效果和可能的分离机制等方面,分析了其在脱盐、重金属去除、染料去除和油/水分离等领域的重要作用。提出了MOFs改性膜在废水处理领域仍需解决的关键问题,并对MOFs改性膜的未来研究进行了展望。
  • 静电纺丝纤维力学性能提升方法及应用研究进展
    赵肖娟, 于嫚
    功能材料. 2022, 53(4): 4039-4047. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.006
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    静电纺丝技术是制备一维材料最有效的方法之一,其操作简便且成本低廉。可制备具有多种成分、结构和性能的纳米纤维。但由于纤维内部组分取向性差、界面相互作用弱以及纤维之间接触微弱等因素导致静电纺丝纳米纤维力学性能普遍较弱,限制了其在很多领域的应用。近年来,研究工作者主要从增强单根纤维或纤维集的力学性能出发,发展了如纳米填充、交叉点焊接等有效提升纤维力学性能的方法。首先概述了静电纺丝纤维力学性能提升方法,并对强韧化机理、提升效果进行综述和总结。随后通过代表性的例子讨论了电纺纳米纤维的典型应用,包括分离过滤、电化学储能以及生物医学。最后对影响微纳米纤维膜力学性能的因素以及进一步提升力学性能的方法等方面进行分析和展望。
  • 石墨烯及其衍生物复掺纤维水泥基复合材料研究进展
    王思月, 王学志, 孔祥清, 贺晶晶, 辛明
    功能材料. 2022, 53(4): 4048-4057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.007
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    石墨烯(G)/氧化石墨烯(GO)以其优异的力学、导电以及导热性能在改善水泥基材料力学以及功能性等方面表现出良好的应用前景。然而,这些纳米材料在水泥基材料中难以分散,限制了它们在水泥基复合材料中的实际应用。近些年来,研究者们开始将纤维同这些纳米材料复掺到水泥基材料中,其分散性能得到了很大的提升。从材料在水泥基中分散问题、水泥水化过程、力学性能、功能性、耐久性能等5个方面系统地阐述了石墨烯及氧化石墨烯和其他纤维混杂对于水泥基复合材料的影响,对今后水泥基复合材料性能的提升具有指导作用。
  • 低介电聚合物材料的研究进展
    李晓丹, 何瑞, 刘宏宇
    功能材料. 2022, 53(4): 4058-4066. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.008
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    低介电聚合物材料因具有低介电常数、低介电损耗、耐热性力学性能良好等特点而被广泛应用于电子器件行业,随着5G通讯技术的飞速发展,传统的低介电聚合物材料制备方法已经面临淘汰。综述了近几年国内外低介电材料的研究,从基本理论出发列举了几种当下降低介电常数的主要方法:引入低极化基团、引入大体积分子或基团、引入多孔结构以及其它多种方法,并对低介电材料领域进行了展望和总结。
  • 银纳米线透明导电薄膜的制备及其性能优化
    陈伊男, 衷水平, 肖妮, 唐定
    功能材料. 2022, 53(4): 4067-4074. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.009
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    随着柔性光电子技术的不断发展,传统的脆性氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜材料已不能满足应用要求。银纳米线(Ag nanowires,AgNWs)透明导电薄膜因具有优异的导电性、透光性和机械性能,在柔性光电子器件中将具有广阔的应用前景。首先总结了AgNWs透明导电薄膜的成膜工艺方法,包括迈耶尔棒涂法、喷涂法、卷对卷涂布法、真空抽滤法和印刷法等。然后,从提高AgNWs透明导电薄膜的光电性能、稳定性、机械性能和与基材的附着力4个方面出发,介绍了各种性能优化处理工艺。最后,展望了AgNWs透明导电薄膜制备及性能优化的未来发展方向。
  • 钙钛矿太阳能电池中NiOx空穴传输层的研究进展
    梁英, 屈俊豪, 张淼, 周鹏, 李望南, 梁桂杰
    功能材料. 2022, 53(4): 4075-4087. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.010
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    半导体氧化镍(NiOx)价格便宜、空穴迁移率高、化学稳定性好且可低温制备,由其作为空穴传输层(HTL)制备的反式钙钛矿太阳能电池极具市场应用前景。NiOx HTL的制备与优化对电池器件的性能至关重要。系统介绍了钙钛矿太阳能电池中NiOx薄膜的制备工艺及其研究进展。阐述了O2-plasma、紫外、表面钝化等后处理方式对NiOx薄膜的缺陷态、表面化学状态以及材料功函数的调控影响。重点综述了掺杂(过渡金属、碱金属、稀土元素掺杂和元素共掺杂)对NiOx薄膜光学和电学性能以及器件光电性能的影响。最后对NiOx基钙钛矿太阳能电池的未来发展方向进行了展望。
  • 超高分子量聚乙烯纤维表面改性及其界面性能研究进展
    李露露, 韩立新, 王爽芳, 严成, 蒋干兵, 孙洁, 俞科静
    功能材料. 2022, 53(4): 4088-4096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.011
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    超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维因具有高化学稳定性,高机械性能和低成本等优点而成为理想增强材料之一。然而,规整的非极性分子链结构致使UHMWPE纤维结晶度高、与树脂基体之间几乎无化学键合,本文因而与树脂的粘合性差。为此已经进行了许多纤维表面处理的工作,如紫外辐射、等离子体处理、聚合物涂层等。主要从湿法化学改性和干法化学改性这两方面入手,总结归纳了目前超高分子量聚乙烯纤维的界面改性研究现状,从物理和化学两个方面揭示界面增强机理以及界面性能与复合材料力学性能的关系,为超高分子量聚乙烯纤维的界面结构设计和改性提供科学理论依据和技术指导。
  • 提升铁电材料光催化性能的途径
    窦金东, 陈龙斌, 饶伟锋, 张辉, 杨耀东
    功能材料. 2022, 53(4): 4097-4104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.012
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    光催化反应在降解有害污染物、转化温室气体、生产氢气、消灭有害菌等领域有重要的应用。近年来,具有自发极化的铁电材料被认为是一种新的候选者,其自发极化能产生内置电场,为光生载流子的传输提供驱动力。这一特性有望解决人们在光催化领域中所遇到的棘手问题:电子-空穴对的复合。也正因为具有这一特性,对铁电材料的光催化性能研究主要集中在了减少空穴和电子的复合。但实际上要提高光催化效率还需要通盘考虑整个催化过程,其中包括光子的吸收、光生电子空穴的分离迁移、终端反应这3个关键阶段。以上述光催化过程的三个阶段为着眼点,整理了近年的典型成果,梳理了在光催化的不同阶段提升铁电材料催化性能的有效手段,希望通过我们的总结能够为后续研究工作提供有益的参考。
    • 研究·开发
  • Nb掺杂对Nd0.6Sr0.4CoO3-δ的结构影响及电化学性能探究
    杜旭, 李松波, 安胜利, 倪洋, 薛良美
    功能材料. 2022, 53(4): 4105-4110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.013
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    通过溶胶凝胶法制备了Nb掺杂Nd0.6Sr0.4Co1-xNbxO3-δ钙钛矿氧化物,并将其作为阴极材料应用于SOFC领域。通过扫描电镜、X射线衍射及热膨胀仪探究了材料的微观形貌、物相结构以及热膨胀特性。实验结果表明,随着Nb掺杂量的增加,原结构由正交相向立方相转变;热膨胀系数也随之降低。通过电化学工作站对材料进行了电导率、电化学阻抗谱和单电池功率密度测试。测试结果表明Nb含量的增加降低了原结构的电导率。当Nb掺杂量达到0.06时,Nd0.6Sr0.4Co0.94Nb0.06O3-δ具有最低的极化电阻,800 ℃时为0.061 Ω·cm2;同时对其进行功率密度测试,在800 ℃时其功率为167.9 mW/cm2,具有良好的电化学性能,可作为中低温SOFC阴极材料。
  • 单面冻融环境下CBC相对动弹性模量预测模型
    何晓雁, 李毓佺, 秦立达, 张智鑫
    功能材料. 2022, 53(4): 4111-4116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.014
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    为了解水泥基复合材料(cement-based composite,CBC)在复杂冻融环境下耐久性能的劣化规律,采用单面冻融试验来评价水泥基材料在水和硫酸钠溶液中的耐久性,分别测试了其宏观性能(剥落量、相对动弹性模量)和微观孔结构参数(含气量、气泡间距系数、气泡比表面积、气泡平均弦长)。运用灰色关联理论,计算孔结构参数和相对动弹性模量的关联度以评价其对宏观性能的影响并建立了基于孔结构参数的相对动弹性模量预测模型。
  • 固溶时效处理对Cu-Al合金机械性能的影响研究
    王圣斌, 周少东
    功能材料. 2022, 53(4): 4117-4120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.015
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    以Cu-Al -Ni- Fe -Mn为研究对象,在固定固溶处理温度为900 ℃、固溶时间为1 h的条件下,通过改变时效处理温度,研究了不同时效处理温度对Cu-Al合金性能的影响。采用洛氏硬度计、SEM、电子万能试验机等对铜铝合金的洛氏硬度、微观形貌和力学性能等进行了分析。结果表明,随着时效处理温度的升高,Cu-Al合金的硬度、抗拉强度和断裂延伸率均先升高后降低,当时效处理温度为550 ℃时,Cu-Al合金的硬度达到了最大值45.2 HRC,抗拉强度和断裂延伸率分别达到最大值895.8 MPa和2.38%,时效处理效果最佳。形貌分析可知,随着时效处理温度升高到550 ℃,Cu-Al合金的硬质相和第二相粒子增多,沉淀强化的效果增强,且断口形貌的韧窝加深,位错滑移的难度增加,从而使Cu-Al合金的力学性能得到了显著改善。综合可知,Cu-Al合金的最佳时效处理温度为550 ℃。
  • 硅灰对偏高岭土基地聚合物防火涂料性能影响
    罗俊瑶, 李雪莹, 侯莉, 卢忠远, 李军
    功能材料. 2022, 53(4): 4121-4127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.016
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    地聚合物具有轻质、高强、低导热、耐火、防腐蚀等特性,是钢结构无机防火防腐涂料粘结剂的优良备选。以偏高岭土基地聚合物为主要胶凝材料制备了无机防火涂料,探讨了硅灰掺入对防火涂料结构和性能影响。研究结果表明,硅灰掺入可进一步降低防火涂料干密度和导热系数,但其力学性能和防火性能则有较大提高。此外,硅灰掺入大幅提高了防火涂料的粘结强度,避免了偏高岭土地聚合物薄型防火涂层表面开裂和剥落问题。质量比为1∶1的偏高岭土与硅灰制备的防火涂料综合性能最佳,涂料干密度619 kg/m3、导热系数0.1388 W/(m·K)、抗压强度6.1 MPa、粘结强度达0.4 MPa,燃烧1 h内防火涂层背火面最高温度不超过251 ℃。亚微米级硅灰颗粒堆积孔孔径较小,且可填充地聚合物基体大孔;另一方面,硅灰可参与地聚合反应,提高地聚合物凝胶硅铝比,增加凝胶相含量,使得掺硅灰偏高岭土基地聚合物防火涂料性能表现优异。
  • 漆酶/TEMPO体系氧化壳寡糖的制备及其抗脂质氧化效果的研究
    唐延东, 杨晓莉, 潘玙璠, 张方东, 侯庆喜, 裴继诚
    功能材料. 2022, 53(4): 4128-4134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.017
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    以壳寡糖(COS)为原料,利用漆酶/2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)体系对其进行选择性氧化,使其C6上的羟基变为羧基,制备出氧化壳寡糖(C-COS)。选取不饱和脂肪酸卵磷脂和亚油酸作为实验对象,进行自由基诱导的体外氧化实验。在加入COS和C-COS后,通过比较共轭二烯、丙二醛的生成量和过氧化值来考察COS和C-COS对脂质过氧化反应的抑制效果,并根据FT-IR和1H NMR谱图比较脂肪酸的结构变化。实验结果表明,C-COS的最大抗脂质氧化抑制率为87%,相较于COS本身有显著提高,提升量最大达到55%。推断C-COS抗脂质氧化的机理是其氨基与羧基的协同作用,氨基可以提供电子来捕获自由基,羧基可以螯合金属离子同时将更多的氨基暴露在糖链的外侧,进而更有效地保护不饱和脂肪酸。
  • 纳米Te的生物合成及其抗菌、催化性能的研究
    万光仪, 孙维良, 武超
    功能材料. 2022, 53(4): 4135-4141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.018
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    利用皮特不动杆菌(Acinetobacter pittii)在黑暗好氧条件下还原亚碲酸钠合成碲纳米棒(Te NRs),并用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X光谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、紫外可见光谱(UV-Vis)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)技术对合成的Te NRs进行表征,同时研究Te NRs的抗菌活性以及催化活性。结果显示,Acinetobacter pittii合成的Te NRs呈棒状,在210 nm左右处有最大吸收峰,以晶体形式存在;Te NRs处理细菌可产生明显的抑菌圈,且在SEM下观察到细菌表面凹陷、破裂;同时Te NRs能显著加速过一硫酸氢钾复合盐(PMS)降解罗丹明B(RhB)。研究表明Acinetobacter pittii合成的Te NRs对革兰氏阴性菌(Escherichia coli)和革兰氏阳性菌(Bacillus subtilis)有明显的抗菌活性,推测Te NRs通过破坏细菌细胞膜导致细菌凋亡;催化实验中Te NRs通过促进PMS产生硫酸根自由基(SO-4·)和羟基自由基(HO·),进攻C=N和C=O键和苯环,导致RhB加速降解。
  • 胶砂比对低钙固碳胶凝材料砂浆碳化硬化性能的影响
    畅祥祥, 刘松辉, 张程, 房晶瑞, 刘姚君, 赵松海, 管学茂
    功能材料. 2022, 53(4): 4142-4149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.019
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    为了降低生产高性能预制建材制品过程中二氧化碳的排放,用工业原料石灰石和砂岩在1 275 ℃煅烧制备了一种低钙固碳胶凝材料,研究了胶砂比(1∶0、1∶1、1∶2、1∶3)对低钙固碳胶凝材料碳化程度及砂浆早期碳化硬化性能的影响规律,并通过XRD、TG-DTA、FT-IR、SEM、纳米压痕、压汞仪等研究了碳化低钙固碳胶凝材料浆体与硅质河砂骨料的界面矿物组成、孔隙率及微观力学性能演变规律。结果表明,随着胶砂比的降低,固碳胶凝材料的碳化程度显著提高;而胶砂比为1∶1时砂浆的抗压强度最高,碳化养护24 h抗压强度达到46.9 MPa;继续降低胶砂比,砂浆的碳化硬化性能下降,可能与碳酸钙晶体在界面过渡区的富集有关。
  • 纳米CaCO3增韧混凝土复合材料的制备及机理研究
    辜琳然, 刘文娟, 熊欢, 吴汉美
    功能材料. 2022, 53(4): 4150-4154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.020
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    以纳米CaCO3作为掺杂填料,在普通硅酸盐水泥中掺入不同含量的纳米CaCO3(0,2%,4%和6%)(质量分数),制备出了一系列纳米CaCO3混凝土复合材料。对其晶格结构、微观形貌、孔隙分布、力学性能和抗碳化性能进行了分析表征,探讨了纳米CaCO3增韧混凝土复合材料的机理。结果表明,适量纳米CaCO3的掺杂,使混凝土复合材料的水化产物晶型更好、结晶度更高,表面变得更加致密化和均匀化,且有效降低了有害孔及多害孔的占比,提高了无害孔和少害孔的占比。当纳米CaCO3的掺杂含量为4%(质量分数)时,混凝土复合材料表面的改善效果最好,碳化深度最低为5.91 mm,抗压强度和劈裂强度均达到了最大值,分别为37.92和2.37 MPa。综合可知,纳米CaCO3的最佳掺杂比例为4%(质量分数)。
  • 钡铁氧体/石墨烯/二氧化硅柔性复合材料吸波性能的研究
    刘杰, 董子靖, 宋佳敏, 张昭环, 陈敏, 孙润军
    功能材料. 2022, 53(4): 4155-4161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.021
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    随着信息化时代的快速发展,各种各样的电子产品也被广泛地应用到生活与工作中,伴随其而来的电磁污染也成为日益严重的问题,具有“薄、轻、宽、强”的吸波材料得到了广泛的关注。采用机械混合法将钡铁氧体(BaFe12O19)、石墨烯(graphene)、二氧化硅(SiO2)进行混合,制备多元复合吸波剂,以水性聚氨酯为粘结剂,使用流延工艺制备多元复合吸收剂涂层织物,并分析其结构、形貌、机械以及吸波性能。结果表明,所制备的柔性吸波涂层织物在吸波剂配比为0.4(BaFe12O19-graphene)-0.6SiO2、吸波涂层厚度为1.2 mm时,最小反射损耗达到-14.58 dB,有效吸波带宽为0.94 GHz(12.91～13.58 GHz),具备涂层薄、吸波强度高、吸收频带宽、质量轻的潜质。
  • 表面多孔化Bi2Te3柔性薄膜的制备及热电性能研究
    刘帅, 薛家乐, 韩文静, 陈国祥, 刘迎港, 徐若君, 余历军
    功能材料. 2022, 53(4): 4162-4165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.022
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    柔性热电器件能够满足复杂环境的热量收集和转化需求,是目前研究的重要方向之一。但受制于材料电/声输运性能的强关联作用,柔性热电器件的能量转化效率仍然较低。以聚酰亚胺为柔性衬底,采用磁控溅射的方式制备Bi2Te3柔性热电薄膜,并通过退火对薄膜表面进行改性。结果表明,高温退火能够诱导Bi2Te3薄膜表面产生多孔化结构,且孔隙密度和尺寸可通过退火工艺调控;多孔结构对薄膜的电/声输运性能具有协同优化作用,薄膜热导率较退火前降低约50%,Bi2Te3柔性薄膜的热电优值显著提升。
  • 原位复合法制备Ag@g-C3N4复合多孔微球及光催化性能研究
    钱慧锦, 赵卫峰, 李娇娇, 张改, 马爱洁, 周宏伟, 陈卫星
    功能材料. 2022, 53(4): 4166-4172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.023
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    利用三聚氰胺(Melamine)和三聚氰酸 (Cyanuric acid) 分子间的氢键相互作用,在DMSO溶液中进行自组装制备球形超分子组装体(MCA),然后将MCA与AgNO3复合,再进一步高温煅烧制备Ag@g-C3N4异质耦合复合多孔微球(Ag-MCA-CN)。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见光漫反射(UV-vis DRS )光谱和荧光发射光谱(PL)等对等对样品进行了表征。以甲基橙(MO)为目标污染物,在可见光照射下,考察了Ag-MCA-CN复合光催化剂的光催化活性。结果表明,与MCA直接煅烧得到纯g-C3N4多孔微球(MCA-CN)相比,Ag-MCA-CN比表面积进一步增大,禁带宽度减小,具有更强的紫外及可见光吸收性能,光生电子和空穴复合率降低,光催化活性明显增强。Ag-MCA-CN比表面积可达到74.8 m2/g,在可见光照射下25 min内对MO的降解率可达98%, 降解速率常数k约为MCA-CN的2.9倍。
  • SMC常温改性沥青的改性机理及高低温性能研究
    朱齐, 李秋实, 姚茂连, 孙宇
    功能材料. 2022, 53(4): 4173-4181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    为了探究SMC常温改性剂的微观改性机理以及不同掺量SMC改性剂对沥青高低温性能的影响并优选出SMC常温改性沥青的最佳低温评价指标。通过研究SMC常温改性剂的合成路线及红外光谱图探索其改性机理;通过温度扫描试验对不同掺量SMC常温改性沥青的高温稳定性评价;而后基于弯曲流变仪(BBR)试验,比较了不同温度下不同掺量的SMC常温改性沥青的蠕变劲度模量S,蠕变速率mc和基于Burgers模型建立的新的低温综合柔量JC,采用频率扫描试验并基于时温等效原理确定其主曲线和玻璃态转变温度Tg,研究掺量对沥青低温柔性的影响;最后结合混合料低温小梁弯曲试验验证不同低温评价指标S,mc,JC,Tg的有效性。结果表明,SMC的改性机理类似于表面活性剂,通过改变沥青分子的表面张力以达到常温拌和目的;SMC常温改性剂的加入对高温性能产生不利影响,且掺量增加负面效果越明显;比较S,mc,JC,Tg发现SMC改性剂能改善沥青的低温性能且随着SMC改性剂掺量的增加改善效果越显著且其中JC与混合料的弯曲破坏应变的关联性最高,为SMC常温改性沥青的最佳低温评价指标。
  • 高效发光的吡啶嗡盐基单组份白光发射材料的研究
    马骁, 周明月, 贾玲
    功能材料. 2022, 53(4): 4182-4186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    发展合成上简单、高发光效率的单组份有机白光发射材料具有重要的科学意义,但极具挑战性。以4′-(4-吡啶基)-2,2′:6′,2″-三联吡啶为原料,设计合成了一个简单且高发光效率的吡啶嗡盐基单组份白光发射材料。基于荧光性能研究发现,该材料在365 nm波长激发下呈现的白光量子产率高达22.4%,且该单组份白光发射材料呈现激发波长依赖的发光特性,发光颜色可从白光变为黄光。研究揭示了对阴离子对有机离子化合物的发光性能具有重要影响,调控对离子是改善有机离子化合物光学性能的一个有效策略。鉴于吡啶嗡盐基单组份白光发射材料优异的发光性能,该简单发光材料将可能应用于白光发射器件或作为信息防伪材料。
  • PANI多孔吸附剂对酸性红G循环吸附应用探究
    刘永红, 魏宇希, 王宁, 郭亿瑞
    功能材料. 2022, 53(4): 4187-4192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用原位化学氧化聚合法制备了聚苯胺(PANI)/聚氨酯类填料(PBG)复合材料并对其形貌和结构进行了表征,探究不同条件下PANI/PBG复合材料对酸性红G(ARG)的吸附性能与吸附机理以及该吸附剂的再生性能。研究结果表明,①PANI /PBG复合材料吸附ARG的最佳投加量为8 g/L,在pH=1~5时,吸附去除率在90%以上;②PANI/PBG的平衡吸附量可达228.50 mg-ARG/g-PANI,且吸附平衡时间仅需30 min;③PANI/PBG 复合材料吸附ARG过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温线模型,表明该吸附过程为单层化学吸附,拟合的最大吸附量Qm为368.59 mg/g;经过6次再生循环后PANI/PBG复合材料仍有良好的吸附性能。
  • 再生细骨料和超细粉煤灰增强UHPC的力学性能研究
    吴晨洁, 王德志, 马志鹏
    功能材料. 2022, 53(4): 4193-4198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    为研究超细粉煤灰和再生细骨料对超高性能混凝土(UHPC)性能的影响,通过工作性能、轴心抗压、轴心抗拉和电镜扫描试验研究了超细粉煤灰和再生细骨料对UHPC抗压强度、抗拉强度和微观结构的影响规律,并建立了基于超细粉煤灰和再生细骨料影响的UHPC强度预测模型。结果表明:增加超细粉煤灰掺量,UHPC扩展度增加流动性较好,掺量不超过10%可改善UHPC抗压强度,达到115.36 MPa,超过后抗压强度有所降低,抗拉强度呈现上升趋势;再生细骨料掺量增加UHPC工作性能变差,但抗压强度及抗拉强度逐渐升高;电镜扫描试验发现粉煤灰消耗Ca(OH)2产生更多C-H-S凝胶使得结构内部更加密集。基于改进的可压缩堆积理论模型,建立了超细粉煤灰改性再生细骨料UHPC强度预测模型。
  • 10-290K环境下聚酰亚胺纤维导热性能研究
    朱珊珊, 林欢, 张满, 董华
    功能材料. 2022, 53(4): 4199-4204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.028
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    为探究聚酰亚胺纤维的热导率随温度变化的规律及成因,利用瞬态电热技术得到聚酰亚胺纤维在不同温度下的热导率。实验研究表明,当温度处于10~290 K范围内,随着温度的降低,聚酰亚胺纤维的热扩散系数逐渐升高,热导率逐渐降低。从晶格振动(声子)导热为主入手,通过研究温度与晶格振动、声子浓度、声子平均自由程等实验参数之间的关系,在排除宏观方面例如气孔等材料瑕疵造成的影响后,得出结晶率是影响聚酰亚胺纤维在玻璃化转变温度附近热导率随温度变化的主要因素,而晶格振动是影响聚酰亚胺纤维在德拜温度附近热导率随温度变化的主要因素。因此可以通过改变结晶率、改善工艺条件等方法,制备满足不同生活、生产、科研需要的聚酰亚胺纤维。
    • 工艺·技术
  • 聚N-异丙基丙烯酰胺/石墨烯导电织物的制备及温敏导电性
    谭金洪, 杨群, 裴刘军, 张红娟, 王际平, 代正伟
    功能材料. 2022, 53(4): 4205-4210. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.029
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    采用浸-烘层组法将聚N-异丙基丙烯酰胺/氧化石墨烯复合物(PNIPAM-GO)整理于棉织物上,再经过水合肼还原制得导电织物(PNIPAM-rGO/C)。通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱、电阻等对制备的导电织物进行结构表征和性能测试。结果表明,复合物PNIPAM-GO被原位还原成PNIPAM-rGO附着于棉纤维上;温敏性导电织物PNIPAM-rGO/C的电阻值随着PNIPAM-GO浓度和层组次数的增加而降低,当浓度为5 g/L,浸-烘层组次数为5次时,电阻为(908.3±32.8)kΩ,而当浓度为15 g/L,浸-烘层组次数为15次时,电阻降为(9.4±3.6)kΩ;且该导电织物的导电性具有一定的温敏效应,改变测试温度分别高于或低于PNIPAM-GO的LCST时,PNIPAM-rGO/C导电织物的电阻值随着温度的变化而发生可逆变化。
  • 纳米级TiO2添加量对陶瓷膜支撑体性能的影响
    王焓, 同帜, 崔双科, 郭磊, 吕相玉
    功能材料. 2022, 53(4): 4211-4215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.030
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以黄土、粉煤灰为基础骨料,纳米级TiO2为烧结助剂,羧甲基纤维素(CMC)为粘结剂,通过挤压成型法和固态粒子烧结法制备陶瓷膜支撑体,对支撑体的纯水通量、耐酸碱腐蚀性能、抗折强度、显气孔率、晶相组成及表面形貌等进行表征,并探究纳米级TiO2添加量对陶瓷膜支撑体性能的影响。结果表明,纳米级TiO2的添加可促进支撑体的烧结与致密,在烧结温度为1050 ℃,纳米级TiO2的添加量为5%时,支撑体抗折强度为2.874 MPa、纯水通量为2 667.94 L/(m2·h·MPa)、显气孔率为53.473%、酸碱腐蚀率为5.196%与0.354%。纳米级TiO2作为烧结助剂可生产出性能优良的陶瓷膜支撑体。
  • 核壳型纳米Au@Ag复合材料的制备、催化及光抑菌
    刘智峰, 房迅, 郭少波, 汤波, 季晓晖
    功能材料. 2022, 53(4): 4216-4223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.031
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    以纳米Au为核,在其表面负载Ag合成核壳型纳米Au@Ag复合材料,利用TEM、EDX、UV-Vis对材料进行表征。以甲基橙为目标污染物研究材料的催化加氢活性,并初步探讨其催化机制;用革兰氏阴性菌大肠杆菌(E.coli)和革兰阳性菌金黄色葡萄球菌(S.aureus)为模式菌研究材料的光抑菌活性和抑菌机制。结果表明,相比纳米Ag,纳米Au@Ag在8 min内对甲基橙的降解率为99%以上,加氢产物为对氨基苯磺酸钠和对二氨基苯;抑菌实验证明:相比黑暗环境中,300 W光照下的纳米Au@Ag具有更强的抑菌性能,在浓度为300 μg/mL,光照10 min下的抑菌效率更高,并对细菌的迟缓期和对数期的生长阶段作用较为明显,对E.coli的细胞壁破坏较为严重。
  • Ti3C2-OH/Bi2WO6复合光催化剂的制备及光催化性能研究
    朱源, 盛绍顶, 潘育松, 潘成岭
    功能材料. 2022, 53(4): 4224-4229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.032
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    以硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)为铋源、钨酸钠(Na2WO6·2H2O)为钨源以及碱性碳化钛(Ti3C2-OH)为助催化剂,在CTAB的辅助作用下用简易的水热法成功地制备了具有光催化性能复合Ti3C2-OH/Bi2WO6光催化剂,在可见光(300 W氙灯)的照射下,以降解罗丹明B(RhB)染液来评估催化剂的光催化性能,并最终分析其降解机理。结果表明,纯相Bi2WO6在可见光照射20 min后,对污染物降解效率达到了60.8%,而负载助催化剂Ti3C2-OH后,复合物的光催化性能明显提高。具体的,当Ti3C2-OH负载量为20 mg时,复合催化剂20 mg-Ti3C2-OH/Bi2WO6(简记为20 mg-TB)对RhB的降解效率在20 min内达到96%,光降解性能明显优于纯的Bi2WO6。动力学分析表明,纯Bi2WO6动力学常熟为K=0.0262 min-1,而20 mg-TB的K=0.1239 min-1,为纯Bi2WO6的4.72倍。我们对催化剂晶体结构和显微形貌进行了分析。为了明确光降解过程中机理,我们进行了活性物种捕获实验,结果表明在有机物的降解过程中,起主要作用的物种为h+。
  • 多级孔碳材料的制备及其超级电容器性能研究
    陈野, 张一, 刘旭坡, 高书燕
    功能材料. 2022, 53(4): 4230-4236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.04.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    超级电容器因其容量大、充放电速度快、循环寿命长、功率密度高、环境污染小以及工作温度范围宽等优点而被广泛关注,可应用于存储再生能量、备用电池和替代电源等众多场景,展现出巨大的应用价值和市场潜力。然而,现有超级电容器较低的能量密度限制了其应用前景,为此研究者们提出了优化电极材料以提高其能量密度的方案。基于此,该研究以生物质——塌地松为碳源,通过高温碳化和氢氧化钾活化制备出性能优异的多级孔碳材料,性能测试证实该材料具有优异的电化学性能(电容:532.0 F/g,能量密度:12.5 Wh/kg,功率密度:5 245.6 W/kg)。研究结果表明,高比表面积(3 948.6 m2/g)、多级孔结构、均匀孔径分布及杂原子掺杂有利于提高碳材料的比电容,为超级电容器电极材料的选择和制备提供了技术指导。
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