功能材料

Select

本期中英文目录、封面

《功能材料》编辑部

功能材料. 2022, 53(7): 0.

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

Select

TiO₂微量掺杂对MgO-PSZ固体电解质性能的影响

卢慧颖, 孙侨阳, 高昕宇, 温天鹏, 徐靖销, 刘涛

功能材料. 2022, 53(7): 7001-7005. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.001

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

以ZrO₂、MgO和微量TiO₂为原料,采用固相反应法合成了MgO部分稳定ZrO₂固体电解质(MgO-PSZ)。对合成试样进行XRD、SEM、致密度、电性能和抗热震性能等研究,考察TiO₂掺杂量对其性能的影响规律。结果表明,当TiO₂掺杂量为0.4%(摩尔分数)时其致密度达到95.13%;试样中四方相和立方相含量随TiO₂掺杂量的增加先增加后降低,最高达48%。当TiO₂掺杂量为0.2%时,试样离子电导率最大,测试温度为950 ℃时电导率达到4.71×10^-3S/cm;当TiO₂掺杂量为0.4%时,抗热震后的残余强度最大,为1 400 MPa。

Select

改性沸石咪唑催化剂的NH₃-SCR催化性能研究

孙中豪, 郝润龙, 赵毅

功能材料. 2022, 53(7): 7006-7012. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.002

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

通过微波法合成了沸石咪唑骨架结构材料ZIF-7,并以ZIF-7为前驱体制备了CuCe@ZIF-7催化剂。通过固定床实验平台测试了制备条件、反应温度、催化剂用量、SO₂、H₂O等实验条件对催化剂NH₃-SCR催化性能的影响,通过XRD、SEM、XPS、TG等表征研究了CuCe@ZIF-7理化性质,并通过in situ DRIFTS研究了催化剂的反应机理。

Select

甘油基Fe₃O₄磁流体制备及摩擦学性能研究

何彦, 王优强, 莫君, 赵涛, 朱玉玲, 李梦杰

功能材料. 2022, 53(7): 7013-7018. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.003

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

采用化学共沉淀法制备Fe₃O₄纳米粒子,用柠檬酸和油酸对粒子进行表面处理,配制成甘油基磁流体。通过场透射电镜、傅里叶红外光谱仪、紫外可见光分光光度计和四球摩擦磨损试验机测试,分别评价改性纳米粒子的尺寸和形貌、表面官能团、分散稳定性和摩擦学性能;采用扫描电子显微镜和光学显微镜对磨痕形貌进行分析。改性后的纳米粒子呈球形,含有少量方形颗粒,其中柠檬酸改性的粒子平均粒径为(9.6±0.19)nm,柠檬酸和油酸共同改性的粒子平均粒径为(9.8±0.16)nm;红外光谱图表明表面活性剂成功包覆在粒子表面;磁流体的吸光度在30 h内变化不大且趋于稳定,具有良好的分散稳定性;在一定浓度的磁流体润滑下,展现出优于甘油的减摩抗磨性能,其中0.3%磁流体综合减摩抗磨性能最好,摩擦系数降低了22.68%,磨斑直径最多降低了13.7%。一定浓度的磁流体通过形成吸附膜、沉积修复、微轴承和微切削的协同作用,可有效提高甘油的抗磨减磨性,且表面活性剂的类型对甘油基磁流体的摩擦学性能有影响。

Select

Nb掺杂FeCo基纳米复合材料的制备及电催化析氢性能的研究

张昭, 朱胜利, 崔振铎

功能材料. 2022, 53(7): 7019-7026. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.004

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

开发高效的非贵金属电极催化材料是电解水制氢领域研究的热点。通过脱合金的方法合成了一种纳米片结构的Nb掺杂FeCo基三元金属复合氧化物催化剂。该催化剂的纳米片结构为催化反应提供了更多的活性位点,Nb的掺杂使3种活性金属氧化物之间产生电子协同作用,改善了催化剂的表面电子状态,加速了电子的传输,降低了水解离的势垒,进一步促进了HER催化反应的反应动力学。结果表明,Nb掺杂后的FeCo基催化剂在碱性电解液(1 mol/L KOH)中电催化性能明显提升,其中,FeCoO-Nb-4催化剂具有最大的电化学活性面积,最低的过电位(驱动电流密度10 mA/cm²所需过电位为95 mV),最小的Tafel斜率(104.1 mV/dec),且表现出良好的电化学长期稳定性。

Select

医用钛合金表面改性技术研究进展

范竞一, 马迅, 李伟, 刘平, 王静静, 王海滨, 卢旭华

功能材料. 2022, 53(7): 7027-7039. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.005

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

钛合金因其合适的弹性模量、高强度、良好的耐蚀性等特点在生物医用领域有着广泛的应用。然而钛合金耐磨性、耐疲劳性、生物相容性和抗菌性较差,对器械使用寿命、植入物的成功率等方面有很大影响,主要介绍了通过表面改性技术来提高钛合金耐磨性、耐疲劳性能、生物相容性抗菌性,并展望其未来可能的发展方向。

Select

钙钛矿太阳能电池中顶电极的研究进展

杨元林, 李英, 陈丽佳, 牛连斌

功能材料. 2022, 53(7): 7040-7057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.006

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

继硅基太阳能电池之后,又迅速崛起了一个有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs),目前它认证的最高光电转换效率(photoelectric conversion efficiency, PCE)已经达到25.5%,被认为是最具有应用前景的新型太阳能电池,其中,顶电极是钙钛矿太阳能电池的重要组成部分。主要阐述了顶电极材料的研究进展,综述了金属电极和碳电极的界面调控和改性处理,提出了金属电极和碳电极材料的优势与挑战,并对顶电极在低制造成本和长期稳定性的应用方向进行了展望。

Select

聚合物/膨润土纳米复合材料的研究进展

周萍, 李明, 武元鹏

功能材料. 2022, 53(7): 7058-7068. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.007

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

聚合物/膨润土纳米复合材料是实现纳米尺度复合的材料,结合了纳米材料特点、膨润土片层结构及聚合物可调控性。因其结构特点在环境保护、医学药学、石油化工等领域发挥了重要作用。综述了聚合物/膨润土纳米复合材料的研究进展,介绍了该类材料的结构特点、分类、制备方法及构效机理;梳理了其在主要应用领域的应用现状;总结了聚合物/膨润土纳米复合材料存在的难点;展望了该类材料的发展方向及应用前景。由于聚合物存在于膨润土片层的受限空间,链段运动被束缚,该类材料在提高聚合物耐温性上有重要作用,对井筒工作液用高温处理剂的开发有重要意义。

Select

高强高导石墨烯增强铜钨电触头材料研究进展

丁一, 周明瑜, 徐若愚, 王鑫, 祝志祥, 陈保安, 庞震, 高健峰, 陈晓刚

功能材料. 2022, 53(7): 7069-7076. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.008

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

传统高压断路器中的点触头、触指目前都是通过粉末冶金工艺制造的铜钨合金材料,其导电性及硬度已经达到瓶颈,越来越无法满足不断提高的工况要求。石墨烯具有优良的电学性能及力学性能,同时具有高比表面积的结构特征,将其掺杂至传统铜钨合金中,有望大幅提升铜钨电触头的导电性及硬度,可作为传统电接触材料改性研究的主要发展方向。综述了石墨烯等增强剂对传统铜钨电触头材料的强化方法研究进展,探索了石墨烯对铜钨电触头的增强机理,可为未来高强高导石墨烯增强铜钨电触头材料的研发与设计提供技术指导。

Select

单轴各向异性材料的折射性质与全透射研究

张晓燕, 吴金随

功能材料. 2022, 53(7): 7077-7082. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.009

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

各向异性材料相对各向同性材料有更多独特的性质,能出现更多的电磁现象。为了研究各向异性材料之间透射率和全透角的条件,从麦克斯韦方程组出发得到了单色平面波在各向异性材料中的色散方程,以TM波为例计算了波矢量和坡印廷矢量的折射角,研究发现椭球曲面材料波矢量和坡印廷矢量同时为正折射或负折射,单双曲面和双双曲面材料波矢量和坡印廷矢量折射性质相反;计算了各向异性材料透射率与入射角的关系和全透射角,发现椭球面材料各角度入射情况下都有透射波且存在全透射角,单双曲面材料入射角小于全透角时不存在折射波,双双曲面材料总会发生全反射且不存在透射率,通过金属-介质多层结构的超构材料的数值模拟佐证了结论,期望对相关研究有一定的借鉴作用。

Select

纳米CaCO₃改性聚氨酯复合材料的制备及性能研究

崔衍刚, 张锐, 宁晓骏

功能材料. 2022, 53(7): 7083-7087. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.010

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

以纳米CaCO₃为增强材料,通过预聚体法制备了不同纳米CaCO₃掺杂的聚氨酯复合材料,研究了纳米CaCO₃改性聚氨酯复合材料的力学性能、微观形貌、磨损性能和热稳定性能。结果表明,纳米CaCO₃的掺杂没有改变聚氨酯的结构,但改善了复合材料的微观形貌和整体的均匀性,提升了复合材料的力学性能、磨损性能和热稳定性。随着纳米CaCO₃掺杂量的增加,改性聚氨酯复合材料的拉伸强度、断裂延伸率和残余量先升高后降低,磨损量先降低后升高。当纳米CaCO₃的掺杂量为3%(质量分数)时,复合材料的拉伸强度、断裂延伸率和残余量达到了最大值,分别为33.7 MPa、510.2%和4.4%,磨损量最低为50.1 mg。综合分析可知,纳米CaCO₃的最佳掺杂量为3%(质量分数)。

Select

中空金属-有机框架促进稳定和快速的锂硫电池

刘浩锐, 赵磊, 杨娜娜, 贺立群, 刘馨, 杨来东, 王建吉

功能材料. 2022, 53(7): 7088-7095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.011

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

锂硫电池以其高能量密度和低成本而成为最有前途的储能系统之一。然而,锂硫电池的商业化仍然受到几个技术问题的阻碍,即严重的多硫化物穿梭和缓慢的硫转化动力学。报道了一种独特的中空MOFs来捕获和催化多硫化物,以实现高效锂硫电池。多孔中空结构不仅可以适应充放电过程中的体积变化,而且还暴露了大量的活性位点,促进了硫氧化还原反应。由于这些结构上的优势,所制备的硫电极具有良好的电化学性能,即在3 C时,800次循环后每圈的平均容量衰率为0.06%。当处于更高的4 C充放电电流时,仍然具有598 mAh/g的初始容量,循环1 000圈后,每圈的平均容量衰率仅为0.07%。

Select

PTFE增强氟碳复合涂层在多环境下的摩擦学和耐腐蚀性能

张博超, 叶向东, 郗长青, 李冀

功能材料. 2022, 53(7): 7096-7101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.012

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

以三氟氯乙烯/四氟乙烯-烷基乙烯基醚/酯(FEVE)为基料,使用3种不同粒径的聚四氟乙烯(PTFE)作为润滑防腐填料,采用喷涂法及室温固化在样片表面制备了兼具减摩和耐腐蚀功能的氟碳复合涂层材料。通过力学性能测试对复合涂层的硬度和粘附力进行评价。通过多功摩擦磨损试验机测试涂层在干摩擦以及水、油润滑环境下的减摩性能并进行分析。通过涂层浸泡实验和扫描电子显微镜(SEM)对复合涂层的耐腐蚀性能进行表征和分析。结果表明,适量的PTFE可以有效降低氟碳复合涂层的摩擦因数,当PTFE与FEVE的质量比为4.5∶3时,涂层在干摩擦、水润滑时的摩擦因数分别为0.067、0.062,与纯FEVE涂层相比分别降低了85%和92%。此外,当PTFE粒径为5 μm时,涂层在油润滑条件下摩擦因数仅为0.055,同时复合涂层具有优异的耐腐蚀性能。

Select

氧化锆掺杂铝硅复合气凝胶耐热性能研究

朱伟卓, 吴幼青, 吴诗勇, 韩宇晴

功能材料. 2022, 53(7): 7102-7108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.013

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

采用正丁醇锆作为锆源,通过溶胶凝胶法以及超临界乙醇干燥制备氧化锆气凝胶,并使用仲丁醇铝以及二甲基二乙氧基硅烷对其掺杂制备Zr-Al以及Zr-Si复合气凝胶,利用FESEM、XRD、FT-IR以及比表面积和孔结构分析仪对气凝胶形貌、尺寸和结构进行表征。结果表明复合铝后的气凝胶密度从0.393 g/cm³降低到0.147 g/cm³,复合硅后的气凝胶比表面积从178 m²/g上升到394 m²/g,耐温性能也显著提高,FESEM照片显示,热处理后Al与Si掺杂的气凝胶形貌变化较小,Zr-Si复合气凝胶在900 ℃热处理4h之后比表面积仍为168 m²/g,并没有出现ZrO₂的相变。氧化锆气凝胶掺杂铝及硅元素之后,有效抑制氧化锆的相变从而提高其耐温性能。

Select

Fe₇₈Si₉B₁₃非晶条带对水中Sb(Ⅲ)的去除性能研究

范梅玲, 袁子洲, 张香云, 肖才云, 李世霞

功能材料. 2022, 53(7): 7109-7113. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.014

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

采用单辊甩带法制备Fe₇₈Si₉B₁₃非晶条带,以300目铁粉为参比物,对比研究了非晶条带对Sb(Ⅲ)的去除效果。结果显示,非晶条带在90 min内对Sb(Ⅲ)的去除率为90.6%,并且表面积约化反应速率系数高达铁粉的41倍。对反应产物进行观察分析,发现Si、B会在非晶条带表面富集,有益于表面产物层的脱落。此外,非晶条带通过吸附去除Sb(Ⅲ),将条带循环使用6次后,仍能保持62.3%的去除率。

Select

熔盐法辅助合成二维h-BN材料及其CO₂吸附性能

曾祥会, 李舒雯, 陈辉, 方伟, 何漩, 杜星, 王大珩, 李薇馨, 赵雷

功能材料. 2022, 53(7): 7114-7119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.015

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

制备具有高比表面积的二维多孔h-BN材料是实现高效CO₂吸附的主要途径之一。采用氯化镁(MgCl₂)和氯化钾(KCl)作为熔盐反应介质,以硼砂(Na₂B₄O₇)和三聚氰胺(C₃H₆N₆)为主要原料,制备了二维多孔h-BN材料,研究了熔盐种类及合成温度对产物的组成、形貌、孔隙结构及CO₂吸附性能的影响。研究结果表明,以KCl为熔盐得到h-BN与r-BN共存的产物,以MgCl₂为熔盐得到纯度更高的h-BN材料。相较于KCl,以MgCl₂为熔盐能显著提升h-BN材料的比表面积,并将二维h-BN材料的合成温度降低至1 000 ℃。当合成温度为900 ℃时,以MgCl₂为熔盐得到的h-BN材料比表面积最高且CO₂吸附性能最好,分别为281.78 m²/g和7.69 cm³/g。

Select

蔗糖基碳球在超级电容器中构效关系研究及应用

王勇超, 郭婷婷, 卫爱丽, 张王刚

功能材料. 2022, 53(7): 7120-7127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.016

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

以蔗糖为碳源,十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂(CTAB)。通过水热法合成及随后的KOH活化制备了4组不同粒径的多孔碳球。为探究碳球结构与超级电容器性能之间的构效关系,通过水热法制备了不同粒径的碳球,之后使用KOH活化,并通过各种表征方法对样品的结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明,得益于PCS-450独特的结构优势,PCS-450的比表面积达到673.7 m²/g,孔体积为0.80 cm³/g。在三电极0.5 A/g电流密度下PCS-450比容量达到280.4 F/g,组装成对称式纽扣装置。在电流密度为1 A/g条件下10 000次循环后剩余容量为89.3%,表现出优异的循环稳定性。并且在500 W/kg的功率密度下能量密度达到9.42 Wh/kg,有望成为超级电容器大规模商用的潜在价值。

Select

Al₂O₃、TiO₂溶胶涂覆粉煤灰/黄土支撑体制备陶瓷膜的研究

王琳涵, 同帜, 吴魁, 姚远, 李苗雨, 龚亮

功能材料. 2022, 53(7): 7128-7132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.017

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

用溶胶-凝胶法制备了Al₂O₃ 、TiO₂两种溶胶,分别涂覆在粉煤灰/黄土支撑体表面制备陶瓷膜,并利用热重分析仪、X-射线衍射仪对膜材料的热稳定性、晶相组成进行分析,并对陶瓷膜的微观形貌、孔隙率、膜通量、膜通量恢复率进行测试与表征。结果表明,烧结温度及干燥条件能有效控制陶瓷膜晶相变化及膜层完整性,Al₂O₃、TiO₂膜材料分别在50,25 ℃时干燥,600 ℃时烧结,制得的Al₂O₃膜材料为γ-Al₂O₃,TiO₂膜材料为金红石相TiO₂;Al₂O₃、TiO₂陶瓷膜的孔隙率分别为28.56%、34.12%,膜通量分别为1 092.67和2 983.33 L/(m²·h),膜通量恢复率分别为97%、89%。与未覆膜的支撑体相比,Al₂O₃、TiO₂陶瓷膜的渗透性能降低,但表面更为光滑平整,抗污染能力更强。

Select

掺石膏的低钙水泥水化过程及浆体结构研究

宋飞, 吕忆农, 俞为民, 刘云飞, 刘新锐, 孙文博

功能材料. 2022, 53(7): 7133-7138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.018

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

利用高铝粉煤灰可烧制主要矿物组成为硫铝酸钙(C₄A₃S)和硅酸二钙的低钙水泥(LCC),石膏(CSH₂)对C₄A₃S系列胶凝材料的水化性能起重要作用。为推广LCC的应用,研究了不同CSH₂掺量的LCC水化性能。通过等温量热仪、扫描电子显微镜、压汞仪等分析了LCC水化过程及浆体结构,并对LCC抗压强度进行检测。结果表明,随着CSH₂掺量增加,LCC水化反应加速,产物钙矾石(AFt)增多且由针状向柱状演变,浆体孔隙率呈现下降趋势;少量CSH₂(1%(质量分数))有利于浆体中水化钙铝黄长石的形成,28 d强度增长22.6%;CSH₂掺量为5%时,各龄期强度均显著提升;CSH₂掺量较高时(10%),浆体早期性能发展迅速而后期性能未见改善;过量CSH₂(20%)促使AFt发育成管、柱状,尽管浆体孔隙率降至8.4%,但形成了较多微米级粗孔,不利于后期性能提升;不同CSH₂掺量(1%~20%)的LCC强度均稳定发展且后期强度不倒缩,展现了LCC的广阔应用前景。

Select

液氧相容改性环氧树脂体系低温力学性能分子动力学模拟

高畅, 董旭峰, 严佳, 徐浩, 武湛君

功能材料. 2022, 53(7): 7139-7143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.019

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

使用含磷阻燃剂分子对环氧树脂进行化学改性可以提高材料的液氧相容性,但将显著改变环氧树脂固化物的力学性能。利用分子动力学(MD)模拟方法,研究了10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(ODOPB)改性环氧树脂的低温力学性能。首先采用两步反应方案来制备改性的环氧热固性交联网络,然后分别给予ReaxFF与Dreiding力场,基于截断键长实现精确有效的键断裂模拟。着重探索了不同磷含量对分子网络结构和材料性能的影响。研究发现,链长分布特征是决定材料力学性能的关键因素。而通过链长调节(CLR),材料在低温下的力学性能可以明显增强。为高性能液氧相容热固性树脂和复合材料的设计和制造提供了有价值的参考,有助于提高复合材料在恶劣工程环境下的耐受性。

Select

N对新型节Ni奥氏体不锈钢力学性能影响机理研究

王婷, 范明洋, 杨吉春, 程军, 刘香军, 张占川

功能材料. 2022, 53(7): 7144-7149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.020

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

以022Cr17Ni12Mo2奥氏体不锈钢为研究对象,通过添加氮化铬合金的方式向钢中增N,研究以N代Ni对节Ni型奥氏体不锈钢组织和力学性能的影响。实验室条件下采用真空感应电弧炉冶炼N含量0.3%、Ni含量5.0%~11.0%的节Ni型试验钢。采用金相显微镜观察试验钢显微组织,使用洛氏硬度计和电子万能拉伸试验机进行力学性能测试,并对拉伸断口形貌进行扫描电镜分析。实验结果显示,增N降Ni后试验钢的显微组织仍为单一奥氏体组织;Ni含量由10.972%降至为4.828%、N含量由0增至0.30%时,试验钢的洛氏硬度由60.80增至65.12、抗拉强度由698.35 MPa提高至855.85 MPa,延伸率由35.95%增加至41.55%。通过第一性原理计算N、Ni对奥氏体钢力学性能的影响,结果表明,N对体系韧性的提高作用明显优于Ni。

Select

纤维及矿物掺合料对煤矸石混凝土力学性能的改性研究

杨秋宁, 景严谊, 张东生

功能材料. 2022, 53(7): 7150-7156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.021

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

以煤矸石全替代普通混凝土中粗骨料的煤矸石混凝土为基础,研究不同体积掺量的聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯(PP)及钢(ST)纤维对其力学性能的影响。选取最优力学性能下的纤维种类与掺量,继而探求其对单掺粉煤灰及粉煤灰/矿粉复掺替代部分水泥时的煤矸石混凝土力学性能的改性作用,得出最佳改性煤矸石混凝土配合比。结果表明,PVA、PP纤维掺量过多抑制了煤矸石混凝土的强度发展,存在最佳掺量,ST纤维在体积掺量为2%时,相较其他组可以最大幅度提高煤矸石混凝土的力学性能,其中对混凝土劈裂抗拉强度具有最佳改性效果。随着粉煤灰替代率的增加,降低了煤矸石混凝土的强度,30%替代率下粉煤灰/矿粉掺比为1∶2时煤矸石混凝土出现了矿物掺合料替代组合中的强度峰值,2%体积掺量的ST纤维对此时煤矸石混凝土改性后,使其达到了最优力学性能。

Select

自支撑NiMoP@NiFeP异质结电极的制备及其电催化析氧性能研究

李妍, 周轩宇, 赵佳豪, 张磊, 李逸, 黄禹源, 包维维, 蒋鹏, 郝晓丽

功能材料. 2022, 53(7): 7157-7162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.022

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

析氧反应(OER)是水分解一个重要的半反应,开发高效稳定的非贵金属基电催化剂用于大规模产氢仍面临巨大挑战。采用水热和低温磷化的方法在泡沫镍(NF)上原位构筑了NiMoP@NiFeP/NF复合电极。利用扫描电子显微镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS)等对所制备电极的微观形貌和组成电极元素的价态进行表征。此外,通过电化学测试表明,NiMoP@NiFeP/NF电催化剂在1 mol/L KOH电解液中驱动100 mA/cm²的电流密度仅需246 mV的过电势,塔菲尔斜率为54.6 mV/dec,且至少能保持20 h的稳定性。为制备非贵金属基的催化剂,用于能源的存储和转换提供了一种有效途径。

Select

高温下Al/Cu/Al复合材料界面扩散规律及对导电性能的影响

王辉

功能材料. 2022, 53(7): 7163-7168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.023

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

针对热电池内部导线易腐蚀问题,采用冷轧的方法制备了Al/Cu/Al复合带作为新型导线,应用SEM,XRD,EDX等技术研究了热处理工艺对复合带金属间化合物增长速度以及电导率的影响。结果表明,铜铝复合带抗蚀性和导电性均优于现在广泛使用的纯镍带;高温下复合带有显著的互扩散,扩散层厚度的平方(h²)与保温时间为线性关系,界面的迁移过程受原子的扩散控制;复合带中扩散层相分别是Cu-Cu₉Al₄-Cu₃Al₂-CuAl-CuAl₂-Al,这些低电导率金属间化合物的存在使复合带电导率降低;复合带电导率随扩散层厚度增加而降低表现为3个阶段:(1)快速下降区(<25 μm)、(2)减速下降区(25~35 μm)、(3)加速下降区(>35 μm),导致现象的原因为复合带界面化合物相总含量和其中CuAl₂与Cu₉Al₄含量的相对变化。

Select

氧化石墨烯改性混凝土的制备及其性能研究

何晓航, 韩俊艳

功能材料. 2022, 53(7): 7169-7174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.024

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

在普通硅酸盐水泥P.O 42.5的基础上,采用掺杂量为0,0.03%,0.05%和0.07%(质量分数)的氧化石墨烯作为基体的增强相,制备了氧化石墨烯改性混凝土。测试了改性混凝土试样的孔隙率、力学性能、碳化性能和磨损性能,并对各指标的相关性进行了分析。结果表明,适量氧化石墨烯的掺杂促进了改性混凝土的水化反应,对水泥水化产物的结晶组成没有影响,且使水化产物尺寸得到细化,生成了更加规则的结晶化合物;随着氧化石墨烯掺杂量的升高,改性混凝土的孔隙率、碳化深度和磨损量均呈现出先降低后升高的趋势,而抗压强度和抗折强度表现出先升高后降低的趋势;当氧化石墨烯的掺杂量为0.05%(质量分数)时,孔隙率最低为27.53%,7和28 d的碳化深度均为最低值1.46和3.81 mm,磨损量为最低值1.24 kg/m²,28 d的抗拉强度和抗折强度均为最大值53.9和6.7 MPa。可知,当氧化石墨烯的掺杂量为0.05%(质量分数)时,改性混凝土的综合性能最佳。

Select

铁碳复合材料催化电Fenton处理抗生素废水的效果和机理研究

徐进, 李方舟, 陈梓慧, 海浩, 夏建新, 陈慧英, 姚硕, 邢璇

功能材料. 2022, 53(7): 7175-7181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.025

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

针对Fenton 反应中Fe²⁺和 H₂O₂生成量不匹配的问题,以活性炭和硫酸亚铁为原料,采用浸泡烧结法制备了铁碳复合材料。该复合材料能够在溶液中缓释Fe²⁺,与H₂O₂的生成形成较好的匹配关系。使用SEM和XRD对材料进行表征,并探究了其在以掺硼金刚石膜电极为阳极,碳毡电极为阴极的的电Fenton系统中催化降解抗生素磺胺二甲基嘧啶(sulfamethazine,SMT)的效果,同时对体系中不同形态铁离子含量进行测定。结果表明,当材料投加量为0.02 ~0.2 g时,SMT降解效率均优于未投加材料的系统,随着投加量增加,反应效果逐步提升。利用量子化学计算推测了SMT反应的活性位点,结合LC-MS测试结果,推测SMT可能的降解机理,结果显示SMT通过苯胺氧化、磺胺键裂解和嘧啶环氧化等方式被逐步降解。

Select

Co_xN@C超级电容器材料的制备及其电化学性能

张旭磊, 李宏, 张鸣清, 底兰波, 张秀玲

功能材料. 2022, 53(7): 7182-7188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.026

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

钴的氮化物因具有良好的导电性和热稳定性在储能方面极具应用潜力。为制备高性能Co氮化物超级电容器电极材料,采用液相沉积法制备的Co-MFF(钴甲酸骨架材料)为前体,氨氩混合气氛热解Co-MFF制备Co_xN@C,研究了热解气氛和温度对制备的Co_xN@C结构和电化学性能的影响。结果表明,Co-MFF经过氨热解得到了含有CoN和Co₄N混晶相以及N掺杂非晶态碳的Co_xN@C复合材料,且改变热解条件可使Co_xN@C的孔道结构丰富。当热解气氛中氨气含量为10%和焙烧温度为450 ℃时所得的Co_xN@C在1 A/g电流密度下具有208.5 F/g的高比容量,且在10 A/g的电流密度下,其比电容仍然能够达到171.4 F/g,表现出较好的倍率性能。经1 000次循环充放电后比电容依然保持100%,循环稳定性良好。上述研究为钴的氮化物超级电容器电极材料提供了新的制备途径。

Select

氨基化多壁碳纳米管/PA56复合材料的制备及性能

包宗尧, 杨建忠, 李永贵, 祖文菊, 刘亦冰

功能材料. 2022, 53(7): 7189-7195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.027

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

为探究碳纳米管对聚酰胺56(PA56)性能的影响,采用氧等离子体对多壁碳纳米管(MWNTs)进行活化,然后与己二胺反应得到氨基化碳纳米管(AMWNTs),再将AMWNTs与PA56进行熔融共混,制备AMWNTs/PA56复合材料。运用FT-IR、Raman分析碳纳米管表面官能团的变化;借助SEM、XRD、DSC、TG和半导体参数测试系统对复合材料的微观形貌、结晶结构、热学及电学性能进行表征,并使用转矩流变仪、过滤性能测试仪对复合材料流变性和可纺性进行测试。结果表明,在MWNTs表面成功接枝了氨基,AMWNTs分散性较好;随着AMWNTs 含量的提高,复合材料的热学性能和结晶结构发生变化,同时提高了复合材料的导电性;AMWNTs含量在1.0%以内时对复合材料的流变性影响不大,复合材料的可纺性较好。

Select

十四烷微胶囊的制备及性能研究

常洋珲, 孙志高

功能材料. 2022, 53(7): 7196-7202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.028

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

为解决低温相变材料稳定性不好和易泄露等问题,采用原位聚合法制备了一系列以十四烷为芯材,脲醛树脂为壁材的低温相变微胶囊。探究了乳化剂种类、HLB值、预聚体水量和初始pH值等因素对微胶囊制备的影响,采用SEM、FT-IR、DSC和马尔文激光粒度仪对微胶囊的形貌、化学构成、热力学性质和粒径进行测试分析。实验结果表明,以Span80-Tween80复配乳化剂制备得到的微胶囊,形貌光滑且呈球形,粒径分布均匀,相变温度为3.05 ℃,相变潜热达到60 J/g,平均粒径为8.4 μm。芯材和壁材仅为简单的物理嵌合,具有良好的储热性能和热稳定性。

Select

无机盐/膨胀石墨复合相变材料的制备及性能研究

任文静, 陈振乾, 徐志国, 李微, 陈翔燕, 赵园园

功能材料. 2022, 53(7): 7203-7209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.029

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

为了改善单一相变材料易泄露、潜热较低、稳定性差等问题,以三水合乙酸钠作为主要相变材料,十二水合磷酸氢二钠作为成核剂,聚丙烯酸钠作为增稠剂,膨胀石墨作为导热增强剂,通过熔融共混法制备了形状稳定的复合相变材料。通过步冷曲线法、DSC差示扫描量法、SEM扫描电镜及热循环实验对材料特性进行表征和测量。结果表明,膨胀石墨可以较好地吸附基底材料,起到导热桥架的作用,当膨胀石墨的含量逐渐增加时,复合相变材料的相变温度略微降低,过冷度有效减小,导热系数大幅提升,储热性能没有显著变化。综合分析,复合相变材料的最佳配比为n(SAT)∶n(DSP)∶n(PAAS)∶n(EG)=100%∶4%∶1%∶8%,其相变温度为57.1 ℃,相变潜热为219.2 kJ/kg,具有良好的热稳定性。

Select

SiO₂气凝胶改性丝瓜络复合材料制备及阻燃性能研究

陈伟佳, 舒中俊, 戴静, 潘梦丽, 王尚彬, 欧红香

功能材料. 2022, 53(7): 7210-7214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.030

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

为了降低丝瓜络(LF)的火灾危险性,提高其阻燃抑烟性能,以LF为基体材料,通过溶胶凝胶法制备了SiO₂气凝胶(SA)改性丝瓜络复合材料(LF@SA)。利用多种方法对复合材料LF@SA的热释放性能、残碳微观形貌、热稳定性和阻燃抑烟性能等进行研究。结果表明,在LF中引入SA后可促进致密碳层的生成,显著提高了其阻燃抑烟性能和热稳定性,有效地降低热释放。当水玻璃质量稀释比为1∶4时,LF@SA的极限氧指数达到31.2%,烟密度透光率提升至98.07%,总热释放量明显降低,仅为6.8 kJ/g,与未改性前相比降低了49.3%。SA改性有效提升了丝瓜络的阻燃抑烟性能,有利于丝瓜络的进一步开发应用。

Select

基于纤维素纳米纤维的超疏水涂层制备研究

李可婷, 徐丽慧, 潘虹, 沈勇, 徐伟, 柳杨春, 李俊

功能材料. 2022, 53(7): 7215-7221. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.031

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

采用简单的浸涂法制备具有优异自清洁性能和良好耐久性能的超疏水涂层。基于纤维素纳米纤维(CNF)与低表面能物质聚二甲基硅氧烷(PDMS),以棉织物为基底制备了超疏水涂层,实现了棉织物表面功能化。通过单因素实验分别研究不同浓度CNF以及不同浓度PDMS对涂层疏水性的影响,并采用红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)等对超疏水涂层进行了测试表征。CNF和PDMS在棉织物表面牢固结合,成功制备了耐久超疏水涂层。SEM结果显示,与纯PDMS涂层相比,CNF构筑了超疏水涂层所需的微观粗糙结构,为超疏水涂层的制备提供了有利条件。当PDMS浓度为4%,CNF浓度为4%时,超疏水涂层的水滴接触角(WCA)达159.2°,水滴滚动角(WSA)为4.3°。耐摩擦测试结果显示,经过40次砂纸摩擦之后涂层的水滴接触角仍达150.3°,具有超疏水性能,说明PDMS为涂层提供低表面能的同时,也具有良好的粘结性能进而提高了涂层的耐久性能。采用CNF和PDMS在棉织物表面成功制备了耐久超疏水涂层,同时实现了优异的自清洁、防水抗污性能,并且具有良好的耐久性能。

Select

二茂铁-三唑席夫碱的制备及性能研究

张腾, 尚岩, 田晟吉, 孙常雁, 燕红, 张桂玲

功能材料. 2022, 53(7): 7222-7226. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.032

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

三唑类化合物作为含氮杂环的重要组成部分而得到广泛的应用。二茂铁是过渡金属络合物的代表,其特定的结构使其兼具配体和过渡金属的双重性质,有着非常广阔的应用前景。合成不同基团取代的1,2,4-三唑化合物,然后与二茂铁甲醛发生缩合反应生成新型席夫碱化合物。利用FT-IR、紫外、¹H NMR等手段对化合物进行表征,并研究了不同取代基团对导电性能以及抗菌性能的影响。结果表明,不同取代基团的席夫碱化合物导电性差异较大,可以通过连接不同取代基团对席夫碱化合物导电性进行调控;同时所制备的化合物对大肠杆菌和金黄色葡萄求球菌均具有一定的抗菌性能,推测化合物的抗菌活性与取代基团有一定的关系。

Select

RGO-ZnO纳米复合材料的制备及其对亚甲基蓝的吸附降解

曹娟

功能材料. 2022, 53(7): 7227-7231. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.033

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

采用溶剂热法制备了不同石墨烯(RGO)掺杂量(0,3%,6%,9%和12%(摩尔分数))的RGO-ZnO纳米复合材料。通过XRD、SEM、FT-IR和光催化降解测试对复合材料的晶体结构、微观形貌、光谱特性和光催化性能进行了分析。结果表明,RGO的掺杂提高了ZnO的结晶度,但未改变纤锌矿ZnO的纳米结构;纯ZnO的发光强度最高,掺入RGO后Zn-O键的特征吸收峰强度降低,随着RGO掺杂量的增加,复合材料的光致发光强度先降低后升高,当RGO的掺杂量为9%(摩尔分数)时,光致发光强度最低;光催化测试表明,在120 min时,9%(摩尔分数)RGO-ZnO纳米复合材料对亚甲基蓝的降解速率最大为90.24%,光催化性能最优;形貌分析可知,球状ZnO颗粒在片层状RGO上生长,且复合材料的形貌有从球状变成棒状的趋势,RGO和ZnO成功复合。

Select

纳米SiO₂改性聚氨酯注浆材料的制备及性能研究

贾小盼, 栗莎, 马瑞彦, 杜慧慧, 姚彦娜

功能材料. 2022, 53(7): 7232-7236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2022.07.034

摘要 ( )

PDF全文 ( )

可视化

采用原位聚合法,通过掺入不同含量(0,2%,4%和6%)(质量分数)的纳米SiO₂,制备了纳米SiO₂改性聚氨酯注浆材料。通过电子密度计、黏度计、电子万能试验机和SEM等对该材料的密度、包水性、凝胶时间、力学性能和微观形貌等进行了测试表征。结果表明,随着纳米SiO₂含量的增加,改性聚氨酯注浆材料的密度、黏度、固含量、凝胶时间和包水性均呈现出逐渐增大的趋势。当纳米SiO₂的含量为6%(质量分数)时,试样的密度、黏度、凝胶时间、固含量、包水性和压缩强度均达到了最大值,分别为1.21 g/mol,1 769 mPa·s,140.8 s,78%,53.9 s和0.115 MPa;随着纳米SiO₂含量的增加,改性聚氨酯注浆材料的遇水膨胀率和发泡率均呈现出逐渐减小的趋势,当纳米SiO₂的含量为6%(质量分数)时,试样的遇水膨胀率和发泡率达到了最小值,分别为811.2%和150.5%;SEM分析发现,未掺杂纳米SiO₂的聚氨酯注浆材料的尺寸分布不均匀,并且有明显的缺口,掺入适量纳米SiO₂后,改性聚氨酯注浆材料的尺寸明显变小,且分布较为均匀,缺口的分布也明显减少,但掺入较多纳米SiO₂时,在局部区域有团聚和尺寸变大的现象。综合来看,纳米SiO₂的掺入使聚氨酯注浆材料的综合性能得到了明显改善,纳米SiO₂的最佳掺杂比例为6%(质量分数)。

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

本期目录

2022年, 第53卷, 第7期　刊出日期：2022-07-30

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

本期目录

2022年, 第53卷, 第7期 刊出日期：2022-07-30

2022年, 第53卷, 第7期　刊出日期：2022-07-30