功能材料

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功能材料. 2023, 54(4): 0-0.

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纳米SiO₂微球/含氟丙烯酸酯涂层的制备及耐融雪盐腐蚀性能研究

宋莉芳, 李开元, 魏岩松, 张婷, 夏慧芸, 牛艳辉

功能材料. 2023, 54(4): 4001-4007. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.001

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以甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA)及其他丙烯酸酯类单体为原料,采用半连续乳液聚合法制备含氟丙烯酸酯共聚乳液,将其与一定量的表面硅烷改性的纳米SiO₂微球、适量的颜填料和助剂机械搅拌均匀,得到纳米SiO₂微球/含氟丙烯酸涂料。FT-IR、XRD测试表明,表面硅烷改性的纳米SiO₂微球晶型未发生改变。复合涂层的力学性能、耐化学介质腐蚀性能和耐融雪盐腐蚀性能等结果表明,当纳米SiO₂微球掺量为3%时,复合涂层的综合性能最佳。其铅笔硬度为5 H,黏结强度为1.88 MPa,耐冲击高度超过50 cm,涂层接触角可达110°,吸水率仅为0.72%,耐酸碱盐腐蚀率分别为17%、11%、11%。与未改性的含氟丙烯酸涂层和市售的涂层相比,在设定的融雪盐腐蚀条件下,复合改性涂层腐蚀前后的色差、光泽度、表面状况保持稳定,混凝土试件的抗压强度和碳化深度的下降均减缓。

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CaF₂:20Yb2Er/Na@CaF₂:Ce纳米材料近红外二区发光性能研究

卢照, 魏慧欣, 翟春鹏

功能材料. 2023, 54(4): 4008-4013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.002

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利用热分解法制备了CaF₂:20Yb2Er/Na@CaF₂:Ce纳米颗粒,并对其NIR-Ⅱ发光性能和荧光寿命进行了探讨。研究结果表明,在980 nm光源激发下,其NIR-Ⅱ发光性能强度约为CaF₂:20Yb2Er的68倍,且位于1 525 nm处的荧光寿命为2.29 ms。该体系Yb³⁺作为敏化剂,Er³⁺作为激活剂,Na⁺共掺杂使晶体场的局部对称性改变,核壳结构的构建使发光中心的荧光猝灭最小化,壳层结构引入Ce³⁺可以使得Er³⁺与Ce³⁺在界面处产生交叉弛豫。由此可见,将离子共掺杂和构建核壳结构两种策略结合起来更有利于NIR-Ⅱ发光性能的提升。综上,CaF₂:20Yb2Er/Na@CaF₂:Ce纳米颗粒在生物成像领域具有潜在的应用价值。

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高β相离子液体/聚偏氟乙烯介电材料及熔融沉积成型

马安安, 张慧颖, 陈烨, 王华平

功能材料. 2023, 54(4): 4014-4019. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.003

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通过将聚偏氟乙烯(PVDF)与离子液体(IL)熔融共混制备IL/PVDF复合材料,并研究其晶相结构。结果表明,离子液体的咪唑阳离子与PVDF的-CF₂基团之间的相互作用能够有效诱导PVDF极性β相的生成,复合材料的β相相对含量最高可达81.83%,是纯PVDF的2.7倍。IL/PVDF复合材料的介电常数最高可达21.0(100 Hz),相比纯PVDF提高了4倍。此外,探讨了熔融沉积成型(FDM)对IL/PVDF复合材料的影响,发现FDM成型能够进一步提升复合材料的极性β相含量X_c(β),这对FDM成型制备PVDF基电子储能及传感设备具有一定的参考价值。

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磁场驱动用螺旋碳纳米线截断筛选及磁性修饰

白学元, 叶子兴, 佟浩, 王陈梓, 李勇, 潘路军

功能材料. 2023, 54(4): 4020-4026. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.004

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为实现螺旋碳纳米线新型微纳米机器人磁场驱动运动,开展了螺旋碳纳米线截断、磁性修饰及磁场驱动运动研究。提出硝酸氧化-超声振动-滤纸过滤的长度截断筛选方法,实现了螺旋碳纳米线分散且可控截取长度2～8 μm。实验对比研究了磁控溅射镍、化学镀镍、水热法生长Fe₃O₄纳米颗粒的磁性修饰方法。通过扫描电子显微镜、能量色散X射线谱分析等方法对修饰效果进行了评价,获得了具有较强磁性的螺旋碳纳米线。微流道液体中磁场驱动特性实验表明:磁控溅射修饰的螺旋碳纳米线可实现较为快速(3.35 μm/s)的微纳米机器人运动特性,轨迹运动精度可控小于5 μm。

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CeO₂改性多尺度WC-CoCr涂层组织结构及空蚀性能研究

杨长春, 丁翔, 田英豪, 袁成清, 王韶毅

功能材料. 2023, 54(4): 4027-4033. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.005

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采用超音速火焰喷涂技术,制备多尺度WC-10Co4Cr涂层和纳米CeO₂改性涂层。研究添加纳米CeO₂对多尺度WC-10Co4Cr涂层组织结构、力学性能的影响。并采用超声振动空蚀装置研究淡水介质中涂层的空蚀行为和机理。研究表明,改性涂层和未改性涂层物相均主要由WC相和非晶CoCr组成,没有产生明显的脱碳相。纳米CeO₂改性多尺度WC-10Co4Cr涂层具有更低孔隙率(0.25%),但涂层显微硬度(1 134 HV_0.3)只有多尺度WC-10Co4Cr涂层的83%。同时其开裂韧性(5.27 MPa·m^1/2)相对于多尺度WC-10Co4Cr涂层降低了4%。纳米CeO₂的添加削弱了涂层在淡水介质的抗空蚀性能,其抗空蚀性能只达到多尺度WC-10Co4Cr涂层的61%。纳米CeO₂的添加降低了多尺度WC-10Co4Cr涂层的孔隙率,但同时削弱了涂层的力学性能,由此降低了涂层的抗空蚀性能。

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阳离子掺杂措施优化铜锌锡硫硒电池性能的研究进展

李姝雨, 杨艳春, 王一鸣, 霍虎, 朱成军

功能材料. 2023, 54(4): 4034-4044. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.006

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铜锌锡硫硒(Cu₂ZnSn(S,Se)₄,简称CZTSSe)薄膜太阳能电池因其组成元素地壳含量丰富,低毒环保等优点被科学家们认为是适合未来大面积发展的一类太阳能电池。当前,该类太阳能电池的效率一直受到吸收层中高的阳离子无序度和器件的低开路电压的限制。为此,科学家们提出“阳离子掺杂措施”,即:通过引入其他阳离子,减少本身的阳离子无序度,从而提高电池器件的光电转换效率。事实也证明,阳离子掺杂措施在提升电池器件性能方面有着重大的意义。基于此,详细阐述了阳离子掺杂措施在优化铜锌锡硫硒电池器件性能方面的研究进展,包括:阳离子(如:钠、钾、锑)的额外添加和阳离子取代(如:锂/银取代铜、锰/镁/钡/镉取代锌、锗取代锡)措施,并得出结论:最有前景的阳离子是镉和锗离子,考虑到镉的有毒性,所以锗应该是优化CZTSSe电池性能方面最有应用前景的一种元素。

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碳量子点的合成、表面改性及应用研究进展

黄李纲, 吕冲, 李欣欣, 唐敢, 游峰, 张梦琪, 刘仿军, 江学良

功能材料. 2023, 54(4): 4045-4053. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.007

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碳量子点(CDs)因其独特的物理或化学特性而被广泛应用于各领域。与传统半导体量子点相比,CDs的最大优点是低细胞毒性,高生物相容性,同时对环境友好。通过选择特定的合成或改性方法来获得满足应用条件的碳点,是研究人员的迫切需求。综述了CDs的自上而下和自下而上的各种合成方法并描述了其合成后的各种特性,其中自上而下法偏向于生产较大量的碳点,但尺寸和碳点形态难以控制。自下而上法能更好地控制碳点的尺寸及形状,但过程较为复杂耗时。再进一步探讨了CDs的表面改性包括表面钝化,表面功能化的研究进展。不同合成方法或改性方法制备的碳点特性具有较大差别,延伸出其在各方面的应用,包括细胞成像,荧光传感,药物递送,光催化,离子检测等。最后总结分析了碳点研究可进一步探索的方面,以期为碳点更深入的研究与更广泛的应用提供参考。

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压电高聚物及耐高温性能的研究进展

刘巧林, 牛家嵘, 金欣, 朱正涛, 林童, 王闻宇

功能材料. 2023, 54(4): 4054-4064. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.008

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近年来,随着人类社会的高速发展,全球化石燃料资源大幅下降,现有的能源储量逐渐无法满足社会发展需求,因此,将自然界中无法利用的能量转换为可再生能源成为了研究热点。压电高聚物作为压电材料的重要组成部分,具有高强度、高柔性和对电压的高度敏感性,可以将自然界中的机械能、热能、声能和振动能转化为电能,在纳米发电机、传感器、生物医学等领域有着很大的潜力。但大多数压电高聚物存在着居里温度低的问题,因此研制新型耐高温的高聚物是目前的重要发展方向。首先针对几种广泛使用的压电高聚物(聚偏氟乙烯、尼龙11和聚丙烯腈)的研究进展进行了介绍,然后基于这些材料耐高温性能的发展进行了论述。

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MOFs/g-C₃N₄复合光催化剂的研究进展

刘建民, 陕绍云, 胡天丁

功能材料. 2023, 54(4): 4065-4072. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.009

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金属-有机框架材料(MOFs)和石墨相氮化碳(g-C₃N₄)在产氢、CO₂还原、Cr还原以及有机污染物降解方面表现出优异的光催化性能。将MOFs和g-C₃N₄结合构建二元或三元异质结,可以克服两种材料各自的缺点,进一步提高其材料在可见光或太阳光照射下的光催化性能。重点介绍了几种典型MOFs/g-C₃N₄复合材料的制备方法及其光催化性能,并展望了该研究领域发展前景和面临的挑战。

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磁流变液稳定性影响因素研究综述

沈卓珊, 潘继生, 阎秋生

功能材料. 2023, 54(4): 4073-4086. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.010

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磁流变液凭其灵活、可控、稳定的特点成为应用最广的智能材料,磁流变液的稳定性对磁流变液功能的实现具有非常重要的意义。对磁流变液在机械传动、精密加工、医学、土木工程等领域的应用及其原理进行综述,总结对比了多种磁流变液沉降稳定性的检测方法。重点介绍磁流变液沉降稳定性的影响因素,通过总结不同类型添加剂的作用机理,从沉降率的角度对比分析了添加剂对磁流变液沉降稳定性的影响。同时指出改变磁性颗粒的结构、形成低密度复合材料主要是通过增大磁性颗粒与基载液之间的摩擦力和减小磁性颗粒和基载液之间的密度差来改善磁流变液的沉降性能。最后对磁流变液的发展趋势进行预测。

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石墨烯改性混凝土的制备及其力学性能和抗冻性能研究

张雪梅, 刘荣桂, 戴丽, 周恺

功能材料. 2023, 54(4): 4087-4092. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.011

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以普通硅酸盐水泥P.O 42.5为基体材料,石墨烯为增强材料,制备出了不同石墨烯掺杂量(0,0.04%,0.08%和0.12%(质量分数))的改性混凝土。研究了石墨烯掺杂量对改性混凝土晶体结构、微观形貌、力学性能和抗冻性能的影响。结果表明,石墨烯的掺杂并未生成新的水化产物,但加速了水化反应的速率,生成的水化产物凝胶填充到混凝土的缝隙中,提高了混凝土的致密性;当石墨烯的掺杂量为0.08%(质量分数)时,改性混凝土的孔隙数量最少、密实度最大,其形貌最佳;石墨烯改性混凝土在各养护龄期下的抗压强度均随着石墨烯掺杂量的增加而先增大后减小,在28 d的养护龄期下,当石墨烯的掺杂量为0.08%(质量分数)时,改性混凝土的抗压强度达到了最大值48.62 MPa;在60次冻融循环后,当石墨烯的掺杂量为0.08%(质量分数)时,改性混凝土的质量损失率最小为0.414%,相对动弹性模量最大为94.02%,石墨烯改性混凝土的抗冻性能显著改善。综合分析可知,改性混凝土中石墨烯的最佳掺杂量为0.08%(质量分数)。

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SiO₂增强氧化铝气凝胶复合建筑保温材料的制备及性能研究

朱国庆

功能材料. 2023, 54(4): 4093-4098. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.012

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气凝胶材料凭借孔隙率高、抗压能力强和热导率低等优势,在建筑保温材料市场中具有广阔的应用前景。选择正硅酸乙酯和仲丁醇铝为原料,通过溶胶-凝胶法制备了不同SiO₂掺杂量的Al₂O₃-SiO₂气凝胶复合保温材料。研究了SiO₂掺杂量对复合气凝胶晶体结构、微观形貌、力学性能和导热性能的影响。结果表明,Al₂O₃-SiO₂气凝胶主要由多晶态的勃姆石组成,SiO₂的掺杂抑制了γ-Al₂O₃相的生成,阻碍了羟基缩水反应的发生,且AlO-H基团中的H被Si取代,形成了更为稳定的Al-O-Si键。Al₂O₃-SiO₂气凝胶呈现出开放的多孔结构,SiO₂的掺杂改善了气凝胶的孔道走向,使孔径尺寸减小且均匀分布。随着SiO₂掺杂量的增加,Al₂O₃-SiO₂气凝胶的抗压强度和比表面积先增大后轻微降低,导热系数先降低后升高,当SiO₂的掺杂量为9%(摩尔分数)时,气凝胶的抗压强度最大为40.92 MPa,相比未掺杂SiO₂的气凝胶增大了58.97%,比表面积最大为257.33 m²/g,导热系数最低为0.022 W/(m·K),保温性能最佳。综合可知,SiO₂的最佳掺杂量为9%(摩尔分数)。

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稀土Sm掺杂的YbBaCo₄O_7+δ纳米粉体制备及其氧吸附性能的研究

刘少辉, 王娇, 王菲菲, 郝好山, 王远

功能材料. 2023, 54(4): 4099-4103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.013

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采用溶胶凝胶制备了不同浓度Sm掺杂的YbBaCo₄O_7+δ氧吸附材料,并利用XRD分析、SEM和差热分析仪等仪器对其进行了结构、形貌、氧吸附/脱附性能分析,研究了不同浓度Sm掺杂对YbBaCo₄O_7+δ氧吸附/脱附性能的影响, 测试结果表明:在较低掺杂浓度下,稀土元素Sm完全进入了Yb_1-xSm_xBaCo₄O_7+δ纳米粉体的晶格,Yb_1-xSm_xBaCo₄O_7+δ纳米粉体仍是单一的114相结构;稀土元素Sm掺杂对Yb_1-xSm_xBaCo₄O_7+δ纳米粉体的形貌影响较小。氧吸附/脱附性能测试结果表明:一定量的稀土元素Sm掺杂可以明显提高的YbBaCo₄O_7+δ纳米粉体的氧吸附性能,YbBaCo₄O_7+δ的氧吸附的变化量为1.7%,而Yb_0.8Sm_0.2BaCo₄O_7+δ的氧吸附的变化量4.6%,同时当N₂/O₂气体切换时,Yb_1-xSm_xBaCo₄O_7+δ具有良好的循环性能。其氧吸附/脱附性能的提高是因为稀土元素Sm掺杂改善了Yb_1-xSm_xBaCo₄O_7+δ材料内部的储氧空间。

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Ag/TiO₂复合物的低温合成及其光催化性能研究

范顶, 王黎明, 刘峰强, 徐丽慧, 潘虹

功能材料. 2023, 54(4): 4104-4109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.014

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以钛酸四正丁酯、硝酸银为原料,采用溶胶凝胶与溶剂热相结合的方法,在低温(120 ℃)条件下制备了Ag/TiO₂复合物。采用SEM、EDS、XRD、XPS、DRS等对样品进行表征并对其光催化性能进行测试。结果表明:所合成的Ag/TiO₂(3%)复合物具有最佳的光催化效果,光催化活性最高,在100 W高压汞灯照射下光反应90 min对30 mg/L的活性Red 24染料的降解率就能达到100%;在500 W氙灯照射下150 min对30 mg/L的活性Red 24的降解率能达到92.6%;在紫外和可见光下对染料的降解率都能达到90%以上,具有优异的紫外/可见光光催化活性。研究结果为低温合成复合光催化材料的研究提供一种有效的思路。

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叶酸模板法合成中空结构碳酸钙微球及其载药性能探究

郭紫婷, 李威, 陈秋娟, 莫福旺

功能材料. 2023, 54(4): 4110-4114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.015

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利用水热法,在CaCl₂和Na₂CO₃溶液中分别添加等量叶酸,混合溶液反应后制备了中空碳酸钙微球前驱体,在温度600 ℃锻烧2 h后得到中空碳酸钙微球。利用XRD、SEM分别对微球的结构和形貌进行了测试,发现微球的粒径分布在5~10 μm之间,呈现出中空的微孔结构。将中空微球分别氨基化、羧基化和聚乙烯亚胺包覆改性后,以盐酸阿霉素(DOX)为模型药物进行载药实验,发现DOX的药物负载率达到349.81 mg/g,在还原型谷胱甘肽溶液中,药物载体在0~12 h内能够持续缓慢释放,在肿瘤微环境浓度比较低的时候释放量比较大,最高的释放率可以达到1.34%,12 h后释放率为0.63%。前4 h内药物释放比较快,在肿瘤水平不高的情形下可以实现缓慢释药。

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诱导相分离BNNS/PES/EP复合材料制备及其热物性研究

王帅, 李祥, 杨薛明, 于天夫, 何冰琛

功能材料. 2023, 54(4): 4115-4119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.016

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通过液相机械剥离法制备了氮化硼纳米片(BNNS)并通过硅烷偶联剂共价修饰和多巴胺非共价修饰制备了双重改性的氮化硼纳米片(KDBNNS);利用反应诱导相分离,将KDBNNS分布在环氧树脂(EP)和聚醚砜(PES)的界面上构成导热通路,制备了KDBNNS/PES/EP复合材料。采用傅里叶变换红外光谱分析、热失重分析(TGA)和共聚焦扫描显微镜等方法对其进行表征。观测到在三元复合材料内的相分离连续界面上通过分布BNNS构筑了三维导热通路。研究表明当BNNS填料质量分数仅为3%时,复合材料的热导率即可达到0.394 W·m^-1K^-1,相较于纯环氧0.194 W·m^-1K^-1提高了103%。

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BiOI/Zn-Bi₂WO₆异质结的构建及光催化降解磺基水杨酸研究

李晓杰, 常飙, 李冬梅, 田忠贞

功能材料. 2023, 54(4): 4120-4125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.017

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采用水热法制备了BiOI/Zn-Bi₂WO₆异质结光催化剂。X射线粉末衍射(XRD)分析其物相、扫描电镜(SEM-EDS)分析其形貌和元素组成、X射线光电子能谱(XPS)分析其表面物种的化学态、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)分析其对太阳光的利用率、光致发光光谱(PL)和电化学阻抗谱(EIS)分析光生载流子的分离情况等。结果表明:形成异质结后一方面使光催化剂的吸收边红移且吸收强度增加,提高了可见光谱的利用率;另一方面实现了光生空穴-电子的高效分离,所得光催化剂对磺基水杨酸表现出较好的光催化降解性能,120 min内降解率达到82%,且具有较好的稳定性。

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协效阻燃木质素磺酸钠基聚氨酯泡沫材料的制备及性能

李旭, 马悦, 安昕煜, 于泽, Jacko Feng, 刘志明

功能材料. 2023, 54(4): 4126-4131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.018

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通过在聚氨酯泡沫发泡过程中加入木质素磺酸钠,同时利用次磷酸铝(AHP)和膨胀石墨(EG)作为协效阻燃剂 ,通过“一步法”制备出具有阻燃性能的木质素磺酸钠基聚氨酯泡沫材料(PUF).首先借助极限氧指数(LOI)测定仪对制备出的协效阻燃型PUF材料的阻燃性能进行表征。通过利用热重分析(TGA)、锥形量热测试(CONE)两种仪器对阻燃PUF材料的热稳定性和燃烧行为进行探究分析。利用场发射扫描电子显微镜(SEM),对材料燃烧后的残炭的微观照片进行分析。分析结果表明:当SLS的加入比例为原料总质量的4%(质量分数),AHP与EG的协效比为1∶4,两种协效阻燃剂的共同加入比例为30%(质量分数)时,生物质基阻燃PUF材料的LOI值增加到31.6%,协效阻燃剂的加入改善了PUF材料的热稳定性和成炭性能,从而使得材料的阻燃性大幅度增强。

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MgCl₂·6H₂O吸附储热材料储热微观机理及性能研究

霍英杰, 闫霆, 周宇翔, 潘卫国

功能材料. 2023, 54(4): 4132-4140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.019

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在实现跨季节热量储存技术中,以水合盐作为储热材料的热化学吸附储热技术因其具有高储热密度、低能量损失以及可长期热储存几乎无热损失的优势,聚集了大批学者的目光,占据储热技术的关键地位。采用MgCl₂·6H₂O作为化学吸附材料,通过分子动力学模拟计算其热导率、质量扩散系数和吸附能的变化,在分子层面上探究整个系统储热过程中的微观作用形式。研究结果表明,随着温度的升高,MgCl₂·6H₂O的晶体密度呈现下降趋势。建立了热导率分子模型,计算得到体系的热导率在0.95 W/(m·K)左右。各粒子的扩散系数随着温度的升高而上升,其中H₂O扩散系数最大,吸附能力随着粒子距离的增大而降低。

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大气压射流等离子体引发PVC表面接枝聚合季铵盐及其抗菌性的研究

刘亚峰, 孙涛, 孙红梅, 马中洋, 隋思源, 倪国华

功能材料. 2023, 54(4): 4141-4149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.020

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为了提高医用聚氯乙烯(PVC)抗菌性,采用大气压等离子体射流(APPJ)技术对PVC表面接枝并制备季铵盐(QAC)涂层。通过纹影仪和发射光谱仪诊断了等离子体射流的流动状态和活性组分,结合静态水接触角方法、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪表征和分析APPJ处理前后PVC表面的亲水性、微观形貌和化学组分,并测试了季铵盐/PVC对大肠杆菌的抗菌性能。结果表明,随着放电电压的增大,与PVC接触区域的等离子体射流流动状态从层流向湍流转变,PVC表面亲水性增强,改性后的PVC表面水接触角最低可达26°,含氧官能团含量高达31.02%(原子分数)。放电电压的增大,有助于PVC表面含氧官能团量的提升,并促进季铵盐在PVC表面的接枝和聚合形成致密涂层,提高其对大肠杆菌的抗菌性能。

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纳米Fe-TiO₂可见光下光催化降解罗丹明B

王松, 徐立新, 郭庆, 黄大建, 姜长军

功能材料. 2023, 54(4): 4150-4156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.021

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汞灯、氙灯以及紫外灯,广泛用于光催化处理水体污染和研究。为减少这种高能耗光源的使用,实验采用溶胶-凝胶法制备了一种可在低耗LED灯下响应的铁掺杂纳米二氧化钛光催化剂。分析了其物相组成,微观形貌结构以及紫外和红外的光学吸收性质。在LED白灯照射条件下,探讨了Fe掺杂量、溶液初始浓度、初始pH对模拟废水罗丹明B溶液光催化降解的影响,并分析了其降解机理。结果表明,Fe³⁺的掺入加快了TiO₂锐钛矿相向金红石相的转变。在扫描电镜下纳米颗粒分布较均匀,团聚不明显。Fe³⁺的掺杂减小了TiO₂的禁带宽度并使光学吸收边红移,禁带宽度从3.2 eV显著降低到2.7 eV;但当Fe³⁺掺量过大时,纳米Fe-TiO₂光学吸收边蓝移,在可见光区域的活性明显降低。综合分析得:在摩尔比n(Fe)∶n(Ti)=0.3%,pH=7,经LED白灯(100 W)照射72 h,对罗丹明B去除率达89%。为利用低能耗LED灯光催化降解有机污染物提供参考。

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光固化型荧光聚氨酯染料制备及其印花性能

疏义虎, 王雅萱, 房敦杰, 王潮霞, 殷允杰

功能材料. 2023, 54(4): 4157-4165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.022

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以异佛尔酮二异氰酸酯、聚乙二醇1000、2,2-二羟甲基丁酸(DMBA)、荧光单体盐酸吖啶黄(AH)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)和中和剂三乙胺(TEA)为原料合成了光固化型荧光聚氨酯染料(UFPD-0~UFPD-3),然后将盐酸吖啶黄掺杂到UFPD-0中混合均匀制备了UFPD+3。并通过丝网印刷和紫外光聚合的方式得到了不同的光固化涂层织物。同时对光固化涂层织物的干燥时间、光照条件进行了研究。结果表明,荧光单体盐酸吖啶黄成功接枝到聚氨酯分子链上,接枝样品具有良好的热稳定性能。UFPD-3的水乳液表现出最大为1 793的相对荧光发射强度,相比之下UFPD+3的水乳液仅仅表现出505的荧光发射强度。干燥时间为20 min、光照强度为100%和光照时间为80 s时得到的织物具有最大的相对荧光发射强度和鲜艳的颜色。以UFPD-3水乳液进行印花后得到的光固化涂层织物的紫外防护系数(UPF值)达到了66.89,色牢度达到了4~5级。

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新型锂离子电池电解质添加剂-亚硫酸甘油酯的合成及其性能研究

安佳钰, 刘靖, 孙冬兰, 孔德茹, 霍政春

功能材料. 2023, 54(4): 4166-4175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.023

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设计并合成了两种亚硫酸甘油酯衍生物:(1,2-环亚硫酸甘油酯)苯磺酸酯(ODMB)和(1,2-环亚硫酸甘油酯)对甲苯磺酸酯(ODMM),通过库伦效率、恒流充放电,交流阻抗和扫描电子显微镜等测试研究了其作为电解质添加剂对LiCoO₂/Li电池电化学性能的影响。结果表明,ODMB和ODMM均具有良好的热稳定性,分解温度分别为256和255 ℃。掺杂0.7%(质量分数) ODMB的电池放电容量为147.98 mAh·g^-1,在50次循环后仍保持其初始放电容量(151.76 mAh·g^-1)的97.51%。与空白电解液相比,添加了ODMB和ODMM的电解液的电极表面具有更致密和稳定的膜结构,显著降低了电极的电荷转移阻抗。浸润性测量结果表明,0.7%(质量分数) ODMB电解液比空白电解液具有更好的浸润性,可以有效改善电池的组装过程。

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磁性Zr基MOFs材料的合成及吸附水中磷的性能研究

龚建康, 李国滔, 叶坪, 李声剑, 师睿, 王邦艳

功能材料. 2023, 54(4): 4176-4188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.024

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基于液相外延生长原理,采用自组装法合成了磁性氨基功能化MOFs材料Fe₃O₄@NH₂-UiO-6(Fe-NUiO(Zr)-005),对其进行了XRD、FTIR、SEM和BET等表征分析,研究了其在水体中对磷的吸附性能,探讨了吸附除磷的机理。结果表明,在Fe₃O₄上自组装生成了具有介孔结构的纳米磁性复合材料Fe-NUiO(Zr)-005,其比表面积大,稳定性高,该材料适应磷溶液的pH(3.0~9.0)宽,吸附效果良好,吸附过程符合Langmuir模型,饱和吸附量达71.94 mg·g^-1。材料吸附磷的平衡时间为200 min,吸附过程符合伪二级动力学方程,且受到了多种机制的影响。在实际水环境和共存离子(Cl^-、SO^2-₄和NO^-₃)中应用时,吸附剂呈现出较强的抗干扰能力,其具有较高的吸附低浓度磷的潜力。材料能够循环使用至少5次,Fe-NUiO(Zr)-005在实现对磷的吸附去除的同时,可以非常便捷地通过外加磁场完成固液分离和回收利用,和非磁性的NUiO(Zr)相比,回收率提高49%。通过Zata电位,pH效应,吸附前后FT-IR等分析,Fe-NUiO(Zr)-005吸附除磷的过程为吸热的自发化学吸附反应,吸附机理主要涉及静电吸附和配体交换作用。研究结果对UiO类磁性材料的合成及其对水体中磷的吸附去除具有重要的指导意义。

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高活性氧化镁膨胀剂对UHPC性能的影响

张占强, 李顺凯, 陈平, 明阳, 陈泓瑞, 李航, 王静阳, 冉耀

功能材料. 2023, 54(4): 4189-4195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.025

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利用一种活性反应时间为41 s的高活性氧化镁膨胀剂(MEA)掺入超高性能混凝土(UHPC),研究了其对UHPC工作性能、力学性能和体积稳定性的影响。采用压汞法对孔隙率及孔结构进行了表征,并利用SEM和EDS对硬化砂浆的微观形貌进行了分析。结果表明,高活性MEA会降低UHPC的流动性和力学性能,但可明显改善早期自收缩,MEA的最大掺量不宜超过胶凝材料总量的12%;MEA会降低早龄期UHPC的孔隙率,并细化其孔径,尤其是小于50 nm的孔,这是导致MEA可以补偿UHPC自收缩的重要原因;微观测试结果表明,MEA在原位水化反应生成密实的Mg(OH)₂,受到抑制的结晶将产生结晶压力,从而导致体积膨胀;由EDS结果可知,无胶结能力的MEA及其水化产物与水泥浆体的界限随龄期的增长而逐渐模糊,UHPC整体趋于密实。

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Lu₂(MoO₄)₃:Eu³⁺荧光粉的制备及热增强发光

陈子军, 曹春燕, 郑翌飞, 张敏, 黄倪慧, 白碧海, 谢安

功能材料. 2023, 54(4): 4196-4201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.026

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采用固相法制备了Lu₂(MoO₄)₃:Eu³⁺系列红色荧光粉,利用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、能谱仪(EDS)和荧光光谱(PL)仪对制备荧光粉的结构、形貌、元素组成及光致发光性能进行表征与分析。实验结果表明Eu³⁺成功掺入基质晶格中并得到Lu₂(MoO₄)₃:Eu³⁺纯相样品,荧光粉颗粒大小在2 μm左右。制备温度依赖样品光致发光结果表明1 000 ℃下制备Lu₂(MoO₄)₃:Eu³⁺样品发光性能最好。煅烧时间依赖样品光致发光结果表明1 000 ℃下煅烧时间为6 h时样品发光效果最好。反常于荧光粉发光热猝灭现象,Lu₂(MoO₄)₃:Eu³⁺样品在外界测试温度为250 ℃左右时出现热增强发光现象,与Lu₂(MoO₄)₃负热膨胀特性有关。

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一种新型红光铱(Ⅲ)配合物的合成、结构及光物理性能

陈祝安, 王姿奥, 张柯, 姜婧, 余娟, 刘伟平, 晏彩先, 常桥稳

功能材料. 2023, 54(4): 4202-4208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.027

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以5-(4-氟苯基)-1,3-二甲基-1H-1,2,4-三唑(fdpt)为环金属主配体,4,4,4-三氟-1-(吡啶-3-基)-1,3-丁二酮(trifbutd)为辅助配体合成了一种铱(Ⅲ)配合物Ir(fdpt)₂(trifbutd)。采用元素分析、红外光谱、核磁共振谱分析和单晶X衍射对其化学组成及晶体结构进行了表征。采用紫外-可见光谱和光致发光荧光光谱对其光物理性质进行了分析。结果表明,该配合物化学组成为C₂₉H₂₃F₅IrN₇O₂,属于单斜晶系,P2₁/n空间群。晶胞参数为a=1.17369 (10) nm,b=1.68602(14) nm,c=1.42919(12)nm,β=90.925 (3)°,V=2.8278(4)nm³,Z=4。光物理性质显示最大发射波长为620 nm,为红色发射。

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添加不同生物质对无灰煤基活性炭结构及性能的影响

王雪宇, 于娜林, 江宏伟, 樊丽华

功能材料. 2023, 54(4): 4209-4215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.028

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通过在无灰煤中添加不同生物质(玉米芯或松木屑),制备双电层电容器用活性炭电极材料,探究生物质对无灰煤基活性炭结构和电化学性能的影响。采用SEM、XRD、FTIR、N₂吸脱附表征其结构和组成,通过循环伏安、恒流充放电及交流阻抗测试其电化学性能。从生物质组成成分来看,添加高纤维素含量的生物质更有利于中孔的发育,使活性炭的孔隙结构更加完善。高纤维素半纤维素含量能够有效降低碳材料的电荷转移电阻和物质扩散阻力,使离子在孔结构之间的传输更加迅速。向无灰煤中添加玉米芯时,比电容提升45%,电荷转移电阻降低65%;向无灰煤中添加松木屑,比电容提升30%,电荷转移电阻降低35%,证明添加高纤维素含量的生物质更有利于活性炭的结构完善和电化学性能提升。

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石墨原矿导电混凝土的制备与性能研究

赵燕茹, 关鹤, 侯明良, 刘道宽

功能材料. 2023, 54(4): 4216-4224. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.029

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选取石墨、石墨原矿以及石墨尾矿为导电相材料制备导电混凝土,首先对石墨原矿混凝土基于正交试验进行配合比设计。试验结果表明,影响石墨原矿混凝土抗压、抗折强度以及电阻率的各因素主次顺序均为:石墨原矿掺量＞水灰比＞砂率＞减水剂掺量,并得出最优配合比为水灰比0.52,砂率0.38,减水剂掺量1.4%。然后,对不同配合比的石墨、石墨原矿以及石墨尾矿混凝土进行抗压、抗折和电阻率试验。结果表明,3种混凝土抗压、抗折以及电阻率分别随着石墨类材料掺量的增加而降低,三者混凝土的电阻率均满足导电混凝土工程要求,当石墨原矿掺量为15%时,混凝土电阻率为10 950 Ω·m可作防静电混凝土应用于工业防静电,电力设备接地等工程当中。

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十八烷/膨胀石墨定形相变材料的制备与性能

张伟丽, 杜焦丽, 唐婷, 高宁, 蔡迪, 邱杰, 李又兵

功能材料. 2023, 54(4): 4225-4229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.030

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针对建筑节能储能材料的应用,采用真空吸附法制备了一系列十八烷含量不同的十八烷/膨胀石墨定形相变材料,通过微观形貌观察、渗漏性能测试、差式扫描量热分析和冷热循环稳定性分析探究膨胀石墨吸附十八烷的最佳含量以及其各项性能。通过分析得出,当十八烷的吸附量为90%(质量分数)时,该吸附含量下的十八烷/膨胀石墨定形相变材料综合性能最佳,其熔融焓和凝固焓值分别为188、186.9 J/g,与国内外不同复合相变材料相比,具有较高的焓值。通过50 ℃烘箱加热2 h后,也没有明显的十八烷渗出的现象,质量损失率均小于1%,说明其具备了较好的防渗漏性能和结构稳定性。

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Fe₃O₄/MXene/WPU复合膜的制备及其电磁屏蔽性能

陶美洁, 李志伟, 杨科, 李衡峰

功能材料. 2023, 54(4): 4230-4236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.04.031

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实现高电磁屏蔽性能的同时降低反射是目前电磁屏蔽材料所追求的。采用一步水热法合成直径为30～40 μm,厚度为70～200 nm的Fe₃O₄纳米片,利用红外光谱、X射线衍射仪、扫描电子显微镜表征发现结晶度良好。改变Fe₃O₄纳米片含量,喷涂制备的Fe₃O₄/MXene/WPU复合膜的反射值能低至4.3 dB,反射功率(R)从0.81降至0.63,透射功率(T)仅为10^-3数量级。同样,采用水热法制备了直径为180～200 nm、分散性良好的Fe₃O₄纳米微球。同等Fe₃O₄含量下纵向对比发现,含Fe₃O₄纳米片的复合膜电磁屏蔽性能稍高于含Fe₃O₄纳米球的复合膜。

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2023年, 第54卷, 第4期　刊出日期：2023-04-30

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