2023年, 第54卷, 第2期　刊出日期：2023-02-28

  

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  本期中英文目录、封面

  功能材料. 2023, 54(2): 0-0.

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热点·关注(2022年度重庆市出版专项资金资助项目)
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  水泥基混杂自修复微胶囊的二次修复特性与机理

  王信刚, 张轩哲, 邹府兵, 朱街禄

  功能材料. 2023, 54(2): 2001-2005. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.001

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  以水泥基混杂微胶囊为研究对象,采用环扫电镜(ESEM)、激光粒度分布仪(LA)、激光共聚焦显微镜(LSM)分别表征其微观形貌、颗粒特性和修复特征,采用强度恢复率、孔结构分析水泥基混杂微胶囊的二次修复能力。结果表明:缓释微胶囊囊壁孔洞分布均匀,具有缓慢释放和多次释放特点;普通微胶囊表面粗糙易破裂,具有快速释放和破裂释放特点。水泥基混杂微胶囊一次强度恢复率相比单掺缓释微胶囊提升28.72%,二次强度恢复率相比单掺普通微胶囊提升252.34%。水泥基混杂微胶囊具备快速修复能力且可以实现二次修复,二次修复主要是缓释微胶囊发挥作用。
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  石墨烯位置对SY荧光淬灭效率的影响规律研究

  袁小亚, 俞丽芯, 刘予涵, 冷重钱, 黄德萍, 邵丽, 聂长斌, 魏大鹏

  功能材料. 2023, 54(2): 2006-2011. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.002

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  荧光淬灭被广泛应用于生物检测、环境检测以及重金属检测等领域。研究表明,石墨烯(graphene, Gr)是一种有效的荧光淬灭剂,可以淬灭各种有机染料涂层。以超级黄色发光 PPV 共聚物(super yellow, SY)作为荧光染料,通过制备4种不同叠层结构来研究石墨烯的位置对SY荧光淬灭的影响规律,并分析其淬灭机理。结果表明Gr/SY/Gr结构的荧光淬灭效率最佳,且淬灭机理为基于电子转移的动态淬灭。该研究将促进石墨烯在生物传感器、生物荧光标记、环境污染检测等领域的应用。
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  改善锂离子电池电极/电解液界面高温稳定性的研究进展

  杨柯蓉, 张晶晶, 东红, 王洁, 孙金龙, 李世友

  功能材料. 2023, 54(2): 2012-2017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.003

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  电极/电解液界面作为制约锂离子电池高比能量和电化学稳定性的关键因素,其高温稳定性对电池的电化学性能有着重要影响。综述了近几年来改善锂离子电池高温稳定性的研究进展;介绍了高温环境对锂离子电池电极材料和电解液的主要影响;主要从电解液组成角度出发分析了如何设计高温条件下可稳定存在的电极/电解液界面膜,进而有效地改善锂离子电池的高温性能;最后对锂离子电池高温电解液未来的发展和研究方向进行了展望。
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  固体氧化物燃料电池新型连接体材料的研究进展

  程强, 韩东, 时婧, 郑莉莉, 徐斌, 孙明月

  功能材料. 2023, 54(2): 2018-2025. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.004

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  连接体是固体氧化物燃料电池(SOFC)中的关键组件,对连接体的高性能需求一直制约着SOFC的商业化发展。随着SOFC的运行温度降低到800 ℃以下,廉价的高温抗氧化金属连接体材料取代掺杂铬酸镧(LaCrO₃)陶瓷的可能性大大增加。此外,为了优化连接体的性能,大量的导电/保护性涂层及新的复合材料也不断地涌现。综述了迄今为止连接体材料的发展现状,在对各种连接体材料以及涂层材料的性能和优缺点进行比较的同时,重点介绍了新开发连接体材料的研究进展,并对连接体材料的发展趋势进行了展望。
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  钙钛矿型金属-有机框架化合物多铁性的研究进展

  徐兴亮, 王晨宇, 李兴鳌

  功能材料. 2023, 54(2): 2026-2035. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.005

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  钙钛矿型金属-有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)化合物是潜在的一类新型多功能磁电材料,受到科研人员的广泛关注。介绍了ABX₃架构的钙钛矿型多铁性材料的研究进展与应用概况,重点讨论了ABX₃型MOFs化合物的多铁性与磁电耦合效应的机理研究现状。进一步展望了MOFs材料的发展和应用前景,并提出了一种可以作为新型磁电存储器存储单元的MOFs材料。
综述·进展
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  聚乙烯醇导电水凝胶增强剂的研究进展

  尹富强, 许啸, 李赵春

  功能材料. 2023, 54(2): 2036-2042. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.006

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  聚乙烯醇是一种应用极为广泛的水溶性材料,能过通过交联形成水凝胶。聚乙烯醇导电水凝胶具有良好的亲水性、生物可降解性、生物相容性、高结晶性和与纳米纤维素混合的可行性。聚乙烯醇导电水凝胶同时也具有较好的导电性,使得其在生物医学、柔性传感等领域具有广泛的应用前景。综述了聚乙烯醇导电水凝胶在柔性传感领域的最新发展,重点了介绍了导电填料和增强剂,包括聚合物多交联、纳米复合材料、甘油及乙二醇。进一步介绍了此类水凝胶的力学性能和电性能。最后,讨论了聚乙烯醇水凝胶在柔性传感领域面临的挑战和未来展望。
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  超疏水表面的制备与应用研究进展

  尤航, 彭毅

  功能材料. 2023, 54(2): 2043-2054. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.007

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  近年来,受天然动植物的启发,越来越多的研究者设计和制备出了大量仿生超疏水表面。超疏水是指水滴接触角>150°,滚动角<10°的湿润状态。超疏水表面应用广泛,如耐腐蚀、防冰除冻、油水分离、自清洁性等性能,在很多领域有着较大的价值,国内外诸多学者开展了超疏水表面的制备及应用研究。高效的制备方法及持续的超疏水性能已成为该领域的研究热点和重要发展方向。在简要回顾超疏水理论模型之后,按照超疏水表面的制备方法以及应用等方面进行归纳分类并详细介绍其研究和应用现状,最后对其未来的发展趋势进行展望。
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  黑磷在离子电池中的应用研究进展

  袁天恒, 刘雷, 胡方正, 王志彦, 王亚涛, 李建华, 祖雷, 崔雪梅, 贾伟艺, 连慧琴, 崔秀国

  功能材料. 2023, 54(2): 2055-2063. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.008

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  新型纳米材料黑磷呈二维折叠层状结构,具有独特的光电特性,其理论容量大、载流子迁移率高、氧化还原电位低、带隙可调,在电化学储能、光催化制氢、癌症靶向治疗等领域应用前景广阔。尤其是在电化学储能领域,因其高达2 596 mAh/g的理论比容量,已被作为锂离子电池与钠离子电池的负极材料得到了广泛的应用,是可充电电池理想的负极材料之一。综述了黑磷在离子电池领域的应用,旨在为后续黑磷的结构设计奠定基础,为储能领域蓬勃发展铺平道路。
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  烷烃相变微胶囊的制备及其凝固研究进展

  王慧昌, 贾莉斯, 陈颖, 莫松平, 钟凯

  功能材料. 2023, 54(2): 2064-2071. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.009

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  烷烃相变微胶囊具有化学性能稳定、储能密度高,相变温度可选等特点,是相变储能和强化换热技术常用的一类材料,在新能源利用、电子电器散热、建筑节能等领域有着广泛应用。烷烃微胶囊的相变储能和传热性能与其凝固相变过程密切相关。分析总结了近年来国内外关于烷烃微胶囊凝固性能、成核机制以及影响因素的研究进展,并指出获取尺寸均匀和成份可控的烷烃微胶囊是开展凝固研究的重要前提。
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  锂离子筛吸附材料的研究进展

  段曼华, 程丹, 高倩, 肖伟, 杨占旭

  功能材料. 2023, 54(2): 2072-2081. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.010

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  锂是科技时代不可或缺的能源金属,锂资源的绿色、高效开发是保障相关产业健康发展的关键。锂矿石等固态锂资源的储量有限,已经难以满足人们的需求,储量巨大的液态锂资源正在成为人们关注的焦点。近年来,研究人员开发了多种从富含Li⁺的盐湖卤水和海水等液态锂资源中提锂的技术。相对于其他方法,吸附法具有无污染、工艺简单、效率高和可循环等优点,已经成为广泛应用的提锂方法,其中吸附剂是该技术的核心。对近年来国内外吸附法提锂用锂离子筛的研究进展进行了综述,主要介绍了锰基锂离子筛和钛基离子筛吸附剂的化学结构、离子的嵌入/脱嵌机理、制备方法、掺杂改性的工艺以及不同的成型技术。并进一步阐述了未来锰基锂离子筛和钛基锂离子筛吸附剂材料的研究重点和发展方向。
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  碳量子点在废水处理领域的研究进展

  郭博森, 王闻达, 赵航, 詹培颖, 罗卫华

  功能材料. 2023, 54(2): 2082-2090. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.011

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  近年来经济的迅速发展产生了大量污染物,对环境造成了极其严重的危害,其中废水已经通过各个渠道影响人类的生命健康,但是至今并未得到有效解决。碳量子点(CQDs)是一种具有独特荧光性质的新型纳米碳材料,又具有成本低、环境友好等特点,其中低毒性和荧光特性可运用于废水处理领域。因此,首先介绍了碳量子点的常用制备方法,并总结了其优缺点;其次,阐述了碳量子点作为催化剂对废水中各种污染物的降解、制备成复合膜对废水中重金属和有机染料的吸附、作为传感器对废水中毒离子的监测的最新应用研究;最后,总结了碳量子点在废水处理这一领域的不足之处,提出了碳量子点未来面临的机遇和挑战。
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  石墨烯在固态电池界面改性中的应用

  郭晓东, 刘鹏, 杨现锋, 贺浩, 毛卫国

  功能材料. 2023, 54(2): 2091-2099. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.012

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  全固态锂电池具有安全可靠性高、能量密度大、循环寿命长、电化学窗口宽、高温适应性强等优点,制约其实际应用的主要瓶颈在于电极与固态电解质之间的界面问题,包括负极界面区的锂枝晶、体积膨胀,正极界面区的结构变化、空间电荷层、界面反应等。石墨烯因其特殊的二维结构,优良的导电、导热及力学性能而广泛应用于电化学储能领域。综述了石墨烯在电极/固态电解质界面改性方面的研究进展,并对石墨烯在固态电池领域的应用前景进行了展望。
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  发光纤维的研究现状及应用

  张志豪, 杨雪, 辛斌杰

  功能材料. 2023, 54(2): 2100-2108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.013

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  随着环境污染和能源危机的日益严峻,发光纤维的研究与应用引起广大科研人员的关注。发光纤维不仅具有普通纤维良好的机械性能,还具有可发光、环境友好性、生物相容性、抗老化性、以及可持续发光等诸多优点。发光纤维主要分为荧光纤维和夜光纤维两类, 而夜光纤维又可以进一步分为自发光和蓄光纤维。发光纤维可以通过吸收外界能量-储存能量-散发出光子这一周而复始的过程实现发光。发光纤维的使用可缓解资源匮乏的问题也符合我国节能减排的需求。通过对发光纤维的分类及发光机理、制备方法以及应用等方面代表性文献进行了梳理和总结,以期为发光纤维的深入研究提供一定的理论支持。
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  石榴石型Li₇La₃Zr₂O₁₂固态电解质离子电导率及电极界面问题研究进展

  滕雅男, 柳欢, 徐薇, 白杰, 李春萍

  功能材料. 2023, 54(2): 2109-2122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.014

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  石榴石型Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)固态电解质因高安全性且对锂金属稳定成为固态锂电池的关键材料。但是,石榴石型固态电解质离子电导率还有待提高以及固-固界面不良接触导致的界面电阻大等问题使LLZO基固态电池的实际应用受到了限制。从石榴石型LLZO结构角度出发,探讨了锂离子输运机制并综述了提高离子电导率的策略及最新成果。针对固态锂电池无法避免的界面问题,从LLZO固态电解质与同为固态的电极接触方面,总结了优化界面的具体方法。最后,提出了石榴石型固态电解质未来可研究的方向,并促进其在全固态锂电池中的发展和应用。
研究·开发
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  Co₂MnSi_1-xZ_x (Z=B, P, As) Heusler合金的磁性和电子结构的第一性原理计算

  李歌天, 夏中昊, 马星桥

  功能材料. 2023, 54(2): 2123-2128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.015

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  通过第一性原理计算研究了Co₂MnSi_1-xZ_x(Z=B, P, As) Heusler合金的能带结构和自旋极化,同时也证明了具有不同价电子的其他元素Z对Si的取代可以控制费米能级在带隙中的移动。与此同时,随着同种Z元素浓度的变化,晶格参数具有接近线性变化的特征,并且这些合金的能带结构具有相似的特点。不同合金的磁矩随价电子数呈线性变化趋势,符合Slater-Pauling行为。由计算结果可知,当x=0.125左右, Co₂MnSi_1-xP_x和Co₂MnSi_1-xAs_x 合金具有较好的电子性质和较高的自旋极化。
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  CoCrFeNiSn系高熵合金组织及相分析

  李伟, 熊凯, 张顺猛, 孙泽鹏, 毛勇, 郭锦新

  功能材料. 2023, 54(2): 2129-2133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.016

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  以CoCrFeNi合金为基体,通过添加Sn元素和改变各元素含量,设计并制备了CoCrFeNiSn、Co_0.5CrFeNiSn、CoCr_0.5FeNiSn、CoCrFe_0.5NiSn、CoCrFeNi_0.5Sn 5种高熵合金。其中CoCrFeNiSn、Co_0.5CrFeNiSn、CoCr_0.5FeNiSn、CoCrFe_0.5NiSn合金由FCC (face-centered cubic) 相(黑色相)以及六方相(灰色相)组成,并且在这几种合金均出现了共晶组织,以CoCrFe_0.5NiSn合金中出现的共晶组织最多。而CoCrFeNi_0.5Sn合金则由FCC (face-centered cubic) 相(黑色相)以及四方相(灰色相)组成,没有观察到共晶组织。通过观察共晶组织体积的变化,发现Fe元素的减少有利于共晶组织的形成,Ni元素的减少不利于共晶组织的形成。EDS(Energy dispersive spectroscopy)分析结果表明Ni、Sn元素偏析在灰色相中,Co、Cr、Fe元素偏析在黑色相中。当灰色相中的Ni、Sn元素含量比在1.15～1.25范围内,有利于六方相的形成,否则灰色相倾向于形成四方相。对具有HCP结构的共晶高熵合金的设计和开发具有一定的借鉴和指导意义。
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  氧化碳纳米管掺杂聚醚酰亚胺复合薄膜的非线性电导特性

  杨露茜, 王浩源, 杨科, 李衡峰

  功能材料. 2023, 54(2): 2134-2139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.017

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  使用高长径比填料,成功制备出了一种低逾渗阈值的非线性电导材料。采用混酸回流法制备了氧化多壁碳纳米管(Ox-MWCNTs),并以其为填料,使用涂覆工艺制备了一系列氧化多壁碳纳米管/聚醚酰亚胺(Ox-MWCNTs/PEI)复合薄膜。采用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱和扫描电子显微镜对氧化多壁碳纳米管的微观结构进行表征分析,并通过非线性电导性能和介电性能测试研究了填料含量对复合薄膜性能的影响。当Ox-MWCNTs的质量分数仅为3%时,复合材料就已经表现出了显著的非线性电导特性,非线性系数达到了6.2。同时,在保持低介电损耗的前提下,3%填料含量的复合材料的介电常数也从6.04提升到了14.56。
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  盐渍土腐蚀环境下微胶囊自修复混凝土抗腐蚀性能研究

  刘树平, 张戎令, 窦晓峥, 段亚伟, 赵东东, 陈东亮

  功能材料. 2023, 54(2): 2140-2145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.018

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  为保证盐渍土地区混凝土服役寿命,区别于以往自修复材料,合成一种可以感知外界腐蚀离子并释放内部修复剂的微胶囊,以合成温度为变量控制引发剂分解速率得到了具有不同包裹率的微胶囊。选取其中包裹率、腐蚀离子响应能力较好的微胶囊,将其掺入混凝土中得到具有自修复功能的混凝土。改变微胶囊掺量测试混凝土动弹性模量及抗腐蚀能力。研究结果表明:在合成温度为75 ℃环境条件下的微胶囊包裹率优于65和85 ℃环境条件下。盐渍土-硫酸盐干湿循环腐蚀下混凝土构件动弹性模量均呈现先上升后下降的趋势,在20次干湿循环后未掺微胶囊的混凝土动弹性模量急速下降,在40次干湿循环后为掺微胶囊的混凝土内部侵入了更多的硫酸盐,试验拌制的自修复混凝土具有良好的抗硫酸盐侵蚀能力,对实际工程中建筑结构应对硫酸盐腐蚀具有十分重要的借鉴意义。
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  双层超材料板的弯曲波超低频带隙特性研究

  肖伟民, 李禹昕, 户文成, 李贤徽, 聂京凯, 石磊, 张潇, 赵寰宇

  功能材料. 2023, 54(2): 2146-2152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.019

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  针对局域共振型双层超材料板,利用有限元法研究了几何参数与材料组分参数对弯曲波带隙的影响。通过优化计算得到较合理的参数,进而设计了附加钢质量块的ABSPMMA材料双层板,结果表明其在亚波长尺寸可以打开超低频54-65 Hz弯曲波带隙。将该超材料板建立等效弹簧质量系统,求解等效动态质量的负密度频率段与弯曲波带隙宽度很好地一致,并进一步阐述带隙产生机理。考虑板的隔声性能,分析了不同声波入射角对传声损失的影响,在带隙频率范围内的57 Hz点传声损失(STL)幅值均能取得最大值,这表明超低频带隙能够起到良好减振降噪效果,由此显示这种新型双层超材料板在工程领域具有广泛的应用。
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  氧化石墨烯改性水泥基注浆材料的制备及力学性能研究

  程思嫄, 陈代果, 古巍

  功能材料. 2023, 54(2): 2153-2158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.020

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  氧化石墨烯凭借较高的比表面积和独特的片层状结构,具有优异的理化性能。为获得高性能的水泥基注浆材料,通过引入不同掺杂量(0.00,0.02%,0.04%和0.06%(质量分数))的氧化石墨烯,制备了改性水泥基注浆材料。采用XRD、SEM、FT-IR和力学性能测试等分析了氧化石墨烯的掺杂量对改性水泥基注浆材料晶体结构、力学性能和自收缩性能的影响。结果表明:氧化石墨烯的掺杂加速了水化反应的进行,提高了Ca(OH)₂的生成速率,同时减小了裂纹数量,增加了结构致密性;当氧化石墨烯的掺杂量为0.04%(质量分数)时,28 d的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度均达到了最大值,分别为59.80,14.70和1.89 MPa;所有注浆材料在水化前期收缩较快,20 h后收缩量进入了“平台期”,随着氧化石墨烯掺杂量的增加,改性注浆材料的自收缩性能抑制效果先增大后减小,当氧化石墨烯的掺杂量为0.04%(质量分数)时,改性注浆材料的自收缩量最小。
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  ZnO含量对AgCuOIn₂O₃SnO₂ZnO材料电接触性能的影响

  滕汶宋, 周晓龙, 胡晨, 于杰, 刘满门, 王立惠

  功能材料. 2023, 54(2): 2159-2166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.021

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  实验采用原位反应合成法制备了4种ZnO含量不同的AgCuO(10)In₂O₃(2)SnO₂(2)ZnO(x),(x=0.5、1、1.5、1.8)电接触材料并制成电触头铆钉,通过XRD、SEM、JR04C触点测试机等测试手段,分析了ZnO含量对材料电接触性能的影响。结果表明:电流电压的同时增大,材料电弧侵蚀现象更为明显;ZnO含量对接触电阻、熔焊力、阳极损耗及材料转移有着不同规律的影响,ZnO含量为1.8%(质量分数)的触头具有相对稳定且较低的接触电阻,当ZnO含量为1.0%(质量分数)时平均熔焊力最低,随着ZnO含量的增大,阳极损耗及质量转移质量呈现先减小后增大的趋势,但ZnO含量对于燃弧能量的影响不明显;电弧侵蚀后的阳极表面形成凹坑,阴极表面形成凸峰,ZnO含量的不同,阳极表面侵蚀面积及侵蚀形貌略有不同。对比发现,添加一定含量的ZnO对于AgCuO(10)In₂O₃(2)SnO₂(2)材料的电接触性能有所提升。
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  微晶石墨改性用作锂离子电池负极材料

  周奇, 文博, 谢志勇

  功能材料. 2023, 54(2): 2167-2173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.022

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  微晶石墨存在加工性能差、低首效的缺点,对此采用了高温石墨化、碳化包覆对微晶石墨进行改性,引入了超高分子羧甲基纤维素钠(CMC)作为分散剂。与改性前的微晶石墨对比,加工性能和电化学性能得到大幅度提升。利用激光粒度分布仪等表征了其物理性能,利用SEM等分析了微晶石墨的结构和表面形貌,利用浆料粘度的变化表征其加工性能,并通过扣电测试了其电化学性能。结果表明:高温处理后的微晶石墨扣电首效由64.2%提升至87.1%,克容量发挥275.2 mAh/g提升至343.3 mAh/g;包覆后的微晶石墨浆料稳定性更好,克容量发挥达到394 mAh/g;使用超高分子CMC保证浆料稳定性的同时,也改善电池的倍率性能。
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  二元混合表面活性剂对纳米流体热物性影响

  石月, 马秀琴, 杨宾

  功能材料. 2023, 54(2): 2174-2181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.023

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  采用两步法制备了添加二元混合表面活性剂的氧化锌纳米流体,纳米颗粒的体积浓度为0.398%~2.292%。XRD、TEM对氧化锌纳米粒子进行表征,吸光度法和沉降法分析了纳米流体稳定性,之后研究15~55 ℃时,制备流体的导热与黏度,并与添加单一表面活性剂的纳米流体进行对比。实验结果显示,添加SDS/CTAB纳米流体稳定性更优。纳米流体导热系数随温度及纳米粒子体积浓度的增加而增大,55 ℃,2.292%的纳米流体热导率增强最大,提高了38%,且热导率增强作用明显优于单一表面活性剂的添加。纳米流体黏度随温度及纳米粒子体积浓度的增加而逐渐降低,在55 ℃,2.292%时拥有最小黏度0.645 mPa·s。与单一表面活性剂相比,SDS/CTAB的添加能有效降低纳米流体黏度,对减小纳米流体黏度有积极作用。
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  盐酸掺杂聚苯胺基PVA/Paam多网络水凝胶的制备及性能

  吴远楠, 李大为, 刘鑫, 陈辰, 邱海芳, 朱贵生, 陶玉仑

  功能材料. 2023, 54(2): 2182-2188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.024

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  采用不同浓度的盐酸掺杂聚苯胺,采用原位聚合的方法让聚苯胺生长在PVA/Paam复合的多网络水凝胶上,探究最佳掺杂浓度下复合多网络水凝胶的电化学性能,压敏性能和光敏性能。通过红外吸收光谱,紫外吸收光谱,扫描电镜和X射线衍射对聚苯胺粉体进行表征;通过充放电测试,循环伏安法测试,计时电流法,电位溶出分析法,不同波长单色光照射对复合多网络水凝胶进行性能测试。在电化学测试中,确定了在盐酸掺杂浓度为0.5 mol/L时,多网络水凝胶超级电容器的电化学性能最好,充放电时间最长,面积比电容为412.5 mF/cm²。在压力敏感性能测试中,得到具有明显峰性的I-T,V-T曲线,且峰型的振幅和周期与运动强度和频率一一对应。在光敏感性测试中,确定了掺杂盐酸0.35 mol/L时多网络水凝胶具有最佳的光敏感性。说明试验制备的水凝胶同时具有很好的电化学性能、压敏性能和光敏性能,在超级电容器,光敏材料和传感器领域的应用上具有广大的前景。
工艺·技术
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  VPEG-保坍型聚羧酸减水剂的制备及其性能研究

  周俊, 杨睿, 王稚阳, 谢贵明

  功能材料. 2023, 54(2): 2189-2196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.025

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  以4-羟丁基乙烯基聚氧乙烯醚(VPEG)为大单体,丙烯酸(AA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)为共聚单体,巯基乙酸(TGA)为链转移剂,在H₂O₂/维生素C(V_C)氧化-还原引发体系下,经自由基聚合合成VPEG-保坍型聚羧酸减水剂(PCE-ZZ)。将PCE-ZZ与普通减水剂复配制得减水剂(PCE-1),与市售复配减水剂(PCE-2)进行对比,分别考察其对表面张力、气泡高度、水泥净浆流动性、水泥试块抗压强度、水泥水化过程等的影响。结果表明,PCE-ZZ的最佳合成工艺为n(AA)∶n(HEA)∶n(VPEG)=1∶2.5∶1,链转移剂和H₂O₂用量均为VPEG的0.4%(质量分数),VPEG相对分子质量为3 000,A、B料液滴加时间为60 min。PCE-1与PCE-2相比,PCE-1具有更优异的和易性与坍落度保持性。PCE-1对水泥水化过程的延缓作用强于PCE-2,能更好地促进水泥水化产物的紧密排列,进而提高水泥试块抗压强度。
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  二元体系碱激发胶凝材料抗硫酸盐侵蚀性能研究

  张洁林, 梅军鹏, 李海南, 李雨浓, 董崇, 王智鑫

  功能材料. 2023, 54(2): 2197-2203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.026

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  以粉煤灰、矿粉、偏高岭土为主要原料制备二元体系复合碱激发胶凝材料,将不同配比的复合碱激发胶凝材料以不同浸泡方式在5% (NH₄)₂SO₄溶液中侵蚀120 d,并通过测定力学性能来优化制备方案,接着利用扫描电镜(SEM)分析不同体系的侵蚀破坏机理。结果表明:粉煤灰-矿粉基(FA-SP)最佳配比为2∶3,且在半浸泡下强度损失严重,出现大量裂缝和盐结晶。偏高岭土-矿粉基(MK-SP)最佳配比为1∶1,结构稳定,半浸泡组与全浸泡组外观形貌没有明显差异,具有良好的抗硫酸盐侵蚀性能,受NH⁺₄侵蚀作用小。
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  碳纳米管/碳纤维沥青混合料电热与断裂性能分析

  文双寿, 栾利强, 余和德

  功能材料. 2023, 54(2): 2204-2210. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.027

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  为解决冬季道路积雪结冰的安全问题,同时弥补碳纤维用量过多团聚缺陷,采用碳纳米管/碳纤维制备导电沥青混合料,进行电热与断裂试验,分析碳纳米管在不同掺量下沥青混合料的电热与抗裂性能,结果表明,碳纳米管/碳纤维沥青混合料电阻率随碳纳米管掺量的增加呈指数函数减小,在持续通电作用下,混合料内部温度不断升高,当碳纳米管掺量为0.5%时,升温效果最佳,混合料从-10 ℃上升到0 ℃仅需5 min,升温效果在时间上提升了37.5%;适量的碳纳米管能提高沥青混合料的抗裂强度与弯拉应变,增强其韧性,宏观上表现为具有更优异的抗裂缝扩展能力。
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  固溶时效态GH925/Inconel625异种合金焊接力学性能研究

  张玉碧, 杨晓亮, 赵晨旭, 张煊旸

  功能材料. 2023, 54(2): 2211-2216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.028

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  采用氩气保护焊(MIG)和625专用焊丝,研究GH925合金圆柱搭接焊接电流、道次间隔时间(T=1~2 s)对焊结区组织成分、析出相对焊接接头力学性能的影响。研究表明,固溶时效态GH925合金采用625专用焊丝可以得到熔合良好的焊接接头,接头抗拉强度最高达到830 MPa,达到焊丝抗拉强度的1.15倍。焊缝区组织由奥氏体γ相和弥散析出δ相组成,焊接电流50 A时焊缝区以平面晶析出为主,出现晶界多边化现象;焊接电流65 A时焊缝为胞晶组织,焊接电流65和80 A时靠近熔合线母材一侧2~3 mm处出现δ相带状剧烈析出区,与δ析出温度范围有关。能谱分析表明析出相为(NiFeCr)固溶型复杂化合物。增加道次间隔时间T有利于获得力学性能更好的焊缝组织。
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  稀土Sm对Ti-Fe-Mn储氢合金动力学性能的影响

  雍辉, 姚继伟, 徐先流, 刘宝胜, 胡季帆

  功能材料. 2023, 54(2): 2217-2223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.029

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  通过真空感应熔炼技术成功制备了铸态Ti₁Fe_0.8Mn_0.2Sm_x (x=0.02, 0.04, 0.06, 0.08)储氢合金,通过X射线衍射仪(XRD),描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)以及Sievert等体积方法系统地研究了掺杂Sm元素对合金的相组成、微观结构及吸放氢动力学性能的影响。结果表明,Sm元素的掺杂不仅能够促进TiFeH₂相的形成,同时也能抑制不吸氢相TiFe₂相的出现,这有利于提高合金的有效储氢容量。此外,Sm元素的掺杂能有效改善合金的活化性能,大幅度降低活化潜伏期,且可以同时改善了合金的吸放氢动力学性能,并有效降低合金吸放氢活化能。且当x=0.08时,其合金吸氢活化能为-6.8 kJ·mol^-1,放氢活化能为48.9 kJ·mol^-1。
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  环氧树脂改善固井用偏高岭土地质聚合物的力学性能与机理

  李明, 郭岑, 黄坤, 刘成, 陈睿

  功能材料. 2023, 54(2): 2224-2230. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.030

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  针对偏高岭土地质聚合物脆性较强的问题,研究了环氧树脂对偏高岭土地质聚合物力学性能的改善效果。研究结果表明,环氧树脂掺量为偏高岭土质量分数的2%时,偏高岭土地质聚合物的7 d抗压、抗拉和抗弯强度分别提升40%、36%和28%。对环氧树脂/偏高岭土地质聚合物进行XRD、FTIR、MIP和SEM/EDS测试。结果表明,环氧树脂均匀分散在偏高岭土地质聚合物之中,填充孔隙和优化孔隙结构;环氧树脂与偏高岭土地质聚合物之间的氢键作用增强了环氧树脂对基体裂纹的阻碍和偏转能力。上述作用使得偏高岭土地质聚合物的脆性得到改善。环氧树脂可以显著改善偏高岭土地质聚合物的力学性能,这有助于拓宽偏高岭土地质聚合物的应用领域。
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  建筑用碳纤维增强环氧树脂复合材料的制备及其性能研究

  李琪, 郭丽, 李香兰

  功能材料. 2023, 54(2): 2231-2236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.02.031

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  选择以T700碳纤维为增强相,将碳纤维经浓HNO₃浸渍处理0,40,80,120和160 min后掺入到环氧树脂中,制备了碳纤维增强环氧树脂复合材料。分析了浸渍时间对复合材料微观形貌、力学性能和热稳定性的影响。结果表明,经浓HNO₃浸渍的碳纤维表面粗糙度增大,沟槽数量和深度增加,碳纤维和环氧树脂的结合强度增大;随碳纤维浸渍时间的增大,复合材料的界面剪切强度、层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量均先增大后减小,当浸渍时间为120 min时,复合材料的界面剪切强度和层间剪切强度均达到了最大值,分别为80.2和90.3 MPa,其弯曲强度和弯曲模量也达到了最大值,分别为902.6 MPa和79.3 GPa,且应力-应变最高点增大,弯曲性能提高;在800 ℃下浓HNO₃浸渍处理120 min的复合材料的残炭率最大为58.2%,热稳定性最佳。