2023年, 第54卷, 第1期　刊出日期：2023-02-03

  

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  功能材料. 2023, 54(1): 0-0.

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热点·关注
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  PPA/LSBR复合改性沥青及混合料性能研究

  马峰, 彭冲, 傅珍, 侯英杰, 唐钰杰, 常晓绒

  功能材料. 2023, 54(1): 1001-1006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.001

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  为研究多聚磷酸(PPA)和液体丁苯橡胶(LSBR)复合改性沥青与混合料路用性能,选用2.0%掺量的LSBR和0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%的PPA进行复配,采用针入度、软化点、延度、旋转黏度以及四组分试验,分析了改性沥青基本性能、感温性能以及组分变化;通过车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验以及冻融循环试验,研究了复合改性后混合料的路用性能变化。结果表明,PPA可以有效改善LSBR改性沥青的温度敏感性,高温性能得到提升;随着PPA含量的增加,沥青质逐渐增加,胶质减小,导致沥青黏度增加;PPA/LSBR复合改性沥青混合料动稳定度较LSBR提高了77.2%,表现出良好的高温性能,破坏应变和冻融劈裂比较LSBR分别减小了6.1%与2.79%,但仍高出SBS改性沥青混合料2.0%与2.3%,其综合性能最佳。
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  氮氩流量比对NiTiAlCrN涂层抗空蚀性能的影响

  阎红娟, 刘懿锋, 米智丰, 司丽娜, 豆照良, 刘峰斌

  功能材料. 2023, 54(1): 1007-1011. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.002

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  通过改变通入氮气与氩气的比例,探究不同N含量NiTiAlCrN涂层的结构与性能。采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪等表征涂层材料的组织结构和形貌,超声振动空蚀机对涂层进行空蚀实验,探究NiTiAlCrN涂层空蚀破坏的机理。结果表明,NiTiAlCrN涂层呈面心立方结构,在(111)和(200)晶面呈现择优取向。随着氮氩流量比增加,硬度、弹性模量和抗空蚀性能先升高后降低。氮氩流量比为1∶1时涂层的结构最致密,晶粒最细,硬度最高,抗空蚀性能最强。氮氩流量比为3∶2时涂层所能承受的弹性势能最大,韧性最强,但抗空蚀的能力低于氮氩流量比为1∶1时的涂层,说明硬度比弹性模量对涂层抗空蚀方面的影响更大。在空蚀坑的内壁发现大量的Cr₂O₃、Al₂O₃等具备抗空蚀性的氧化物,减轻微射流的冲击,降低对涂层的进一步损坏。
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  超细铜纳米线的低温制备及其室内光伏电池性能的研究

  戴世杰, 李铭, 吴颖豪, 祝鑫煜, 蔡宇航, 马绍昆, 陈迪春, 郑灵灵, 云大钦

  功能材料. 2023, 54(1): 1012-1019. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.003

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  金属纳米材料的局域表面等离子体共振(LSPR)具有非常独特的光电性质,对基于LSPR效应提高薄膜太阳能电池光伏性能的研究已成为国内外广泛关注的热点研究领域之一。采用低温水热还原法以葡萄糖为还原剂,二水合氯化铜为铜源,十六烷基胺和十八烷基胺为封端剂合成了直径约为20 nm的面心立方结构的超细铜纳米线。利用X射线衍射(XRD)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)和扫描电子显微镜(SEM)对合成产物的晶体结构、形貌和光学性质进行了表征。此外,将铜纳米线和氧化锡纳米粒子(SnO₂ NPs)混合作为电子传输层,利用其LSPR效应提高钙钛矿太阳能电池(PSCs)的光捕获效率和电子输运效率,并对器件的室内光伏性能的影响进行了研究。研究表明,与未引入Cu NWs的器件相比,引入Cu NWs的PSCs在光强100 mW/cm²的模拟太阳光下的能量转换效率(PCE)从原来的18.4%提升至20.5%;在2 000 lux的室内LED光源下的PCE从原来的27.8%大幅提升至35.2%,室内光伏效率提升幅度高达26.6%。
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  低损耗SrY_0.15Ce_0.85O_2.925陶瓷的烧结特性、相结构及微波介电性能研究

  刘彦君, 何国强, 何颖晗, 李青, 戴正立, 张海林, 周焕福

  功能材料. 2023, 54(1): 1020-1025. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.004

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  采用固相反应法制备了SrY_0.15Ce_0.85O_2.925陶瓷材料,利用XRD、SEM和微波矢量网络分析仪研究了材料的相组成、结构、烧结特性和微波介电性能。结果表明,当烧结温度为1 450 ℃时,SrY_0.15Ce_0.85O_2.925陶瓷的综合性能最佳:体积密度为5.2 g/cm³,相对密度达到92.7%,Q×f =21 503 GHz,ε_r=23.83,τ_f=-46.43×10^-6/℃。以上结果表明,SrY_0.15Ce_0.85O_2.925陶瓷可以作为现代移动通讯器件的备选材料。
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  电化学沉积制备Bi₂Se₃薄膜及其光电性能研究

  华奕涵, 冯双龙

  功能材料. 2023, 54(1): 1026-1032. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.005

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  作为量子物质的奇异态,拓扑绝缘体在新一代电子和光电子器件领域得到了广泛应用。因其金属表面态共存和较窄的带隙(0.3 eV),导致Bi₂Se₃具有超快电荷传输能力和红外光吸收能力,使其成为新体制光电器件的研究热点。采用恒电位沉积法在酸性电解质溶液中ITO基底上进行电化学沉积Bi₂Se₃薄膜,通过控制变量法确定Bi₂Se₃薄膜的生长条件是溶液pH值为0.2~0.8、沉积电位-0.15 V vs. Ag/AgCl和沉积时间1 h;同时,采用场发射透射电子显微镜、X射线衍射仪等表征技术对Bi₂Se₃薄膜的结构与形貌进行了研究。最后,研究了基于Bi₂Se₃薄膜光电探测器的性能,并考察了退火工艺对其光响应特性影响规律,测试结果表明退火后Bi₂Se₃薄膜在近红外波段具有良好的光电性能,响应度和比探测率分别约为6.3×10^-5 A/W和2.9×10⁶ cm·Hz^0.5/W。
综述·进展
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  铜掺杂提升卤化物钙钛矿发光特性的研究进展

  高梦轩, 张潮, 刘晓霖

  功能材料. 2023, 54(1): 1033-1039. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.006

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  近年来,卤化物钙钛矿作为一种新型半导体材料表现出优异的性能,让其不仅在光伏领域取得青睐,而且在光电探测、生物成像、激光和发光二极管等光电器件领域也有着不俗的表现。然而卤化物钙钛矿要实现商业化仍有许多问题需要解决,如铅的毒性,空气不稳定性以及发光效率低等。离子掺杂被认为是改善这种情况的有效途径。介绍了卤化物钙钛矿结构的演变,并简要阐述了结构维度对其发光性能的影响。随后,从二价Cu²⁺和一价Cu⁺离子掺杂两个方面系统的阐述了目前铜掺杂卤化物钙钛矿发光特性的研究进展,分析了铜离子影响卤化物钙钛矿性能的各种机理。最后,讨论了目前铜掺杂卤化物钙钛矿研究上的不足及未来潜在的研究方向。
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  抗菌超疏水功能复合型涂料的研究进展

  田娜, 苏琼, 王彦斌, 李朝霞, 魏小红, 蔡举艳, 白淳元, 赵利斌

  功能材料. 2023, 54(1): 1040-1049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.007

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  水性涂料是目前占据市场的主要涂料,然而水性涂料以水为溶剂会导致细菌入侵,从而影响涂料的性能。超疏水表面具有较强的自清洁能力,可以降低细菌粘附强度,但不足以杀死细菌,在超疏水涂料中引入抗菌剂,可以利用二者的协同作用更加有效地抑制细菌的生长和繁殖,这种抗菌超疏水涂料在实际应用中具有重要意义。综述了超疏水涂料、抗菌涂料及抗菌剂的分类,进一步阐明了抗菌超疏水涂料的作用机理,重点介绍了金属基型、季铵盐型和N-卤胺型3种抗菌超疏水涂料,及其在医疗卫生、材料防护和海洋防污等方面的应用。最后,对抗菌超疏水功能复合型涂料的发展前景进行了展望。
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  氮化硼纳米管/聚合物纳米复合材料导热性能研究进展

  刘鑫, 阎峻, 黄子芮, 芦艾, 章日超

  功能材料. 2023, 54(1): 1050-1057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.008

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  随着电子信息技术和纳米技术快速的发展,高导热聚合物复合材料引起来国内外学者的广泛关注。氮化硼纳米管(boron nitride nanotubes,BNNTs)具有稳定的化学性质、优异的电绝缘性、热稳定性、高热导率、良好的机械强度等特点,与聚合物复合制备高导热聚合物复合材料,广泛应用于电子器件、航天航空、化学工程、微电子包装、生物医用材料和太阳能利用等领域。综述了BNNTs的性质、制备方法及其聚合物复合材料的导热性能研究进展。
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  磁性生物质炭修复重金属污染水体研究进展

  宋少花, 徐金兰, 宋晓乔, 于媛

  功能材料. 2023, 54(1): 1058-1069. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.009

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  从水环境中分离普通的生物质炭很困难,而且可能会导致二次污染,这就阻碍普通生物质炭作为吸附剂的大规模应用,解决这一问题的一个有效策略是将过渡金属及其氧化物引入生物质炭基质中,产生易于分离的磁性生物质炭。磁性生物炭不仅能有效去除水溶液中的重金属污染物,而且还可以通过施加外部磁场,实现磁性吸附剂的分离,进而回收——再生——再利用,提高其修复性能。由于其在重金属吸附方面的优越性,在重金属污染水处理领域引起了广泛的关注和研究。综述简要总结了磁性生物炭的不同制备方法,整理磁性生物质炭吸附重金属的机制,分析影响磁性生物质炭与重金属相互作用的因素。最后,指出了磁性生物质炭在重金属污染水体水处理中进一步的研究需求和未来的研究方向,并展望了未来的发展前景和潜力。
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  用于水处理的光热转换碳材料的制备及应用进展

  樊莎, 何铠君, 向娇娇, 高达利, 姜超, 权慧, 张师军, 朱海霖, 刘国金

  功能材料. 2023, 54(1): 1070-1078. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.010

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  太阳能光热蒸发是实现水体处理的一种高效绿色技术,近年来受到了研究者们的密切关注。碳材料因具有宽光谱吸收能力和良好的光热性能,被认为是理想的太阳能光热转换材料。首先概述了光热转换碳材料及其光热转换原理,简要阐述了基于碳材料的太阳能蒸发系统的结构设计;重点介绍了应用于水处理领域的碳材料的制备方法;总结了光热转换碳材料在海水淡化、废水处理的应用现状;对水处理用光热转换碳材料的未来研究方向及发展进行了展望。可为光热转换碳材料在水处理领域应用的研究和发展提供一定的策略支撑。
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  GeTe基热电材料的研究进展

  高文博, 刘吉星, 张胜楠, 邵柏淘, 李成山, 闫果, 杨卿

  功能材料. 2023, 54(1): 1079-1091. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.011

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  GeTe基材料在热电领域有着巨大的发展潜力,已成为近年来中温区热电材料的研究重点。首先简要介绍了GeTe的晶体结构和相变过程;其次,从提升其热电性能方法的角度对该体系近年来的研究进展进行综述:(1)以调控功率因子为目的,对GeTe体系的空穴载流子浓度进行优化,提升Ge的空位能;(2)通过能带工程实现能带结构的调控;(3)以降低热导率为目的,引入纳米缺陷(点缺陷、堆垛缺陷、纳米沉淀),增强声子散射效果等。最后对GeTe基热电材料的研究进展进行了总结,并对其今后的研究发展提出展望。
研究·开发
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  纳米纤维素-氧化石墨烯层状薄膜的制备与性能

  张兴丽, 陈之岳, 陈昊

  功能材料. 2023, 54(1): 1092-1096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.012

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  纳米纤维素是具有可再生性、可降解性的天然高分子材料。基于氧化石墨烯优越的物理性能,采用真空抽滤方法制备纳米纤维素-氧化石墨烯高度有序层状结构以提高纳米纤维素薄膜的力学强度和疏水性能。实验结果表明,当石墨烯质量分数为4%时,纳米纤维素-氧化石墨烯层状薄膜的拉伸强度达到最大值204.4 MPa,比原始CNCs薄膜抗拉强度提升58.8%。层状薄膜的弹性模量随氧化石墨烯质量分数的增加呈现先增加后降低的趋势。通过对层状薄膜进行微观形貌分析和动态热机械性能分析验证了力学试验结果的准确性。对纳米纤维素薄膜和纳米纤维素-氧化石墨烯层状薄膜的接触角进行测定,发现由于纳米纤维素的氢键网络与氧化石墨烯表面游离羟基之间的相互作用,层状薄膜的疏水性能显著提升。
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  过渡金属碳化物Ti₃C₂Tx的制备及其电磁屏蔽性能研究

  李俊, 徐丽慧, 卢光明, 潘虹, 沈勇, 王黎明, 徐天阳, 蔡央芳

  功能材料. 2023, 54(1): 1097-1103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.013

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  二维过渡金属碳化物(MXene)具有优异的导电性、良好的柔韧性和亲水性等特点,其中Ti₃C₂Tx在电磁波屏蔽领域研究广泛。Ti₃C₂Tx是通过选择性刻蚀MAX相Ti₃AlC₂中Al元素后进一步剥离得到,因此刻蚀和剥离工艺直接决定了Ti₃C₂Tx的物化性质。采用LiF/HCl选择性刻蚀前驱体Ti₃AlC₂,优化刻蚀时间和剥离时间,制备了单/少层Ti₃C₂Tx。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman) 、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)等对Ti₃C₂Tx表面形貌、化学组成进行表征,并通过矢量网络分析仪(VNA)和四探针测试仪等研究了Ti₃C₂Tx的电磁屏蔽效能及导电性能。结果表明,采用LiF/HCl选择性刻蚀法能够有效制备单/少层Ti₃C₂Tx,在刻蚀时间为48 h,超声剥离时间为50 min时,获得的Ti₃C₂Tx薄膜电磁屏蔽性能最高达到52.5 dB,电导率可达7 342.1 S/m。同时,Ti₃C₂Tx自支撑薄膜在低厚度下绝对屏蔽效能达18 347.65 dB cm²g^-1,表现出优异的电磁屏蔽性能。
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  黄磷炉渣制SiO₂:Tb³⁺荧光材料及其发光性能研究

  刘玉蒙, 马业梅, 苏毅, 李艳红

  功能材料. 2023, 54(1): 1104-1109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.014

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  以工业废弃物黄磷炉渣为原料,用硝酸浸出得到具有三维网状结构的二氧化硅(SiO₂)。采用化学沉淀法制备出荧光强度较高以及良好的光学稳定特性的SiO₂:Tb³⁺荧光材料。通过X射线衍射、热重-差热分析、红外吸收光谱、扫描电子显微镜和荧光光谱等现代分析手段对荧光材料表面形貌和内部结构特征以及发光性能进行表征测试。结果表明,SiO₂:Tb³⁺荧光材料为无定型结构。在激发光谱图中,377 nm(⁷F₆-⁵L₁₀)处有一较强的激发峰,其发射峰位于544 nm处,归属于Tb³⁺的⁵D₄-⁷F₅特征跃迁发射,在紫外光照射下呈现明亮的绿色荧光。经过30天的材料稳定性测试,荧光强度下降速度仅为38 a.u/天,基本保持稳定,证实了该材料具有良好的光学稳定特性。
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  Tb掺杂DyBaCo₄O_7+δ纳米粉体的制备及其氧吸附/脱附性能的研究

  王娇, 王菲菲, 郝好山, 夏思怡, 刘少辉

  功能材料. 2023, 54(1): 1110-1114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.015

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  利用溶胶凝胶工艺合成了稀土元素Tb掺杂DyBaCo₄O_7+δ纳米粉体,采用XRD、SEM、差热分析仪等设备研究了不同浓度Tb掺杂对DyBaCo₄O_7+δ纳米粉体形貌、晶体结构及氧吸附-脱附性能的影响,测试结果表明:在较低掺杂浓度下,Tb很好地进入了Dy_1-xTb_xBaCo₄O_7+δ的晶格,稀土Tb掺杂的DyBaCo₄O_7+δ纳米粉体仍是六方密排晶体结构;Tb元素掺杂对DyBaCo₄O_7+δ粉体的形貌影响不大。从室温到1000℃,DyBaCo₄O_7+δ纳米粉体与Tb掺杂的DyBaCo₄O_7+δ纳米粉体均表现出两次氧吸附和脱附现象,与未掺杂的DyBaCo₄O_7+δ纳米粉体氧吸附性能相比,Tb掺杂的DyBaCo₄O_7+δ纳米粉体的氧吸附性能明显高于未掺杂DyBaCo₄O_7+δ氧吸附性能,DyBaCo₄O_7+δ的氧吸附的变化量为1.4%,而Dy_0.85Tb_0.15BaCo₄O_7+δ的氧吸附的变化量4.9%,同时研究了在N₂/O₂气体切换过程,DyBaCo₄O_7+δ纳米粉体与Tb掺杂的DyBaCo₄O_7+δ纳米粉体的氧吸附/脱附行为。DyBaCo₄O_7+δ氧吸附/脱附性能的改善可以归因为Tb元素掺杂改善了DyBaCo₄O_7+δ的间距变宽,提高了DyBaCo₄O_7+δ样品的储氧空间增加有关。
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  纳米碳纤维增韧水泥基复合材料的力学性能和耐久性能研究

  孙亚颇

  功能材料. 2023, 54(1): 1115-1119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.016

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  以普通硅酸盐水泥 P.O 42.5为基体材料,不同掺杂量(0,0.4%,0.8%和1.2%(质量分数))的纳米碳纤维为增强相,制备了纳米碳纤维增韧水泥基复合材料,研究了纳米碳纤维的掺杂量对水泥基复合材料晶体结构、力学性能和耐久性能的影响。结果表明,纳米碳纤维的掺杂在水泥基复合材料中未出现新的水化产物,但加速了水化反应的进行;纳米碳纤维的“连接”作用使水泥基复合材料的孔结构变得致密,裂纹和孔隙减少;随着纳米碳纤维掺杂量的增加,水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度先增大后减小,当纳米碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时,水泥基复合材料28 d的抗压强度和抗折强度均达到了最大值,分别为82.4和13.1MPa;采用单面盐冻法对水泥基复合材料进行抗冻性能测试,发现纳米碳纤维的掺杂改善了水泥基复合材料的抗冻性能,当纳米碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时,水泥基复合材料在28次冻融循环后单位面积质量损失量最小为0.114 kg/m²。综合力学性能和耐久性能分析可知,纳米碳纤维的最佳掺量为0.8%(质量分数)。
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  负载卟啉镓化合物的水凝胶材料抗菌性能研究

  郭欣宇, 吴哲, 马红艳

  功能材料. 2023, 54(1): 1120-1126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.017

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  通过高分子聚合法制备了两性离子水凝胶材料聚羧基甜菜碱(pCB)和非离子水凝胶材料聚甲基丙烯酸羟乙酯(pHEMA),运用菌落计数法测定了阳离子改性卟啉镓(Ga-CMP)对金黄色葡萄球菌(S. aureus)和大肠杆菌(E. coli)的最低抑菌浓度;考察了负载卟啉镓化合物的水凝胶缓释释放速度和抗菌性能。结果表明,阳离子改性卟啉镓对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌最低抑菌浓度分别为4 μM和10 μM。负载有Ga-CMP的水凝胶材料在30天内的测试区间表现出了持续释放。500 μg/mL pHEMA-Ga-CMP在12 h对金黄色葡萄球菌完全抑制,在8 h对大肠杆菌完全抑制;500 μg/mL pCB-Ga-CMP在24 h对金黄色葡萄球菌完全抑制,在24 h对大肠杆菌完全抑制。
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  纳米碳纤维改性混凝土的力学性能及抗冻性能研究

  周美容, 戴丽

  功能材料. 2023, 54(1): 1127-1132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.018

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  纳米碳纤维凭借着高的抗拉强度和弹性模量,被广泛应用于水泥混凝土的增韧剂。通过在混凝土材料中掺入不同含量(0,0.3%,0.6%和0.9%(质量分数))的纳米碳纤维,研究了纳米碳纤维掺杂量对混凝土力学性能和抗冻性能的影响。结果表明,纳米碳纤维的掺杂未生成新的产物,但加速了水化反应的进行,增加了改性混凝土的结构致密性,减小了孔隙和缺陷的数量。当纳米碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时,改性混凝土的形貌结构最佳。随着纳米碳纤维掺杂量的增加,改性混凝土的抗压强度、抗折强度和磨损量降低比率先增大后减小,单位面积的磨损量和80次冻融循环时刻的质量损失率先减小后增大。当纳米碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时,改性混凝土28 d的抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为47.83和5.92 MPa,单位面积的磨损量最小为1.12%,磨损量降低比率最大为55.56%,80次冻融循环时刻的质量损失率最小为1.23%。综合各分析可知,纳米碳纤维的最佳掺杂量为0.6%(质量分数)。
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  法向载荷对Fe基块体非晶复合材料摩擦磨损性能的影响

  张强, 李春燕, 李春玲, 侯少杰, 陈佳欣, 程志强, 寇生中

  功能材料. 2023, 54(1): 1133-1137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.019

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  为研究法向载荷对Fe基块体非晶复合材料摩擦磨损性能的影响,首先利用水冷铜模吸铸法制备了Fe基块体非晶复合材料;随后采用X射线衍射仪和显微硬度计分别对试样的物相组成和显微硬度进行表征;再通过往复摩擦磨损试验仪检测试样的摩擦磨损性能。结果表明:所制备的Fe基块体非晶复合材料内部同时存在晶体相和非晶相且非晶相占比为55.65%。此外相比于同种成分的传统晶态材料,Fe基块体非晶复合材料具有较高的硬度。随着载荷的逐渐增大,试样表面的磨损机制由最初的磨粒磨损和氧化磨损逐渐演变为磨粒、氧化以及疲劳3种磨损机制共存,磨损量进一步增加。
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  金丝在镀银铜支架上的键合性能研究

  肖雨辰, 吴保安, 唐会毅, 栾佰峰, 谭骁洪, 杨晓玲, 蔡欣男, 谢勇, 孙玲, 李凤

  功能材料. 2023, 54(1): 1138-1143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.020

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  键合金丝是电子封装过程中的关键材料,其键合可靠性对电子元器件的性能稳定性与寿命具有重要的影响。使用自制的Au丝将2835 LED芯片与镀Ag支架键合,并采用破坏性键合强度测试和加速寿命试验,测试并研究了Au丝的键合强度及Au-Ag键合界面的可靠性,通过扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)等手段,对比分析了高温及电流加载对Au丝及Au-Ag键合界面组织演变及元素扩散行为的影响。研究结果表明,高温偏压寿命试验(TBOL)后,Au与Ag的相互扩散加剧,Au-Ag键合点残金面积增大,Au焊点中Ag含量从0.195%提高至1.584%(质量分数),使焊点固溶强化效应增强,焊点平均推力值增大约10%,进一步提高了焊点的键合可靠性。
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  丙烯酸接枝改性氧化石墨烯及其对Ce(Ⅲ)的吸附性能研究

  刘遵义, 谭磊, 曲静, 杨卉, 郝燕

  功能材料. 2023, 54(1): 1144-1153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.021

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  以氧化石墨烯为基材,通过接枝丙烯酸单体,对其进行功能化改性,制备出对Ce(Ⅲ)具有良好吸附性能的吸附材料(GO-g-PAA)。系统研究了吸附时间、溶液pH值等不同实验条件对Ce(Ⅲ)吸附行为的影响。结果表明,GO-g-PAA用于吸附Ce(Ⅲ) 时可在100 min达到吸附平衡,吸附过程符合准二级吸附动力学方程和Langmuir等温吸附模型,属于化学吸附和单分子层吸附,其理论最大吸附量为251.9 mg/g。XPS谱图证实GO-g-PAA吸附Ce(Ⅲ)时属于阳离子交换机理。此外,GO-g-PAA在pH=1时对Ce(Ⅲ)的吸附量仍可达到101.9 mg/g,说明该吸附剂可在强酸性条件下使用,因此GO-g-PAA在去除废水中的稀土离子污染物方面具有良好的应用前景。
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  焦耳-应力退火对Co基薄带巨磁阻抗的影响

  张树玲, 甘志颖, 刘慧娴, 高露露, 丁文捷

  功能材料. 2023, 54(1): 1154-1158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.022

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  采用焦耳-应力退火处理了Co_83.2Fe_5.2Si_8.8B_2.8非晶薄带,利用阻抗分析仪和磁光克尔效应显微镜分析了焦耳-应力退火前后Co基薄带的巨磁阻抗效应和磁畴结构。结果表明,经焦耳-应力退火后,薄带的GMI效应得到提高,24.5 MPa焦耳-应力退火后,0.4 MHz时,薄带的最大阻抗变化率达到47.6%,1 MHz时,其磁场响应灵敏度达到280.2%/(kA/m)。磁畴观察发现,随退火过程中拉应力的施加,薄带表层横向带状畴内部逐渐形成细小纵向畴,同时横向带状畴逐渐向纵向偏转,表明对于具有负磁滞伸缩系数的Co基薄带,焦耳-应力退火可以促进薄带内衍生纵向细畴,且纵向拉应力的施加,增强了薄带的纵向各向异性。因此,焦耳-应力退火改善了薄带的低频纵向驱动GMI效应,磁场响应灵敏度也大幅度提高。
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  高自旋极化材料CoFeXSn (X = Ti, V, Cr) 合金的相稳定性、力学、热学性质以及电子结构

  李歌天, 夏中昊, 柳祝红

  功能材料. 2023, 54(1): 1159-1170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.023

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  Co基Heusler合金具有高居里温度和高自旋极化率,在自旋电子学器件中表现出潜在的应用前景。通过第一性原理计算研究了CoFeXSn (X = Ti, V, Cr) 合金的结构、磁性、机械性能、动力学稳定性和电子结构。研究结果表明,CoFeXSn (X = Ti, V, Cr) 合金均以LiMgPbSn型结构结晶并遵循优先占位规则。合金的磁性行为具有明显的分界,Co-Ti/V和Co-Cr合金内部的原子磁矩和磁耦合方式明显不同,但都基本符合Slater-Pauling行为。CoFeTiSn 和CoFeVSn合金具有机械稳定性和动力学稳定性,而CoFeCrSn合金的声子谱线却有明显的虚频。电子结构的分析表明这些合金在某一自旋方向上均存在能隙,具有接近于半金属材料的性质。
工艺·技术
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  电石渣改性固体废弃物胶固粉的制备及性能研究

  龙震宇, 袁怡

  功能材料. 2023, 54(1): 1171-1175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.024

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  以32.5级普通硅酸盐水泥、Ⅱ级粉煤灰和芒硝为原料,工业废弃物电石渣为添加材料,制备了不同电石渣掺杂量(0,0.5%,1.0%和1.5%(质量分数))的改性胶固粉,分析了电石渣掺杂量对改性胶固粉晶体结构、微观形貌、力学性能、凝结时间和结合水量的影响。结果表明,电石渣的掺杂没有生成新的产物,但加速了C₂S和C₃S的消耗,提高了水化反应的速率,当电石渣的掺杂量为1.0%(质量分数)时,水化产物结合最为紧密;随着电石渣掺杂量的增加,改性胶固粉的凝结时间逐渐减小,28 d的抗压强度和化学结合水量均先增大后减小。当电石渣的掺杂量为1.0%(质量分数)时,28 d的抗压强度和化学结合水量达到了最大值,分别为2.98 MPa和6.8%。这是因为适量电石渣的掺入加速了胶固粉的水化反应,增加了其结构致密性,从而提高了胶固粉的力学性能。由此可知,电石渣的最佳掺杂量为1.0%(质量分数)。
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  Ti掺杂隧道型钠离子电池正极材料的制备及电化学性能

  庄新蝶, 全祖浩, 周朋飞

  功能材料. 2023, 54(1): 1176-1180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.025

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  锂离子电池由于高能量密度和长循环寿命,被广泛应用在3C电子产品和电动汽车领域,但由于锂资源储量低、分布不均和较高的价格,使得锂离子电池在规模储能领域的应用受到限制。同时,钠离子电池凭借其较低的成本已逐渐发展为锂离子电池的替代品。但Na⁺较大的离子半径使得钠离子电池在实际中的应用受到限制,因此开发高性能储钠电极材料,成为钠离子电池的研究重点。采用溶胶凝胶法制备Ti掺杂隧道型Na_0.55-Mn_xTi_1-xO₂作为钠离子电池正极材料,并对其电化学性能和充放电过程相结构演变进行探究。实验表明掺杂适量Ti元素有利于减轻Na⁺嵌入/脱出过程中晶格参数和相结构的变化,其中Na_0.55Mn_0.9Ti_0.1O₂材料表现出最佳的循环稳定性和倍率性能,同时该材料在低温为10 ℃时的首圈放电比容量为89.5 mAh·g^-1,在循环300圈后,容量保持率为91.4%,表明隧道型Na_0.55Mn_0.9Ti_0.1O₂作为钠离子电池正极材料具有较好的应用前景。
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  硅基pH荧光纳米颗粒的制备及其光学性能研究

  张静, 刘秀军, 薛文博, 王帅达

  功能材料. 2023, 54(1): 1181-1185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.026

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  荧光素钠的分子内运动会受到刚性无机材料的限制,阻塞非辐射弛豫通道,使放射性衰变填充到基态,提高其发光性能。利用stber法制备了pH响应荧光纳米颗粒。红外分析结果表明,荧光素钠与二氧化硅有效复合。探讨了荧光纳米颗粒的紫外光谱和荧光光谱与溶液pH值的响应关系。在pH值为1~3时,430 nm处紫外吸收强度随pH值增加逐渐降低,在pH值为4~11时,424到484 nm间紫外吸光强度随pH值增加逐渐增加,520 nm时线性良好;而在pH值为4～9之间,荧光强度随pH值增加而升高,并具有较好的响应关系。 对荧光纳米颗粒分别在pH值为5和10的缓冲溶液中的荧光光谱进行了干扰测试,几乎不受常见离子干扰,具有良好抗干扰能力。
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  碳化温度对泡沫碳光热水蒸发性能的影响

  袁家相, 方伟, 陈辉, 王大珩, 杜星, 何漩, 李薇馨, 赵雷

  功能材料. 2023, 54(1): 1186-1193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.027

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  采用表面活性剂发泡法制备三维多孔泡沫碳光吸收体,通过改变碳化温度调节泡沫碳有机质/C相对含量比,研究其与光吸收、导热率的关系,找到最优平衡点,综合优化太阳光水蒸发性能。结果表明,泡沫碳的碳化温度对泡沫碳中有机质/C相对含量比和孔结构有直接影响,有机质/C相对含量的降低可有效提高样品光吸收率,但也会引起隔热性能降低,使水蒸发体系热管理能力变差;碳化温度为600 ℃时,泡沫碳光吸收-热管理达到最优平衡点,获得最高的光吸收率(96.5%)和最优的太阳光水蒸发性能(1.0391 kg m^-2 h^-1),其水蒸发率是纯水的2.08倍。
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  基于响应曲面法的ACVR改性沥青配比设计及流变性能研究

  肖庆一, 赵振超, 范津, 龚芳媛, 李正中

  功能材料. 2023, 54(1): 1194-1201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.028

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  为研究活-硫共混橡胶(Activated-Vulcanized compound rubber,ACVR)复合改性沥青的效果,根据响应曲面设计原理,以活化橡胶(Activated Rubber,AR)、硫化胶粉(Vulcanized Rubber,VR)为改性剂,制备不同条件(活化程度、活-硫橡胶混配比、橡胶掺量)下的ACVR复合改性沥青,以针入度、软化点、延度、旋转粘度为响应指标,确定ACVR复合改性沥青的最佳优化方案,并进一步探讨了ACVR复合改性沥青的流变性能。结果表明,ACVR复合改性沥青的优化方案为:活化程度73.7%、活-硫橡胶比1.6、橡胶掺量40%。在此条件下ACVR复合改性沥青的高温抗车辙与低温抗变形能力得到极大改善。
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  富铁低锆Sm₂Co₁₇型烧结永磁材料磁性能提升机理研究

  王帅, 雍辉, 韩婷, 朱亚武, 胡季帆

  功能材料. 2023, 54(1): 1202-1207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.029

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  高磁能积Sm₂Co₁₇型烧结永磁体的磁性能和其合金成分及微观结构密切相关。通过调整Fe、Zr含量,优化微观结构,使磁体最大磁能积(BH)_max和内禀矫顽力H_cj得到了同步提升。采用PFM、EPMA、TEM等先进的分析测试方法,研究了微观结构对磁体磁性能的影响。研究表明,随着Fe含量由15%增加到19%,Zr含量由3% 降低到2.6%(质量分数),磁体剩磁B_r由1.07 T增加到1.13 T,(BH)_max也由217.15 kJ/m³增加到241.19 kJ/m³,同时,磁体H_cj也得到一定提高,由2641.13 kA/m增加到2 774.86 kA/m。通过提高Fe含量,降低Zr含量,可以使磁体内避免生成块状富Zr相,提高磁体B_r和(BH)_max。当Fe含量为19%(质量分数),Zr含量为2.6%(质量分数)时,磁体获得了较大尺寸的胞组织,胞壁处有较高的峰值Cu浓度(26.9%(质量分数)),这是磁体H_cj同时提高的主要原因。
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  新型MOF@木材复合材料的制备及其染料吸附和阻燃性能研究

  张旭鹏, 朱刚, 邓书端, 李辉, 张朝岭, 李凯钱

  功能材料. 2023, 54(1): 1208-1214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.030

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  金属-有机骨架(MOF)晶体的实际应用通常受其粉末形态的限制。将天然轻木作为基体负载MOF颗粒,采用简便通用的生长策略成功制备了一系列新型MOF@木材(MOF=UiO-66,ZIF-8和ZIF-67)复合材料,并系统研究了其微观结构、阻燃性能及其对亚甲基蓝(MB)染料的吸附行为。研究结果表明,不同晶粒尺寸和形貌的MOF引入木材基体后,大量均匀分布在木材支架内的管腔表面并保持了其结晶度。其中,ZIF-8@木材具有更加优异的MB吸附能力,对MB的去除率为82.5%,最大吸附量可达210.9 mg·g^-1。吸附过程符合伪二阶动力学模型,说明MOF@木材对MB的吸附主要为化学吸附。此外,UiO-66的掺入对木材基体早期热稳定性和炭层形成的影响优于ZIFs。相比于天然木材,UiO-66@木材的热释放峰值(PHRR)由94.5 W·g^-1急剧降至36.5 W·g^-1,总热释放量(THR)从7.7 kJ·g^-1下降到5.4 kJ·g^-1。同时,在800 ℃ 的炭化率显著提高了84.8%。本研究为设计和构筑功能化MOF@木材复合材料提供了新的途径,可能促进其在环境和绿色建筑等领域的应用。
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  两步法制备黄铜表面超疏水肉豆蔻酸/TiO₂涂层与性能研究

  吕丹, 尹华伟, 曹亚超, 李欣悦, 胡传波

  功能材料. 2023, 54(1): 1215-1223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.031

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  采用化学刻蚀法和复合改性两步法在黄铜基体上制备了超疏水肉豆蔻酸(MA)/TiO₂涂层(E-MAT)。通过接触角测量仪详细考察了刻蚀时间与刻蚀温度对黄铜疏水性能(刻蚀并改性后)的影响。结果表明,当刻蚀时间为55 min,刻蚀温度为30 ℃时,且经MA/TiO₂复合改性的黄铜表面可获得高达167.4°的水接触角。接着,采用SEM、CLSM、EDS、XRD与FTIR对E-MAT涂层进行了形貌与成分分析。分别利用砂纸磨损与胶带剥离实验研究E-MAT涂层的机械稳定性。此外,E-MAT超疏水涂层还表现出优异的自清洁性能。在3.5% NaCl溶液中的电化学腐蚀测试显示E-MAT涂层自腐蚀电流密度下降至8.32 × 10^-5 A/cm²,腐蚀保护效率高达97.0%。可见,刻蚀-改性结合法操作简单,便于构造大面积金属基超疏水表面,具有广阔的应用前景。
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  Pt-N-TiO₂纳米管电极的制备及其表征

  王理明, 李梦瑶, 徐若凡, 张甜, 赵玲, 刘婷婷, 敖冬

  功能材料. 2023, 54(1): 1224-1228. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.032

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  采用光化学沉积法与等离子体法制备Pt-N-TiO₂纳米管电极,SEM、EDS以及XRD等表征手段表明TiO₂纳米管管径约为90 nm,Pt纳米颗粒均匀负载至纳米管管口且未改变TiO₂纳米管结构。UV-Vis-DRS表明Pt-N-TiO₂纳米管光吸收性能在可见光区相比掺Pt前提高明显。CV、EIS电化学性能分析表明Pt-N-TiO₂纳米管表面电荷转移加快,具有更好的导电性能和氧化性能。通过降解目标染料甲基紫分析Pt-N-TiO₂纳米管的光电催化性能,在初始浓度10 mg/L,pH=3,外加偏压25 V,Pt负载浓度为1 g/L,甲基紫60 min降解率93.64%,降解过程符合一级动力学反应方程。
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  表面端基对MXene材料电解水制氢的影响

  张萌玲, 卢清杰, 卢强, 柳清菊

  功能材料. 2023, 54(1): 1229-1236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.01.033

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  电解水制氢是获取绿色氢能、应对能源危机的途径之一。MXene材料因其优异的物理、化学性能,在提升电解水制氢效率方面极具应用潜力。介绍了MXene材料在电解水制氢方面的研究现状,综述了表面端基对MXene材料产氢性能的影响并对其发展趋势进行了展望。