2023年, 第54卷, 第8期　刊出日期：2023-08-30

  

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  功能材料. 2023, 54(8): 0-0.

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  In₂O₃的形貌调控及其对NO₂的气敏性能研究

  王永广, 姚龙超, 胡艳, 刘潇繁, 徐林婕, 郑成航, 杨健, 高翔

  功能材料. 2023, 54(8): 8001-8007. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.001

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  通过控制水热合成条件,实现了对In₂O₃气敏材料的形貌调控,定向制备出了零维到三维形貌结构(纳米颗粒、纳米棒、纳米片和微球)的In₂O₃,采用多种方法对样品的形貌结构及化学性质进行了表征分析,并对其NO₂气敏性能进行了系统性的研究。气敏测试结果表明,通过对In₂O₃的形貌调控,大幅提高了其对NO₂的气敏性能。其中,具有最大比表面积和最多化学吸附氧的In₂O₃微球对NO₂表现出了最优的气敏性能,在100 ℃下,对5.0×10^-6 NO₂的响应值为695,对NO₂的检测限低至0.2×10^-6,同时其对NO₂响应具有优异的选择性和稳定性。最后,探讨了In₂O₃的形貌调控对NO₂气敏性能的影响机制。
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  In掺杂SnO₂纳米纤维用于快速高选择性氢气传感

  余熙, 周燕, 王犁, 颜贵龙, 李振宇, 陈靖禹, 武元鹏

  功能材料. 2023, 54(8): 8008-8013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.002

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  SnO₂作为典型的n型金属氧化物半导体,具有优异的物化稳定性和灵敏度,在还原性气体传感方面具有极好的表现。通过静电纺丝法和煅烧工艺在600 ℃下制备了纯SnO₂纳米纤维和(0.5%、1%、2%、3%、4%(原子分数))In掺杂SnO₂纳米纤维。通过测试In掺杂SnO₂气体传感器对氢气的气体响应,研究其气体传感性能,证明了In掺杂SnO₂纳米纤维在气体传感方面具有潜在应用价值。在340 ℃时,1%(原子分数)的In掺杂SnO₂纳米纤维对100×10^-6氢气具有最高的响应(S=6.4)并且具有极快的响应/恢复行为(3.6 s/4.5 s)和高氢气选择性。结合FESEM、TEM、XRD、XPS分别对SnO₂基纳米纤维的微观形貌以及尺寸,晶体结构以及元素组成进行了分析表征,以阐释验证其传感机理,并讨论了一种合理的传感机制。
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  纳米纤维素制备及定向排列研究进展

  宿晓天, 陈继飞, 陈文刚

  功能材料. 2023, 54(8): 8014-8024. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.003

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  随着纳米纤维素材料的应用越来越广泛,研究发现有纳米纤维素复合材料可以改善其整体性能且成本低来源广泛。采用不同的方法制备纳米纤维素材料如纳米纤维素晶体(CNC),微晶纤维素(MCC),纳米纤维素(NFC),细菌纳米纤维素(BNC)等材料,借助于机械拉伸,纺丝法、电场、磁场等方法用做制备定向排列高取向度,高性能,高强度和刚度等纳米纤维素材料,应用于纺织业,医疗行业,光学器件等领域。上述对方法和材料进行简要讨论,总结材料方法应用特性场合。
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  氮化碳纳米片光电催化性能及界面反应机制

  廖先龙, 马晓清

  功能材料. 2023, 54(8): 8025-8034. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.004

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  石墨相氮化碳(g-C₃N₄)由于低成本、易制备、高化学和热稳定性、合适的带隙等优点受到广泛关注。然而,传统热聚合法制备的g-C₃N₄片层结构不明显,具有比表面积小、易团聚和光催化活性低等缺点。以热氧化法制备得到氮化碳纳米片为模型,进行光电催化性能测试。探究了外加偏压对光电流方向的影响,并对光电诱导下的电极界面反应机制进行了讨论。分别通过X射线衍射(XRD)、电子显微镜(SEM/HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光光谱(PL)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)表征了样品的结构、形貌、和光学特性。系统研究了在空气气氛下热氧化法对氮化碳结构和光电化学性能的影响。BET比表面积分析得到,经过热氧化法剥离的氮化碳纳米片的比表面积(160.6 m²/g)较块状g-C₃N₄(12.5 m²/g)提升了1个数量级。此外,二维纳米片结构的g-C₃N₄在紫外可见光照射下的光电流密度相较于块状g-C₃N₄提高了一倍,析氧过电位明显降低。
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  Au和Ag修饰TNTAs阵列及光电催化甘油转化研究

  王旭东, 王剑, 田入峰, 张王刚, 刘一鸣, 李晓红

  功能材料. 2023, 54(8): 8035-8043. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.005

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  通过阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列(TNTAs),管径是60 nm和管长是5.4 μm。进一步利用电沉积法制备了Au和Ag修饰的TNTAs/Au和TNTAs/Ag纳米管阵列。评价了负载不同Au和Ag含量对光阳极光电催化转化甘油耦合产氢耦合的影响。结果表明,负载Au和Ag的TNTAs可将甘油光电催化转化为甘油醛(GLD)、二羟基丙酮(DHA)等高附加值产品并协同产氢。TNTAs/Au(0.08 mmol/L)和TNTAs/Ag(0.04 mmol/L)的催化性能最高,其产氢速率分别为213.8,198.1 μmol·cm^-2·h^-1,甘油转化率为4.6%、4.4%,DHA的选择性为15.4%、15.3%。样品的最佳性能归功于金属纳米颗粒的等离子共振效应,即金属作为电子陷阱有效地聚集了光激发的电子,TiO₂导带中的电子被转移到金属上,防止了光生电子-空穴对的复合,有效地提高了TiO₂纳米管阵列的催化性能。
综述·进展
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  氮化硼纳米材料功能化改性及对聚合物基材性能调控研究进展

  魏文涛, 王全龙, 武美萍, 王轶遥, 周雯

  功能材料. 2023, 54(8): 8044-8053. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.006

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  氮化硼纳米材料因具有良好的机械性能、绝缘性能、抗氧化性能以及优良的导热性能等,通常将其添加到聚合物中来调控和改善聚合物基复合材料的性能,但无机氮化硼纳米材料与有机聚合物材料的不相容性会导致纳米复合材料的机械和热性能削弱,使其难以充分发挥自身优越性能。因此,对氮化硼纳米材料进行功能化改性处理以改善界面相容性、提高材料分散能力和调整纳米材料的表面性质的研究迫在眉睫。综述了功能化改性氮化硼纳米材料的研究进展,详细介绍了氮化硼的结构特征、物理和化学性质,归纳了氮化硼功能化改性在聚合物基复合材料的应用。最后,对功能化改性氮化硼纳米材料的发展趋势进行了展望。
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  无机纳米闪烁体的研究进展

  张悦, 景泽坤, 郭亚昆, 夏斌元, 帅茂兵, 詹斌

  功能材料. 2023, 54(8): 8054-8062. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.007

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  从闪烁机理入手,结合相关的物理现象介绍了无机纳米闪烁体的基本特性、优缺点和局限性。围绕纳米闪烁体的物理形式,如粒子、薄膜、陶瓷和玻璃等,探讨了不同结构的特点,以及纳米技术在闪烁体领域的应用。分析了纳米尺度下闪烁过程的主要影响因素,从结构效应、表面效应、限域效应等角度阐释了相关行为和机制。论述了无机纳米闪烁体在电离辐射探测等领域的研究进展,并对纳米闪烁体的应用前景进行了展望。
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  纳米晶NiTi形状记忆合金在生物医用中的应用展望

  沈启航, 李自来, 唐王, 史晓斌

  功能材料. 2023, 54(8): 8063-8070. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.008

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  传统的NiTi合金具有超弹性、形状记忆效应及优异的生物相容性在众多领域都有广泛应用,例如:在生物医用领域被制备成口腔正畸弓丝和血管支架。但生物医用器材需要精密化及小型化,传统NiTi合金已经跟不上发展,经过严重塑性变形的纳米晶NiTi合金比传统的粗晶和超细晶NiTi合金拥有更好的拉伸、抗压强度、塑性和疲劳性能等性能。有望扩大在生物医用领域的应用范围。纳米晶NiTi合金可以用于新型医疗器械制造和骨科生物材料,与Ag组合成NiTiAg三元合金不仅力学性能优异,还附带抗菌效果;与W纳米线/带复合形成W-NiTi复合材料提高辐射不透明度,使器械和植入物在人体内的定位和部署更加简单。近年来,还有一种新型表面改性技术:超声波纳米晶表面改性,在NiTi合金表面产生纳米结晶以改善疲劳和耐腐蚀性能等。主要介绍现有的NiTi合金的应用以及纳米晶NiTi合金在生物医用领域的应用展望。
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  纳米填料调控对极性聚合物纳米复合材料的性能影响

  徐玉姣, 欧阳文, 陈福林, 盛苏

  功能材料. 2023, 54(8): 8071-8084. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.009

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  电介质材料具有高稳定性以及高功率密度,但是能量密度较低,因此提高其能量密度是一个长期的挑战。将无机组分引入聚合物基质中形成聚合物复合材料是一种新兴的电容式储能介质材料,由于可以综合陶瓷填料的大介电常数与聚合物的高击穿电场而备受关注。综述了高能量密度铁电聚合物复合材料的重要研究方向和最新进展。主要介绍了填料尺寸、填料形状、填料取向、填料空间结构以及填料的表面改性等对复合材料介电性能、击穿强度和能量密度的综合影响,并且重点介绍了其内部影响机制。
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  水热法制备锰氧化物纳米线的研究进展

  李硕, 蒋志强, 刘芳, 王兴军, 侯云

  功能材料. 2023, 54(8): 8085-8095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.010

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  锰氧化物由于其优异的结构多样性以及新颖的物理和化学性质而备受关注,常见的锰氧化物MnO₂,Mn₂O₃,Mn₃O₄,MnO在催化、磁性应用、储能等领域具有广阔的应用前景。材料维度的减小可能会带来性能的提升,因此人们在制备锰氧化物纳米线方面做了很多努力,特别是采用水热法制备了具有不同晶体结构的锰氧化物纳米线。概述了水热法制备过程中生长参数(反应温度、反应时间、pH值等)对锰氧化物纳米线结构与形貌的影响,旨在为水热法生长尺寸可控、性能良好的锰氧化物纳米线提供参考。
研究·开发
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  具有高效电磁屏蔽性能的银纳米线/木棉纤维素纸的制备与研究

  滕睿, 张全, 孙依诺, 牛卓航, 刘铭轩, 曹其宇, 刘守新, 李伟

  功能材料. 2023, 54(8): 8096-8102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.011

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  以多元醇法制备出的银纳米线作为导电填料,木棉纤维素微纤维作为载体,通过真空抽滤制成导电复合纸,使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、四探针测试仪、矢量网络分析仪对复合纸进行表征,探究了银纳米线含量对其电导率与电磁屏蔽效能的影响。结果显示,银纳米线作为一种一维的银单质纳米材料能够均匀地分布在复合纸中,并且形成优异的导电网络。当纯纤维素纸中加入2.5%(质量分数)的银纳米线,纸的电阻由470.57 MΩ·cm骤降至1.26 mΩ·cm。当银纳米线的浓度从2.5%提升至10%后,纸的电导率从793.65 S/cm提升至3039.51 S/cm,电磁屏蔽效能也从38.1 dB提升至61.5 dB。
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  高AgNO₃浓度下多元醇法制备银纳米线及其形貌调控

  衷水平, 陈伊男, 肖妮, 迟晓鹏, 谭文, 翁威

  功能材料. 2023, 54(8): 8103-8109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.012

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  高长径比银纳米线(AgNWs)符合其下游应用所需。提高AgNO₃浓度可提高AgNWs合成效率,但也同时增加了产物形貌可控难度。在高浓度AgNO₃条件下,采用两步多元醇法制备AgNWs。研究了Fe³⁺与Cl^-以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分子量对AgNWs的尺寸及形貌的影响,并对第一步AgNO₃的添加浓度及添加速率等工艺条件进行优化,高效合成了直径71.0 nm、长度62.3 μm、长径比877.3的AgNWs。通过扫描电镜、X射线衍射仪和紫外-可见分光光度计对样品进行表征及分析。结果表明,Fe³⁺和Cl^-对AgNWs的形貌有着重要的影响,二者的协同作用促进了高长径比AgNWs的形成;此外,通过调节PVP分子量、第一步AgNO₃的添加浓度及添加速率,进一步认识了高AgNO₃浓度下AgNWs的生长机理,并获得了合成高长径比AgNWs的优化条件。
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  聚丙烯酰胺辅助水热法制备碳纳米球及其亚甲基蓝吸附特性

  张金玉, 金晨, 颛孙梦林, 何伟

  功能材料. 2023, 54(8): 8110-8117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.013

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  以葡萄糖,阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)为原料,通过辅助水热法制备了不同APAM加入量的单分散碳纳米球(CNs-APAM)。利用SEM、FTIR、XRD、TG、紫外可见分光光度计(UV-vis)对样品进行了表征与测试。考察了APAM添加量对碳纳米球(CNs)分散性及产率的影响,及不同APAM添加量的CNs对亚甲基蓝(MB)吸附性能。研究显示APAM的添加量在120 mg时,CNs分散性最佳,收率最高,产率高达21.5 %。吸附结果表明,当APAM的加入量为120 mg,吸附时间约2 h,MB溶液浓度为30 mg/L,溶液初始pH为10.0时,CNs-APAM在MB上具有最佳吸附效果,最大吸附量为124.26 mg·g^-1。吸附模型的拟合结果表明,CNs-APAM吸附MB过程符合Langmuir模型与准二级动力学模型。
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  In掺杂MoO₃纳米带的室温氢敏性能研究

  殷涛, 刘宇航, 薛倩倩, 杨树林, 王钊

  功能材料. 2023, 54(8): 8118-8123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.014

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  通过水热法成功制备了In掺杂的MoO₃纳米带,并探究了In掺杂浓度对其物相、形貌和室温氢敏性能的影响。结果表明,In掺杂后产物均为正交相MoO₃纳米带,平均长度约为5 μm,直径约为200 nm。随着In掺杂浓度从2%(原子分数)提高到6%,材料的室温氢敏性能逐渐增强,但当掺杂浓度进一步提高到10%时,室温氢敏性能反而恶化。其中,6%掺杂的MoO₃纳米带表现出最佳的室温氢敏性能,对3 000×10^-6 H₂的响应度约为1.84,响应时间约为42 s。此外,所得In掺杂MoO₃纳米带具有良好的重复性、选择性和稳定性。
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  纳米多孔FeNbMoP合金的制备及其电催化氮还原性能

  王淋淋, 常春涛, 朱胜利

  功能材料. 2023, 54(8): 8124-8133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.015

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  温和条件下的电催化氮还原反应(ENRR)是一种环境友好的固氮策略,有望取代条件严苛、高能耗并且污染环境的Haber-Bosch工艺。开发高性能电催化催化剂是解决氮氮三键难以解离和氮气难以吸附这些问题的关键。通过电化学脱合金的方法制备了具有自支撑结构的非贵金属纳米多孔FeNbMoP合金催化剂,并将其应用于催化ENRR。纳米多孔结构以及非金属P元素和过渡金属Nb元素的添加提高了反应活性,优化工艺后制备的催化剂具有23.3 μg h^-1 cm^-2 的氨产率。研究为后续合成高性能的ENRR催化剂提供了新的方向。
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  磁场对纳米铁酸镍(NiFe₂O₄)磁流体金属腐蚀行为研究

  梁天祥, 吴张永, 蒋佳骏, 朱启晨, 蔡晓明, 莫子勇

  功能材料. 2023, 54(8): 8134-8139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.016

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  为探究磁场条件下金属在纳米磁流体中的腐蚀问题,通过两步法制备了纳米NiFe₂O₄磁流体,采用重量法探究了磁场条件下铜片在纳米磁流体介质中的腐蚀速率,并分析了不同分散剂及其质量分数、pH值、纳米NiFe₂O₄颗粒质量分数和磁场强度对铜片腐蚀速率的影响。实验结果表明,油酸以及十二烷基硫酸钠都抑制了铜片的腐蚀。并且十二烷基硫酸钠的抑制效果更好;碱性条件下铜片腐蚀速率低于酸性条件下;纳米磁性颗粒的加入一定程度上促进铜片的腐蚀;磁场强度可以提高铜片在纳米磁流体介质中的耐腐蚀性,随着磁场强度的增加,铜片的腐蚀速率逐渐减小。
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  两步法构筑Ni(OH)₂/CeO₂@Ni₃S₂/NF复合电极用于高效电催化析氧反应

  杨玛萌, 李妍, 刘江英, 许文轩, 郭凤英, 张军军, 包维维

  功能材料. 2023, 54(8): 8140-8147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.017

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  电化学水裂解制氢是生产清洁能源的方式之一,然而析氧反应(OER)这一重要的半反应涉及复杂四电子转移而显著降低了整体水裂解的效率。利用界面工程,采用电沉积的方法使Ni(OH)₂/CeO₂杂化物颗粒修饰原位生长在泡沫镍(NF)上的Ni₃S₂纳米片阵列从而成功制备一种高效且稳定的OER复合电极。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对电极材料的微观结构、物相组成和表面元素价态进行表征和分析。在1.0 M KOH电解液当中,驱动100 mA/cm²电流密度所需过电势仅为330 mV,其Tafel斜率为150.7 mV/dec,且至少能保持25 h的耐久性。优越的电催化性能是由于Ni(OH)₂/CeO₂颗粒与Ni₃S₂纳米阵列产生的协同催化效应以及Ce⁴⁺阳离子对OER活性组分的生成起到促进作用。研究证实稀土化合物在修饰硫化物催化剂方面具有一定的潜力,可广泛应用于能源催化领域。
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  基于固废微波快速制备泡沫碳负载CoO_x纳米片及电催化析氧性能

  张青原, 龙威宇, 崔玉琛, 徐磊, 孟祥康, 唐少春

  功能材料. 2023, 54(8): 8148-8156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.018

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  开发性能稳定、成本低廉的电催化剂对于电催化水分解实现大规模制氢至关重要。以固体废弃物三聚氰胺泡沫为原料,采用微波选择性加热的方法在碳化后的三维氮掺杂碳骨架上快速生长均匀分布的CoO_x纳米片多孔包覆层(CoO_x/N-C)。微波反应过程仅需45 s,反应速率比传统化学沉淀—热解法(制备时间6~8 h)提高了两个数量级。电化学测试结果表明,当电流密度为10 mA cm^-2时,CoO_x/N-C电极在1M KOH电解液中过电位仅为340 mV;经过10 h循环测试,其电催化性能保持率高达97%。这主要归因于三维氮掺杂碳作为电子传输通道有效地提高了CoO_x的导电性,且CoO_x纳米片多孔层为电催化析氧反应(OER)提供了足够多的活性位点。研究为快速制备高性能OER电催化材料提供了一种新方法,为固体废弃物高价值再利用提供了一种有效途径。
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  高活性Co₃O₄/Fe₃O₄复合纳米材料的制备及其热催化性能研究

  金雨玲, 李林丽, 刘亚靖, 陶然, 马静怡, 孙浩, 张美霞, 范晓星

  功能材料. 2023, 54(8): 8157-8162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.019

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  采用溶胶凝胶和高温煅烧相结合的方法制备了Co₃O₄/Fe₃O₄复合纳米材料,通过调节前驱体中Co(NO₃)₂·6H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O的浓度可以调节Co₃O₄/Fe₃O₄中两组分的含量,通过改变煅烧温度可以改变Co₃O₄/Fe₃O₄的晶粒尺寸。利用XRD、SEM、XPS和N₂吸附脱附等测试技术对Co₃O₄/Fe₃O₄复合材料的物相、形貌和结构进行了表征。热催化结果表明:随着Fe₃O₄与Co₃O₄摩尔比的增加,Co₃O₄/Fe₃O₄复合材料热催化降解异丙醇(IPA)的活性不断增强,当Fe₃O₄与Co₃O₄的摩尔比为0.5∶1且煅烧温度达到500 ℃时,复合材料表现出最高的热催化活性和较好的稳定性。形成的Co₃O₄/Fe₃O₄异质结在热催化氧化还原反应中促进了电子和空穴的分离,并且在材料表面生成了·O₂^-自由基,可进一步与IPA发生氧化反应,最终实现IPA的高效降解。
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  用于高性能微波吸收的聚酰亚胺衍生多孔碳/纳米磁性铁微粒复合材料

  王子青, 余文涛, 黄万君, 罗旭良, 任国兴, 陈磊, 闵永刚, 方基永

  功能材料. 2023, 54(8): 8163-8171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.020

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  通过共沉淀法制备了F₃O₄磁性材料,通过真空冷冻干燥和高温热解的方法,制备了不同磁性微粒添加量的聚酰亚胺基多孔碳/纳米磁性铁微粒(PIC 、PIC/Fe-1、PIC/Fe-2、PIC/Fe-3)复合吸波剂。聚酰亚胺优异的耐热性能,保证了高温热解过程中孔结构的完整。完整的多孔结构可改善了阻抗匹配条件。适量纳米磁性铁微粒的加入在改善介电损耗的同时增加了磁损耗,使电磁波在吸波剂内部快速衰减。PIC/Fe-2厚度为4.57 mm时,最小反射损耗(RL_min)为-24.13 dB,厚度为4.89 mm时,有效吸收带宽(EABW,大于90%EMW吸收,RL低于-10 dB)为2.54 GHz。另外,PIC/Fe-3厚度为4.91 mm时,RL_min为-54.43 dB,厚度为5.18 mm时, EABW为2.65 GHz。工作中设计的聚酰亚胺基多孔碳/纳米磁性铁微粒吸收剂,EMW吸收性能较为优异,可作为吸波剂的候选材料。
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  Ag掺杂ZnO纳米材料的制备及光催化降解罗丹明B的研究

  李娜, 胡凤哲, 金馥

  功能材料. 2023, 54(8): 8172-8176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.021

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  以C₄H₆O₄Zn·2H₂O为原料,通过水热法制备了Ag掺杂ZnO纳米材料,利用XRD、SEM、FT-IR、PL光谱及光催化性能测试等研究了Ag掺杂摩尔质量对ZnO纳米材料结构和光催化性能的影响。结果表明,水热法制备出的Ag掺杂ZnO纳米材料具有六方纤锌矿结构,结晶度较高,Ag掺杂没有改变ZnO纳米材料的晶格结构,外观形貌为不规则的球状,适量的Ag掺杂后ZnO纳米材料的颗粒形貌有转变为规则球形的趋势,颗粒尺寸在260~480 nm之间。随着Ag掺杂比例的增多,ZnO纳米材料的光致发光强度先降低后增大,Ag掺杂摩尔比3%的ZnO纳米材料的发光强度最低。以罗丹明B(RhB)为降解对象,在180 min时,Ag掺杂摩尔比3%的ZnO纳米材料对RhB的降解率达到了最大值93.05%,相比纯ZnO提高了64.22%。在重复使用5次后,ZnO纳米材料在180 min对RhB的降解率为81.22%,保持率高达87.29%,具有较高的重复使用性能。
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  小球藻藻渣纤维素纳米纤维的制备及对染料的吸附研究

  张丽娜, 朱锦, 霍晓敏, 刘长斌, 王连峰

  功能材料. 2023, 54(8): 8177-8182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.022

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  纳米纤维因其高比表面积、生物可降解等特性被广泛用作水处理材料。小球藻经生物炼制后的藻渣富含纤维素而不含木质素,通过相对简单的纯化就可以获得高品质的纤维素。研究通过均质法从小球藻油脂提取残留物中制备了纤维素纳米纤维(CNF),其平均直径为(4.1±2.3)nm,平均长度为(375±35.3)nm.此后,利用制备的CNFS进行亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR)的吸附研究,发现CNF对MB的吸附符合伪一级动力学模型,对CR的吸附符合伪二级动力学模型;通过对不同浓度MB、CR吸附等温线分析表明CNF对MB、CR吸附符合Langmuir等温线,最大吸附能力分别达到161.25和181.36 mg/g。两种染料的初始pH值对CNF吸附具有显著影响,MB初始pH=8时CNF具有最大吸附能力;CR在pH值5~10范围内,pH越低CNF吸附能力越强。
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  超亲水CNC/PAN复合纳米纤维膜及性能研究

  王慧, 牛力, 李旭, 刘志明

  功能材料. 2023, 54(8): 8183-8191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.023

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  以浓硫酸水解脱脂棉获得的,具有较高机械强度和结晶度的纤维素纳米晶(CNC)作为增强相,结合具有良好热稳定性、化学稳定性的聚丙烯腈(PAN),采用简单的静电纺丝技术制备了具有较高的孔隙率和纯水渗透通量的CNC/PAN复合纳米纤维膜。通过各项表征考察了CNC添加量对薄膜各项性能的影响,结果表明与Pure PAN相比,CNC/PAN复合纳米纤维膜具有良好的热稳定性,更好的力学性能和亲水性。探究了薄膜使用前后厚度、孔隙率与纯水渗透通量的变化情况,分析了薄膜的油水分离性能,拓展了其在水处理领域的应用。
工艺·技术
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  纳米ZnO/TiO₂对玄武岩纤维改性沥青性能影响

  马峰, 安强, 傅珍, 温雅噜, 侯英杰, 唐钰杰, 李杰

  功能材料. 2023, 54(8): 8192-8198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.024

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  为提升沥青结合料的路用性能,采用玄武岩纤维、纳米ZnO和纳米TiO₂复配复合改性沥青。通过三大指标、布氏旋转黏度和温度扫描试验对复合改性沥青基础性能及流变性能进行研究,采用薄膜烘箱老化试验(TFOT)和压力容器老化试验(PAV)模拟沥青不同老化状态,分析复合改性沥青抗老化性能。结果表明,随着纳米ZnO和纳米TiO₂掺量增加,改性沥青针入度、软化点及黏度均增大,其高温性能得到改善;复合改性沥青的车辙因子G^*/sinδ和疲劳因子G^*·sinδ均有明显提高,其抗车辙性能提升,抗疲劳性能下降;对比不同老化状态下沥青的复数模量、疲劳因子-温度关系曲线,其抗老化性能随纳米复合改性剂掺量的增加而提高;通过综合比选,推荐纳米复合改性剂最佳掺量为4%。
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  石墨烯改性环氧胶黏剂在水环境下的老化性能研究

  刘芊, 邹昀, 贾哲敏

  功能材料. 2023, 54(8): 8199-8206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.025

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  采用不同含量(0.25%、0.5%、0.75%和1%)(质量分数)石墨烯纳米片(GNP)改性环氧树脂胶黏剂,通过碳纤维加固混凝土结构双面剪切试验,研究浸水老化不同时间(2、4、6、8周)的工况下GNP改性前后胶黏剂的粘接性能的变化,探究石墨烯纳米片改性对胶接结构耐久性能的影响。试验结果表明,未浸水和浸水老化试验下,界面粘接强度和最大滑移量都随着GNP含量的增加出现先升高后降低的趋势,且每种工况下0.5% GNP对粘接强度的提升都是最大的。与未改性胶相比,浸水老化8周时0.5% GNP改性胶对界面粘接强度和最大滑移量分别提高了54.1%和53.66%。老化8周后未改性的粘接强度比未老化下降15.19%,0.5%GNP改性后下降幅度为10.47%,0.5% GNP改性胶黏剂对其耐久性的改善效果更好,在提高结构强度的同时,也能减轻水分子对胶层的老化作用,保证胶接结构长期耐久性,为碳纤维布加固混凝土结构技术在工程实际中的应用提供一定的参考。
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  氨基化碳纳米管对水中新烟碱类农药的吸附研究

  张欣禄, 孙天杭, 姜伟, 张海韵, 沈晓芳

  功能材料. 2023, 54(8): 8207-8216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.026

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  采用微波法合成了一种氨基改性的多壁碳纳米管(CNTs-NH₂),通过SEM、FTIR、XRD、XPS和BET等对材料进行了表征,将其作为吸附剂对水中5种新烟碱类农药(NNIs,包括吡虫啉、啶虫脒、噻虫胺、噻虫嗪和烯啶虫胺)进行吸附去除研究。实验结果表明,投加10.0 mg CNTs-NH₂吸附100 mL浓度为0.5 mg·L^-1的NNIs时,5种NNIs的去除率均能超过70%。溶液的pH和水中共存的阴离子(Cl^-、SO^2-₄、HCO^-₃)对NNIs的吸附效果影响不大。CNTs-NH₂吸附NNIs的动力学过程符合准二级动力学模型,平衡时间为120 min。与Frendlich模型相比,CNTs-NH₂吸附NNIs的等温线更加符合Langmuir模型。
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  碳纳米管对水泥基材料微观结构及抗碳化性能的影响研究

  杨志全, 朱红霖

  功能材料. 2023, 54(8): 8217-8227. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.027

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  碳纳米管是一种性能优越的新型材料,将其掺入水泥基材料中可改善材料的微观结构及耐久性能。综述了碳纳米管的成核、填充和桥联等作用特性对水泥基材料微观结构及抗碳化性能影响的研究进展,讨论了碳纳米管的掺量、分散方法和长径比对水泥基材料碳化反应的影响机理。分析表明碳纳米管以成核作用促进水泥水化,使水化产物Ca(OH)₂增多,基体碱性增强而使碳化变慢,并结合填充作用和桥联作用优化材料孔隙结构和界面过渡区密实度,抑制微裂缝形成,阻止CO₂渗入,从而优化水泥基材料微观结构,增强其抗碳化性能。最后,分析了目前研究存在的问题,并对其研究前景进行展望。
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  改性TiO₂纳米颗粒对相变微胶囊凝固特性的影响

  钟凯, 贾莉斯, 陈颖, 盛鑫鑫, 莫松平, 王慧昌

  功能材料. 2023, 54(8): 8228-8236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.08.028

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  使用十八烷基三甲氧基硅烷对二氧化钛(TiO₂)纳米颗粒进行亲油改性处理;利用超声手段将改性TiO₂纳米颗粒加入十八烷(C18)中制备TiO₂-C18纳米悬浮液;采用微流控方法进一步获得结构规整、粒径均匀、成份可控的TiO₂-C18相变微胶囊。在此基础上,采用差示扫描量热仪、高低温交变湿热装置对TiO₂-C18相变微胶囊的凝固相变过程进行测试,重点研究了不同改性程度TiO₂纳米颗粒对相变微胶囊凝固过冷和冷/热循环稳定性的影响。结果证实通过控制硅烷偶联剂用量,能够实现对TiO₂纳米颗粒的亲油改性,使其能均匀分散于C18相变材料中,进而能够为晶核形成提供足够表面,达到消除相变微胶囊凝固过冷的目的,并同时保证TiO₂-C18相变微胶囊具有良好的循环稳定性。