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2023年, 第54卷, 第9期　刊出日期：2023-09-30
  

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  • 本期中英文目录、封面
    功能材料. 2023, 54(9): 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)
  • 耐蚀镍基催化剂的制备及电解海水性能的研究
    关亚峰, 朱胜利, 李朝阳, 姜辉, 徐文策, 梁砚琴
    功能材料. 2023, 54(9): 9001-9006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.001
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    开发抑制析氯的竞争反应和氯离子腐蚀的高效电解海水催化剂是至关重要的。通过两步法(激光扫描法+浸泡置换法)在泡沫镍上快速制备了一种高活性且耐蚀的NiFe-LDH@MnO2/NF电解海水催化剂。该催化剂中NiFe-LDH提高了催化反应的活性,MnO2层防止催化剂被氯侵蚀,二者的协同作用使催化剂在碱性盐水介质中表现出优异的析氧性能。所制备的NiFe-LDH@MnO2/NF催化剂在10 mA/cm2的电流密度下,过电位仅为270 mV,在100 mA/cm2的大电流密度下过电位为360 mV,且在10 mA/cm2的电流密度下可稳定催化析氧100 h,为工业电解海水制氢催化剂的制备提供理论指导。
  • 金刚石薄膜场发射特性研究现状
    王旸, 张锦文
    功能材料. 2023, 54(9): 9007-9016. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.002
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    金刚石薄膜具有负电子亲合能、高热导率和极强的化学惰性等优势,作为场发射材料引起了广泛关注。回顾了金刚石薄膜的分类,介绍了氢化金刚石薄膜具有的负电子亲合能特性,分析了金刚石薄膜场发射特性的影响因素,列举了场发射特性的优化方向,并总结了文献中报道的金刚石薄膜与其他材料复合获得的场发射阴极的性能,对于分析和改进金刚石薄膜器件场发射性能具有重要意义。
  • NiTiNb记忆合金的温度记忆效应研究
    李秋真, 谢金娇, 姜大强, 崔立山
    功能材料. 2023, 54(9): 9017-9021. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.003
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    为研究Ni51Ti48.5Nb0.5(原子分数%)合金的温度记忆效应,通过熔炼、锻造、拔丝及固溶时效处理制备了NiTiNb合金丝材,利用差示扫描量热仪(DSC)、电阻等表征了样品的相变行为,并利用DSC研究了逆相变中断温度对再次正相变及再次逆相变的影响。结果表明,NiTiNb合金存在温度记忆效应。再次正相变过程中的相变路径,马氏体相变起始温度及再次逆相变中的过热温度均受到逆相变中断温度的影响,且存在一定的规律。
  • 磷酸铝基耐温高发射率涂料的制备及应用
    付强强, 陈长, 高彦峰
    功能材料. 2023, 54(9): 9022-9028. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.004
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    以Al(H2PO4)3为粘结剂,SiC、SiO2为高发射率填料,Al2O3为耐磨填料,CrO3为稳定剂,制备了耐温高发射率涂料。测试了所制备涂层的发射率、耐热性、耐磨性、附着力,抗冲击性和散热性,分析了填料粒径和含量对涂层发射率和力学性能的影响。结果表明,原料粒径影响涂层孔隙率,而孔隙率是影响发射率和涂层力学性能的关键,多种原料中,SiC粒径增加有利于孔隙率增加,SiO2和Al2O3的粒径增加则会提升涂层致密度降低孔隙率。最终优化的涂层,SiC含量为16.7%,SiO2含量为1.7%,Al2O3含量3.3%时,波长3~14 μm的发射率均值大于0.9,耐磨性能达到3.8 L/μm,附着力为0级,抗冲击性为35 cm,涂层样品在500 ℃保温6 h后无开裂,不脱落,同时其散热能力达到基材的2倍。
  • 苯并噻二唑基半导体/弹性绝缘体共混柔性薄膜的结构及电荷传输研究
    费宇明, 周涵, 艾志强, 张发培
    功能材料. 2023, 54(9): 9029-9037. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.005
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    利用苯并噻二唑基半导体聚合物PffBT4T-2DT与弹性体聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)通过溶液相共混,采用旋涂法制备共混薄膜。并采用层压转移法构筑共混薄膜有机场效应晶体管(OFET)来研究薄膜的电荷传输特性随拉伸应变的变化。结果显示,PffBT4T-2DT/PDMS共混薄膜中诱发垂直相分离结构,即PffBT4T-2DT组分富集在薄膜下层而PDMS集中在上层。PDMS引入还导致PffBT4T-2DT骨架链堆垛结构的改变,促使分子链间倾向于edge-on堆积方式。相比纯PffBT4T-2DT薄膜,共混薄膜具有优异的可拉伸性能,使其在100%的高拉伸应变下仍保持较高的载流子迁移率。这源于弹性的PDMS基体有效地耗散拉伸产生的薄膜内部能量。基于柔性薄膜结构表征,分析了薄膜微结构与其力学性质和电荷传输性能间的内在联系。
    • 综述·进展
  • 静电纺丝技术在固体氧化物燃料电池电极材料的应用
    张志鹏, 蒋耀, 周星宇, 马建军, 陈玮晟, 陈立峰, 吴光伟, 张敬雨, 姜彩荣
    功能材料. 2023, 54(9): 9038-9048. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.006
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    近些年,纳米纤维被用于燃料电池材料时具有优异的性能,引起了人们的广泛关注。静电纺丝技术是一种低成本,高效可控,操作简单的纤维制备方法。电极材料的微观形貌对于电池性能具有显著影响。将静电纺丝技术的影响因素归纳为内部参数、工艺参数和环境参数三类,分别讨论其对材料微观形貌的影响。同时对于静电纺丝所形成电池纤维结构进行了相关归纳,并对比了不同微观结构所获得的性能。此外,总结归纳了静电纺丝应用于固体氧化物燃料电池材料的最新研究进展,特别强调了复合电极材料的发展现状,以及其微观形成机理,为相关研究者提供研究思路。
  • 氮掺杂生物炭吸附降解有机污染物的研究进展
    姜伟, 沈晓芳, 陈勇宏, 张欣禄
    功能材料. 2023, 54(9): 9049-9058. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.007
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    生物炭是生物质热解和碳化后产生的高含碳物质。氮掺杂生物炭改善了生物炭的性能,使其在吸附降解有机污染物等方面的应用前景更为可观,引起了学者的广泛关注。而氮掺杂生物炭对有机污染物的吸附降解性能受多种因素影响,如生物炭的制备条件及其性质等。详细讨论了生物质原料和掺杂方式等因素对氮掺杂生物炭性质的影响,总结了氮掺杂生物炭吸附和降解有机污染物的影响因素及机理,并提出了氮掺杂生物炭的未来研究方向。
  • 掺铝氧化锌(AZO)透明导电薄膜的研究进展
    孔德茹, 安佳钰, 刘靖, 孙冬兰
    功能材料. 2023, 54(9): 9059-9069. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.008
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    新型掺铝氧化锌(AZO)透明导电薄膜光学性能优异,成本低廉,有望取代技术成熟的掺锡氧化铟(ITO)薄膜。主要简述了AZO薄膜的结构及其光电性能,重点综述了薄膜的制备工艺以及应用领域,对极具开发潜力的AZO薄膜的产业化前景进行了展望。
  • 储能聚合物复合方式的研究进展
    任森, 庞利霞, 周迪, 郭艳, 王晓龙, 方振, 袁世豪
    功能材料. 2023, 54(9): 9070-9079. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.009
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    新能源动力、医疗仪器、地下勘探、高功率脉冲等行业的高速发展对介质电容器的要求越来越高。聚合物基薄膜电容器的高功率密度、高击穿场强、高可靠性、低损耗、小体积等优点备受关注。但由于聚合物本身低介电常数的特点导致了其能量密度较低,限制了其在高端领域的应用。而聚合物通过不同方式与其他有机或无机物的复合都是提升能量密度的有效途径。介绍了聚合物基薄膜电容器与无机物的复合方式研究现状,分析了不同复合方式的优势与不足,并讨论了未来聚合物基薄膜电容器的发展前景。
  • 基于MXene的复合功能纤维制备及其应用研究
    张天一, 宋柏青, 李欣峰, 杨凯丽, 马建华
    功能材料. 2023, 54(9): 9080-9092. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.010
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    随着新一代智能便携、柔性可穿戴电子设备及智能织物的出现和发展,人们对功能纤维性能的要求愈加提高。作为新型二维过渡金属碳/氮化物(MXene),凭借其优异的导电性、高机械强度及大比表面积等多重优势,常被作为功能组分构筑宏观复合材料并在智能传感、电磁屏蔽、热能转换等领域显示出巨大的应用潜力。本文主要综述了MXene及其功能纤维的制备方法,阐述了MXene基功能纤维的应用,最后总结了MXene功能纤维存在的关键科学问题和挑战,并对其未来发展和前景进行了展望。
    • 研究·开发
  • 探究超稳定析氧反应催化剂的稳定演变过程
    徐文娟, 李承睿, 李红, 王振宇, 冯燕茹, 杜层层, 罗晟尹, 孙宏滨
    功能材料. 2023, 54(9): 9093-9099. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.011
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    开发高效析氧反应催化剂,是实现大电流下工业化电解制氢的重要一环。通过简单的浸泡法制备了Mn和Fe改性的泡沫镍(NF),得到了一种大电流下性能优异的析氧反应电催化剂FeMn-NF。该催化剂仅需要252 mV的过电位就能达到500 mA/cm2的电流密度,且稳定运行超过1 500 h无衰减,具有超高的性能稳定性。研究发现,在大电流下的析氧反应中,催化剂的表面形貌会发生明显变化,朝着催化更稳定方向的结构演变,活性元素不流失。这种演变有利于催化剂表面的活性物质与基底的结合,同时保证气泡的及时逸出。这种合成简单、成本低廉、性能优异的催化剂是可用于工业电解水制氢的优异催化剂。
  • 碳酸钙晶须增强水泥基复合材料高温作用后的弯曲性能
    陈泽辛, 周宗伯, 余志辉, 张聪
    功能材料. 2023, 54(9): 9100-9106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.012
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    对比研究了碳酸钙晶须增强水泥基复合材料(Calcium Carbonate Whisker Reinforced Cementitious Composites, CWRCC)和纯水泥砂浆的棱柱体试件(40mm×40mm×160mm)在常温下和200、400、600及800 ℃作用后的弯曲性能。研究结果表明:常温下试件的弯曲强度和弯曲韧性随碳酸钙晶须掺量的提高呈现先增大后减小的趋势,碳酸钙晶须的最优掺量为0.5%。高温作用对CWRCC和纯水泥砂浆的弯曲强度和弯曲韧性均有显著影响。各组试件的弯曲强度随温度升高呈现线性下降的趋势,而碳酸钙晶须的引入会增大高温对弯曲强度的劣化程度。各组试件的弯曲韧性随温度升高呈现先上升后下降的趋势,碳酸钙晶须的引入可以提升弯曲韧性在高温下下降的起始温度,但同时会减小弯曲韧性在高温下提升的幅度和增大其在高温下下降的幅度。在600 ℃前,相同温度下相较于纯水泥砂浆,碳酸钙晶须的引入可以提高试件的弯曲强度和弯曲韧性,而在800 ℃后,CWRCC的弯曲强度和弯曲韧性与纯水泥砂浆差别不大。
  • 多尺度相增强碳泡沫复合材料的性能研究
    侯林伟, 苏秉尧, 赵建伟, 王恒, 曹越, 王斌, 贺辛亥
    功能材料. 2023, 54(9): 9107-9112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.013
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    以CNTs改性酚醛树脂为碳源,硼酸镁晶须(Mg2B2O5w)、纳米ZrO2为增强相,空心微球为分散相,制备了微纳米多尺度相协同增强碳泡沫复合材料。研究了微纳米相对碳泡沫的微观结构、力学性能、电磁屏蔽和热氧化性能的影响。结果表明,Mg2B2O5w和ZrO2对碳泡沫的性能起到协同增强效果。随着Mg2B2O5w含量的增加,复合材料的力学性能先增大后减小,Mg2B2O5w含量为6%(质量分数)的碳泡沫(6%CPF)力学性能最佳,压缩强度为15.4 MPa,比纯碳泡沫提高了111%。其电磁屏蔽性能随Mg2B2O5w含量的增加逐渐提高;9 GHz下,含8% Mg2B2O5w的碳泡沫,电磁屏蔽效能高达51 dB,较改性前提高了62%。6% CPF的耐高温氧化性能最佳,600 ℃等温氧化20 min,碳泡沫的质量损失由25%降低为15%;与改性前相比,耐高温氧化性能提高了40%。
  • 探究Mg掺杂对Al2O3质子导体电化学性能的影响
    张凤龙, 武茹明, 阮飞, 包金小, 马雨威, 李阳
    功能材料. 2023, 54(9): 9113-9122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.014
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    为了进一步系统研究Al2O3基质子导体的电化学性能,通过传统高温固相法在1 873 K烧结10 h成功制备Al2-xMgxO3-δ系列固体氧化物电解质试样。XRD和SEM测试结果表明,Al2-xMgxO3-δ系列电解质均已成功制备,同时该电解质晶粒尺寸均一,相对致密度均高于97%。在1 173~1 373 K富氢气大气环境中,Al2-xMgxO3-δ总电导率为3.1×10-5~7.5×10-2S·cm-1,导电活化能最低为0.49 eV。在1 173~1 323 K的温度范围内H/D同位素效应测试结果表明,质子作为主要载流子参与导电过程。同时在这一温度范围内,电动势测试结果表明,其质子转移数均高于97%。当温度高于1 323 K且在富氧气大气环境中时,电子也将变为主要导电载流子参与导电过程。另外,在1 173~1 373 K范围内,Al2-xMgxO3-δ的化学扩散系数为3.4×10-7~9.7×10-6cm2s-1。因此,Al2-xMgxO3-δ系列电解质可以作为氢传感器电解质的代替材料应用于高温电化学装置中。
  • 锰镁氢氧化物碳基复合材料催化臭氧化降解亚甲基蓝
    张犇, 张瑞峰, 杨川云, 杨世莲
    功能材料. 2023, 54(9): 9123-9132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.015
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    染料废水具有色度和有机污染物含量高、难生化降解等特点,常规水处理技术难以达到理想的处理效果。分别以碳纳米管、氧化石墨烯和石墨烯为载体,利用共沉淀法制备了锰镁碳复合催化剂,用以催化臭氧化处理亚甲基蓝废水。采用SEM、XRD和FTIR等技术对催化剂的结构进行表征,同时对比研究了催化剂投加量、臭氧浓度和pH等因素对催化效果的影响。结果表明,锰镁碳复合催化剂催化臭氧化过程均符合准一级反应动力学模型,不同催化剂对亚甲基蓝的降解速率不同,其中LDH/CNT对亚甲基蓝的催化降解效率最高。在pH=8,催化剂投加量为0.6 g/L,O3浓度为6.7 mg/L的条件下,LDH/CNT脱色率可达97.45%,COD去除率为74.85%,且催化剂活性稳定。结构表征表明,碳纳米管和氧化石墨烯具有丰富的含氧官能团,提升了催化剂的催化能力,而锰镁氢氧化物与石墨烯的结合能力较差,导致锰镁石墨烯的催化能力相对较弱。叔丁醇抑制试验表明,该催化过程遵循·OH机理,·OH对亚甲基蓝的降解起主要作用。
  • 用作空耦超声换能器的聚丙烯多孔膜驻极体的压电性能
    刘佳雯, 邱勋林, 边裕清, 朱武军, 项延训
    功能材料. 2023, 54(9): 9133-9137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.016
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    以初始厚度为50 μm的国产聚丙烯(PP)多孔膜(PQ50)为原材料,通过微结构调控制备了不同厚度的压电驻极体膜,并对比研究了其与芬兰VTT开发的商用PP多孔压电驻极体膜HS70的压电和声学性能。结果表明薄膜的杨氏模量与厚度呈U型依赖关系,杨氏模量在厚度为60~65 μm时出现谷值。PP压电驻极体膜的极化呈现阈值行为,在阈值电压以上,压电d33系数随着极化电压的上升而显著增加。当极化电压为6kV时,厚度为60 μm的PQ50多孔膜d33达355pC/N,而HS70的d33系数为179 pC/N。在1~10N的静态力范围内,两类PP多孔膜驻极体的压电d33系数先下降后趋于平稳。以PQ50(厚度60 μm)和HS70为振膜制作的超声换能器,其振幅分别为170和26 mV,带宽分别为320和180 kHz,因此,国产PQ50薄膜经微结构调控处理后表现出优于商售VTT薄膜的压电与声学性能。
  • 基于纤维素-多巴胺羧酸甜菜碱的新型仿生电子皮肤材料研究
    张俊武, 马红艳
    功能材料. 2023, 54(9): 9138-9144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.017
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    仿生皮肤可模拟人类皮肤,具有感知多种刺激的能力,在医疗监控、人工智能等领域有着广泛的应用。但是传统的电子皮肤材料通常存在机械强度低,黏附性能差,易失水导致柔性丧失等问题,限制了它在电子领域的应用。基于贻贝黏附蛋白,以天然高分子纤维素的衍生物羧甲基纤维素钠为骨架,制备了多巴胺改性的羧甲基纤维素(CMC-DA)的聚合物,并将其引入两性离子材料聚羧基甜菜碱(PCB)水凝胶中。当CMC-DA邻苯二酚基团的取代度为6.8%时,CD-PCB水凝胶具有良好的黏附性能,且可以通过CMC-DA质量分数的不同而调节,同时水凝胶的机械性能均得到较大改善。在此基础上加入天然高分子材料蚕丝蛋白,增强了水凝胶保湿性能。CDP-SILK水凝胶同时具有抑菌性,在金属离子的贯穿网络下,水凝胶获得良好的导电性。总体来说开发了生物相容性良好的两性离子仿生皮肤,该材料具有高保湿性,高粘附性,良好生物形容性以及高导电性,在生物电子应用中显示出良好的柔性可穿戴设备前景。
  • Si含量对(TiAlCrZrNb)-SiX-N高熵薄膜微观结构、力学性能和断裂韧性的影响
    高鑫, 王静静, 刘平, 马迅, 张柯, 马凤仓, 李伟, 徐魁, 鄢子茗, 应盈悦
    功能材料. 2023, 54(9): 9145-9151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.018
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    为了得到力学性能和断裂韧性都更为优异的薄膜,采用磁控溅射技术,在Si衬底上沉积了不同Si含量的(TiAlCrZrNb)-Six-N(x=0,4%,8%,12%,16%)高熵陶瓷纳米复合膜。采用X射线衍射仪、扫描电镜、高分辨率透射电镜和纳米压痕仪研究了Si元素的加入对所制薄膜微观结构、力学性能和断裂韧性的影响。结果表明,随着Si元素的掺入,薄膜的力学性能和断裂韧性都先升高后降低,这种趋势归因于形成的纳米复合结构。当Si含量为4%(体积比)时,(TiAlCrZrNb)-Six-N薄膜具有最好的综合力学性能,其最大硬度和弹性模量分别为22.7 GPa和192.0 GPa,此时断裂韧性也达到最好,径向裂纹长度C为6.760 μm,KIC为1.77 MPa·m1/2。
  • 硫掺杂Li4Ti5O12负极材料的电化学性能研究
    柏丽, 宋方祥, 陈前林
    功能材料. 2023, 54(9): 9152-9157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.019
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    钛酸锂(LTO)负极由于其安全性高、循环寿命长而受到广泛关注。在此,通过溶剂热法制备硫掺杂LTO材料作为锂离子电池负极,并对其电化学性能进行研究。X射线衍射(XRD)结果显示,引入的硫原子取代了部分Ti4+,使LTO的晶胞体积增大、电导率增加。扫描电镜(SEM)结果表明,LTO粒径减小,这是由于掺杂的硫原子干扰了LTO的晶体生长导致的。通过充放电测试研究了硫掺杂LTO(S-LTO)的倍率性能,结果表明S-LTO-1.5性能表现最为优异,20 C下表现出143.8 mA h·g-1,且循环1000圈后容量仍有137.4 mA h·g-1。电化学阻抗(EIS)、循环伏安(CV)和恒电流间歇滴定技术(GITT)研究结果表明,增大的晶胞体积和电导率促进了S-LTO-1.5中Li+和电子的运动,降低了极化,增强了电化学性能。
  • MnCl2掺杂n型多晶SnSe热电性能研究
    刘虹霞, 程林, 张顺, 翟立军, 孙志刚
    功能材料. 2023, 54(9): 9158-9165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.020
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    SnSe是一种极具应用潜力的热电材料。采用熔融法结合SPS烧结制备了一系列SnSe0.95-x%(摩尔分数) MnCl2样品,研究了MnCl2掺杂对n型多晶SnSe热电性能的影响。结果表明,所有样品均表现出明显的各向异性,沿平行于烧结压力方向具有更优异的热电性能。MnCl2掺杂量的增加引起样品中Sn相含量变化以及析出SnCl2相,进而影响材料的载流子浓度和迁移率,同时提升样品热激发后的电导率和Seebeck系数。此外,MnCl2掺杂引入的点缺陷和SnCl2析出相,显著增强声子散射,降低材料的热导率。但随着MnCl2掺杂量逐渐增大,材料的热导率缓慢增加。结果,SnSe0.95-0.5%(摩尔分数) MnCl2样品在773 K时获得了1.01的最大ZT值,是未掺杂样品的近22倍。
  • 碳纳米管增强粉煤灰混凝土的制备及其性能研究
    周强
    功能材料. 2023, 54(9): 9166-9171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.021
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    以粉煤灰掺杂量>50%的混凝土为基质材料,以多壁碳纳米管(CNTs)为纳米填料,通过控制碳纳米管的掺入比例,制备出了碳纳米管增强粉煤灰混凝土材料。通过FT-IR、SEM、力学性能和抗冻性能等表征测试,研究了不同碳纳米管掺杂量对大掺量粉煤灰混凝土力学性能和抗冻性能的影响。结果表明,碳纳米管表面丰富的亲水基团促进了水化反应的进行,发挥了小尺寸效应,使水化产物占比增大,对粉煤灰颗粒以及骨料的包覆更为紧密,使碳纳米管增强粉煤灰混凝土形成了致密的微观结构,当碳纳米管的掺杂量为0.10%(质量分数)时,混凝土的致密性最佳。掺入适量的碳纳米管后显著提高了大掺量粉煤灰混凝土在不同龄期下的抗压强度,且碳纳米管对混凝土水化前期的强度改善效果要强于后期。28 d龄期下,当碳纳米管的掺杂量为0.10%(质量分数)时,混凝土的抗压强度达到了最大值46.26 MPa。经过200次冻融循环后,碳纳米管的掺入显著改善了混凝土试样的破坏形态,试样脱落和裂纹数量减少,当碳纳米管的掺杂量为0.10%(质量分数)时,混凝土试样的质量损失率最低为0.34%,抗压强度最高为25.52 MPa,抗冻性能最佳。综合分析可知,碳纳米管的最佳掺杂量为0.10%(质量分数)。
    • 工艺·技术
  • 多孔WO3薄膜的制备及其电致变色性能
    李梓嘉, 王美涵, 魏丽颖, 牟冬雨, 宋然, 张钧
    功能材料. 2023, 54(9): 9172-9176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.022
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    在钨粉和过氧化氢反应后的WO3溶胶前驱体中加入适量十二烷胺,采用浸渍提拉法经400 ℃热处理2 h后制得多孔WO3薄膜。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、和能谱仪(EDS)表征薄膜晶体结构和表面形貌。使用电化学工作站和分光光度计测试其电致变色性能。结果表明WO3薄膜具有部分晶化的无定形结构且表面疏松多孔。多孔WO3薄膜的电流密度较大,致/褪色可逆性更好。多孔WO3薄膜为离子/电子扩散提供更多通道,加快了注入/脱出速率、缩短响应时间。在波长600 nm处,其光调制幅度为58.42%,较致密WO3薄膜增加了4.18%。光密度变化和致色效率比致密薄膜分别提高了11.7%和8.4%。
  • 碳纤维建筑节能保温材料的制备及性能研究
    杜慧慧, 程思远, 李伟娜
    功能材料. 2023, 54(9): 9177-9182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.023
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    通过调整甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和去离子水的摩尔比,基于先驱体转换法制备了Si—O—C气凝胶,将气凝胶浸渍碳纤维预制体干燥处理后获得了碳纤维基复合材料。通过XRD、SEM、FT-IR、力学性能和导热性能分析,研究了甲基三甲氧基硅烷和去离子水摩尔比对气凝胶性能的影响,并分析了高温裂解处理对碳纤维基复合材料性能的影响。结果表明,先驱体转换法制备出的复合材料Si—O—C气凝胶和碳纤维的粘合度较高,随着n(MTMS)∶n(去离子水)比例的增大,气凝胶的完整度提高,裂纹数量减少;且复合材料的抗压强度表现出先增大后降低的趋势。当n(MTMS) ∶n(去离子水)=1∶50时,复合材料的抗压强度达到最大,为1.595 MPa,其弹性变形阶段的最大应力也达到最大,为0.95 MPa,且具有最低的导热系数为0.0198 W/(m·K)。1 000 ℃的高温裂解促进了碳纤维基复合材料中Si—O键向Si—C键的转化,使得Si-C键增多,但高温裂解使气凝胶骨架和表面出现了裂痕,当n(MTMS) ∶n(去离子水)=1∶50时,复合材料的抗变形能力最佳。
  • 高硬度聚氨酯-石墨烯透明涂层制备研究
    焦天琪, 林铭, 陈国华
    功能材料. 2023, 54(9): 9183-9189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.024
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    聚氨酯(PU)具有绿色、环保等优点,常作为罩光涂层应用于物体表面,但其硬度等性能还需大幅提升,以适应高端要求。由于罩光涂层的特殊性,一般的改性方法难以同时满足高硬度与高透光的要求。单层石墨烯具有优异的力学性能及透光性,选用其对聚氨酯进行改性。首先制备单层氧化石墨烯(GO)并分散于聚氨酯体系,获得聚氨酯-单层氧化石墨烯复合涂层,然后进行还原获得高硬度聚氨酯-石墨烯透明涂层。研究了GO的添加量及还原情况对涂层的抗划伤性以及透光性等方面影响。结果表明,氧化石墨烯与聚氨酯形成交联网络,提升了聚氨酯基体的力学性能,且还原为石墨烯后涂层力学性能进一步提升;当GO添加量达到0.05‰(质量分数),涂层铅笔硬度较纯漆薄膜提升了3～5个数量级,且聚氨酯-石墨烯涂层的透光性较纯聚氨酯涂层降低程度在10%之内。
  • 悬浮聚合法制备螺吡喃@聚甲基丙烯酸甲酯光变微胶囊
    高建, 董健胜, 王潮霞, 殷允杰
    功能材料. 2023, 54(9): 9190-9196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.025
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    采用悬浮聚合法制备以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为壳材,包覆光变材料螺吡喃的光变微胶囊。通过对不同的实验因素如分散剂、搅拌速率以及芯壁比等条件的分析,探寻最佳的实验工艺,同时对制备的光变微胶囊的结构以及变色性能和耐疲劳性等进行分析。结果表明,投入芯材与壳材的质量比为1∶1,以苯乙烯-马来酸酐共聚物与一定量的明胶进行复配作为分散稳定剂,搅拌速度控制在650 r/min所制备的光变微胶囊最佳。光变微胶囊形状规则呈球形,大小均匀,平均粒径在2～3 μm,包覆率可以达到88.1%,在紫外光的照射下具有良好的变色性能、光变响应速率以及耐疲劳性。
  • 钴掺杂对氧化锌(ZnO)压敏陶瓷的影响
    周利斌, 陈红霖, 曹文斌, 刘建科
    功能材料. 2023, 54(9): 9197-9202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.026
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    钴(Co)作为添加剂对氧化锌(ZnO)压敏陶瓷微观结构和电性能有显著影响。采用传统固相烧结法,以ZnO-Bi2O3-Sb2O3-MnO2-Cr2O3作为基础配方,分别掺杂了三氧化二钴(Co2O3)和四氧化三钴(Co3O4)来制备ZnO压敏陶瓷,并对比了两种掺杂下样品的微观结构和电学性能,发现掺杂Co2O3的样品平均晶粒尺寸大于掺杂Co3O4的样品。另外,掺杂Co3O4的ZnO压敏陶瓷样品具有较高的非线性系数51.40,较高的压敏场强338.29 V/mm,较低的漏电流密度1.33 μA/cm2,以及较高的势垒高度0.69 eV,综合性能比较优异。因此,相较于Co2O3,Co3O4可以更好地改善ZnO压敏陶瓷性能。
  • 废旧锂电池正极材料的回收再利用研究
    张志伟, 王海燕, 张琦, 杨建新, 汤彬, 李睿, 范晋平, 王皓, 李双寿, 林万明
    功能材料. 2023, 54(9): 9203-9210. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.027
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    研究了苹果酸作为浸出剂和还原剂,H2O2作为辅助还原剂,还原浸出废旧锂电池中的Ni、Co、Mn等有价金属,并探讨了不同反应条件对有价金属浸出效率的影响。同时,采用溶胶-凝胶法,以浸出液为原料,原位合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元正极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学测试对再合成三元正极材料进行结构和电化学性能的表征。结果表明,在苹果酸浓度为2.5 mol/L、固液比120 g/L、浸出时间80 min、浸出温度90 ℃、H2O2用量10%(体积分数)的浸出条件下,有价金属的复合浸出率达到97.5%。同时,再合成材料具有良好的结晶性能,且再合成材料在1C充放电100次后比容量为103.4 mAh/g,容量保持率85.5%,经倍率充放电后,容量恢复率为 92.32%。
  • Poly(Ba-co-EGDMA)-g-APBA大孔树脂的制备及对甜菊糖苷分离性能的研究
    贾茹, 李昊, 吕银, 王贺云
    功能材料. 2023, 54(9): 9211-9219. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.028
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    研究丙烯酸丁酯(Ba)为单体,二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)为交联剂,乙酸丁酯为致孔剂,采用悬浮聚合法合成了Poly(Ba-co-EGDMA)大孔树脂,通过碱水解处理使大孔树脂表面形成羧基,然后采用EDC-NHS化学偶联法将硼酸功能化单体3-氨基苯硼酸(APBA)成功接枝到羧基化树脂表面,得到Poly(Ba-co-EGDMA)-g-APBA大孔树脂并研究其对甜菊糖苷分离性能。实验结果表明,当单体比n(Ba) ∶n( EGDMA)=1∶1、NaOH水解溶液的浓度为20%(质量分数)并且水解时间为24 h时,树脂显示出均一、规则的球形,硼元素含量为1.66%,对甜菊糖中STV和RA的选择性达到为10.29,总吸附量为43.14 mg/g,显示出较好的分离性能。
  • 玻璃纤维改性水泥混凝土砂浆的制备及其耐久性能的研究
    程诣涵, 蔡基伟, 许鸽龙
    功能材料. 2023, 54(9): 9220-9225. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.029
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    选择以玻璃纤维为添加相,天然河砂为细集料,将不同体积掺量(0.5%~2.0%)的玻璃纤维引入后制备了纤维改性水泥混凝土砂浆,研究了玻璃纤维掺杂量对水泥砂浆力学性能、抗裂性能和耐磨性能的影响。结果表明,随着玻璃纤维掺杂量的增加,砂浆拌合物的稠度逐渐增大,抗压强度和抗折强度先增大后降低,当玻璃纤维的掺杂量为1.5%(体积分数)时,砂浆的抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为60.3和8.9 MPa;此时,贯穿性裂纹和表面起皮脱落现象减少,砂浆的轴心抗压强度、弹性模量、抗裂指数、挠度和应力均达到最大值,分别为47.6 MPa、29.2 GPa、99.6%、3.2 mm和17.3 kN,抗裂性能最佳。当玻璃纤维的掺杂量为1.5%(体积分数)时,砂浆的磨损量最低为0.83 kg/m2,磨损量降低百分比最大为62.44%,耐磨性能提升明显。综合可知,玻璃纤维的最佳掺杂量为1.5%(体积分数)。
  • FeCoP/NC纳米多面体对水体中Pb(Ⅱ)的高灵敏检测
    吴勃, 杨猛, 孙宇峰
    功能材料. 2023, 54(9): 9226-9236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.09.030
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    将 CoP 优异的催化作用与高吸附性、良好导电性的氮掺杂碳基相结合,采用多面体状 FeCoP/NC 纳米材料修饰玻碳电极构建了电化学传感界面。利用方波阳极溶出伏安法检测 Pb(Ⅱ) 的灵敏度为 66.58 μA/(μmol/L),检出限为 0.025 μmol/L,此方法对 Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Hg(Ⅱ) 共存时对 Pb(Ⅱ) 的测定具有较好的抗干扰性,通过反复试验,证实了其良好的稳定性和重复性。该工作为构建面向低浓度污染物的敏感界面提供了指导,对电化学检测水环境中重金属污染物的实际工程应用具有重要意义。
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