2023年, 第54卷, 第11期　刊出日期：2023-11-30

  

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  本期中英文目录、封面

  功能材料. 2023, 54(11): 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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  改性壳聚糖吸附Cr(Ⅵ)的研究进展

  冯颖, 张宏, 李可心, 马标, 于汉哲, 张建伟, 董鑫

  功能材料. 2023, 54(11): 11001-11009. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.001

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  壳聚糖是一种来源丰富、无毒无害的天然吸附材料,对污水中Cr(Ⅵ)有较好的吸附效果。介绍了Cr(Ⅵ)在水溶液中的存在形式、分析了壳聚糖吸附Cr(Ⅵ)的机理,综述了化学改性和复合改性两类壳聚糖的研究进展。详细介绍了交联改性壳聚糖、接枝改性壳聚糖、有机材料复合改性壳聚糖、磁性材料改性壳聚糖、复合载体材料改性壳聚糖的结构、活性官能团类别、吸附原理和应用。最后对改性壳聚糖的新材料研发、制备工艺优化、应用拓展等研究方向进行了展望。
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  热处理与Mn掺杂对Fe₂Cr_1-xMn_xGa合金相变、磁性的影响

  李歌天, 夏中昊, 彭璐, 马星桥

  功能材料. 2023, 54(11): 11010-11014. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.002

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  通过对熔炼的Fe₂Cr_1-xMn_xGa样品在不同温度下进行热处理来研究其对合金结构、磁性的影响。结果发现Fe₂Cr_1-xMn_xGa的结构和磁性对热处理非常敏感,且存在一定程度的无序,制备的样品结构随不同条件的热处理发生变化,而结构的变化会进而影响合金的磁性行为。磁化强度会随着退火温度的增加而增加,说明通过热处理,样品的有序度得到提高。而随着Mn含量的掺杂,样品的磁化强度在降低,是由于掺杂的Mn原子使得Fe-Mn自旋磁矩反平行排列造成的。
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  水泥基环氧树脂灌浆材料的制备及性能研究

  王海明

  功能材料. 2023, 54(11): 11015-11021. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.003

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  以普通硅酸盐水泥 P.O 42.5为原料,采用水性环氧树脂(EP)乳液对水泥基灌浆材料进行改性,制备了水泥基环氧树脂灌浆材料,研究了EP掺杂量对灌浆材料的物相结构、微观形貌、力学性能、抗扩散性能和抗氯离子侵蚀性能的影响。结果表明,适量EP添加后延长了灌浆材料的凝结时间,减少了混凝土单位体积用水量,增大了流动度,促进了C—S—H结晶反应的进行。当EP掺杂量为7%(质量分数)时,灌浆材料的流动度达到最大值为293 mm。随着EP掺杂量的增大,灌浆材料早期的抗压强度和抗折强度均降低,后期的抗压强度先增大后降低,抗折强度持续增大。28 d龄期下,当EP掺杂量为7%(质量分数)时,灌浆材料的抗压强度最大为42.15 MPa,抗折强度为12.34 MPa。随着EP掺杂量的增多,灌浆材料的接触角先增大后降低,氯离子扩散系数先降低后增大。当EP的掺杂量为7%(质量分数),在350 min时,灌浆材料的接触角最大为36°,抗扩散性能最优;在养护龄期28 d时,灌浆材料的氯离子扩散系数最低为1.15×10^-8 cm²/s,抗氯离子侵蚀能力最强。由此可知,EP的最佳掺杂量为7%(质量分数)。
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  鲍鱼壳对半水硫酸钙复合骨水泥的改性

  刘菁宇, 朱胜利, 姜辉, 梁砚琴, 吴水林, 李朝阳

  功能材料. 2023, 54(11): 11022-11029. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.004

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  半水硫酸钙复合骨水泥因其良好的可塑性和原位自固化性,在临床上有广泛的应用,但是其降解产物呈酸性不利于后续的骨组织再生。鲍鱼壳的主要成分是碳酸钙,可有效地调控骨水泥降解后微环境的pH。又因为其含有有机质因子和微量元素,大大提高了骨水泥的生物相容性。通过在骨水泥中加入鲍鱼壳,可注射性可提高到97.20%±0.28%,这主要是由于鲍鱼壳粉末的加入,影响了骨水泥的水化过程,延长了凝固时间(可达26.93±0.31 min)。另一方面,鲍鱼壳粉末阻碍半水硫酸钙晶体长大,使得复合骨水泥中半水硫酸钙晶体变小(从1.42±0.77 μm到0.90±0.36 μm),有效地缓解了复合骨水泥降解过程中pH的下降(从6.08±0.06到6.93±0.02),极大地提高了细胞存活率(从87.00%±1.60%到96.41%±1.44%)。因此,研究表明鲍鱼壳的加入在临床上是一种潜在地提高骨水泥生物相容性的有效手段。
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  拥有双金属位点的金属有机框架的合成及应用进展

  汪瑞宇, 周勇, 曾颖敏, 章家立

  功能材料. 2023, 54(11): 11030-11037. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.005

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  金属有机框架(MOFs)是一种新兴的多孔材料。双金属MOFs在无机节点中含有两种不同的金属离子,与单金属MOFs相比,有着更高的孔隙率与更多的活性位点,在气体吸附、催化、能量存储与转换、发光传感等领域有着广泛的应用。首先介绍了双金属MOFs的研究进展,然后重点介绍了其制备方法和应用,最后对双金属MOF材料进行了总结和展望。
综述·进展
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  钛合金表面激光熔覆高熵合金涂层研究进展

  孙正, 王勇, 叶勇, 陈洁, 刘全秀, 李慧, 刘玉玺

  功能材料. 2023, 54(11): 11038-11049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.006

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  钛合金具有比强度高、热膨胀系数低、良好生物相容性的优点,在航空航天、医疗器械以及船舶运输等领域受到广泛的应用。然而,钛合金存在耐磨性差、抗高温氧化性差以及耐腐蚀性差等问题需要解决。作为新兴材料,高性能的高熵合金(HEA)近年来发展空间巨大。研究者发现采用激光熔覆技术在钛合金表面涂覆HEA可显著提升耐磨性、抗高温氧化性以及耐腐蚀性。对钛合金表面激光熔覆HEA涂层研究领域的最新进展进行了综述,首先介绍钛合金表面激光熔覆HEA涂层的成分设计,接下来分析了工艺参数对钛合金表面激光熔覆HEA涂层质量的影响,再者较为系统地探讨了钛合金表面激光熔覆HEA涂层对钛合金耐磨性、抗高温氧化性以及耐腐蚀性的影响,最后对钛合金表面激光熔覆HEA涂层的发展方向进行了展望。
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  硒化镍基电催化水裂解催化剂的研究进展

  白苗苗, 刘江英, 韩婕, 蒋鹏, 包维维

  功能材料. 2023, 54(11): 11050-11058. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.007

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  大规模制氢的迫切需求推动了对低廉、高效和稳定的电解水催化剂的大量研究。研究表明,硒化物和硫化物的化学性质不仅非常相似,且过渡金属(Fe,Co,Ni,Mo,Cu等)硒化物对析氢和析氧具有良好的催化作用。近年来,为了取代贵金属及其衍生物,一些报告提出了各种各样的方法来增强硒化镍(Ni_xSe_y)基催化剂的电催化活性。综述了Ni_xSe_y基电催化剂用于HER、OER和整体水分解的最新进展。从界面、缺陷、晶体结构和组成方面论述了Ni_xSe_y基电催化剂的优点和局限性。展望了电解水催化剂的发展前景和未来面临的挑战。
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  高B_s铁基纳米晶合金研究进展及发展趋势

  朱争取, 王璞, 庞靖, 张家泉

  功能材料. 2023, 54(11): 11059-11069. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.008

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  高B_S铁基纳米晶合金(high B_S nanocrystalline alloys,HBNAs)具备高磁导率、低高频铁损和近零的磁致伸缩,是制备高性能小型电子元器件的理想材料。一直以来,铁基纳米晶合金的B_S受限于合金成分中Fe含量的高低,而如何掌控非晶前驱体的非晶形成能力(glass forming ability,GFA)和后端的电磁性能之间的平衡点,是推动HBNAs进一步发展的关键难题。在回顾Fe基纳米晶软磁合金发展历程的基础上,系统阐述了纳米晶的晶化热力学与动力学、晶化机制和高B_S铁基纳米晶合金非晶形成能力改善方法的现有认识。通过分析高B_S铁基纳米晶合金制备的研究现状及亟待解决的问题,以期为高B_S铁基纳米晶软磁合金成分的开发、退火工艺的设计提供一定的启发和技术思路。
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  碳质功能材料在废水处理中的应用

  胡敏, 白雪, 张祉瑶, 金鹏康

  功能材料. 2023, 54(11): 11070-11079. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.009

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  在我国“双碳”政策的背景之下,实现绿色高效的废水处理过程成为了当前水处理领域的研究热点之一,对于实现碳减排具有重大意义。碳质功能材料凭借其良好的化学稳定性、经济适用性、易修饰性及环境友好性,从各类水处理材料中脱颖而出,并得以快速发展,有望成为水处理领域新一代绿色环保材料。重点介绍了多种碳质功能材料的改性原理、特点及其在水处理领域的应用进展,并对相关研究领域其目前所面临的挑战及未来的发展方向进行了展望,以期为碳质功能材料的开发和实际应用提供参考。
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  低维稀土纳米材料的制备及催化应用研究进展

  白志云, 李昱桦, 任可聪, 江进峰, 朱程, 陶剑, 邓海亮

  功能材料. 2023, 54(11): 11080-11090. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.010

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  稀土纳米材料以其独特的电子层结构,在化学反应中表现出优良的催化性能,其中低维纳米材料因更高的比表面积及活性位数量,催化性能更优。针对低维稀土纳米材料制备技术及形貌控制,介绍了固相法、液相法、气相法等制备方法,论述了各方法对纳米材料形貌的影响因素及控制方案,分析了各方法的优缺点及国内外研究进展,同时综述了低维稀土纳米材料在光催化、电催化、汽车尾气处理、催化燃烧等方面的应用,总结了稀土的催化作用机制及取得的研究成果,并针对稀土纳米材料领域的发展进行展望。
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  碳化硅晶须增强复合材料性能研究进展

  龙凌吟, 朱俊, 张丹暇, 江寒梅, 王如转, 邸永江, 何辉超, 韩涛, 刘伟廷, 贾碧

  功能材料. 2023, 54(11): 11091-11098. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.011

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  碳化硅晶须作为增强组元加入复合材料基体中起到了补强增韧的作用,可以加速传统材料产品的更新换代。与其他晶须相比,碳化硅晶须的强度、弹性模量和耐高温性能更好,近年来我国在碳化硅晶须生产方面发展迅速,在机械、电子、航天等领域得到了推广和应用。在简要介绍碳化硅晶须的基础上,着重介绍了碳化硅晶须增强机理,结合国内外研究现状综述了在不同基体复合材料性能增强应用中的研究进展,探讨了未来相关研究工作面临的挑战,并对碳化硅晶须的应用前景作了展望。
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  基于多孔有机聚合物吸附CO₂研究进展

  曾颖敏, 周勇, 柏安江, 秦雨, 章家立

  功能材料. 2023, 54(11): 11099-11105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.012

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  由CO₂引起的温室效应是一个全球性问题, CO₂捕集技术可以有效减少温室气体排放量。在各种CO₂捕集技术中,吸附法由于其工艺简单、效率高以及低再生能耗等特点,得到了广泛应用。近年来,合成和开发具有一定孔道结构和高吸附性能的多孔材料,已成为CO₂吸附研究的热点。多孔有机聚合物(POPs)是一种新兴的多孔材料,具有良好的结构、比表面积大、优异的物理化学性能以及吸附选择性好等优点使其成为CO₂吸附领域较为前沿的吸附材料之一,在CO₂吸附领域展现出巨大的潜力。简要地介绍了POPs的分类、结构特点以及在CO₂吸附领域的最新进展,包括超交联聚合物、共轭微孔聚合物、共价有机框架和多孔芳香骨架,同时分析了当前不同类型的POPs存在的不足、合成条件复杂等问题。最后,提出了拓展其应用场景以及开发新合成路径是未来发展的前景。
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  铁基堆焊合金表面涂层耐磨性的研究进展

  黄海堂, 陈登华, 何曲波, 刘海定, 刘敏

  功能材料. 2023, 54(11): 11106-11117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.013

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  由磨损造成的材料表面损失是农业、矿山、土方设备等机械零件面临的主要问题。通过堆焊技术在基体上堆焊具有优异耐磨性能的堆焊合金,可以显著延长或提高机械零件的使用寿命。铁基堆焊合金相比于镍基和钴基具有成分变化范围宽,性能调控容易,价格低廉等优点,因而受到广大学者的关注。对铁基堆焊合金表面涂层耐磨性的研究进展进行了综合评价,着重从成分设计、化合物掺杂以及后处理工艺3个方面对铁基堆焊合金耐磨性能强化途径进行了概述,并对其发展方向提出了一些看法,希望对今后关于堆焊合金耐磨性能工作的开展具有一定的指导意义。
研究·开发
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  感应耦合等离子体增强磁控溅射法制备MoO₃高透亲水光学薄膜

  彭井泉, 郑学军, 冯春阳, 李方, 黄乐, 陈立, 左滨槐, 陈丽娟, 贺楚才

  功能材料. 2023, 54(11): 11118-11125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.014

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  将磁控溅射和感应耦合相结合形成感应耦合等离子体增强磁控溅射技术(ICPMS),制备了MoO₃高透亲水光学薄膜。使用分光光度计、水接触角测试仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和X射线能谱仪,分别表征薄膜的光学性能、润湿性能、显微形貌、晶体结构和化学成分。通过正交实验法,以MoO₃薄膜的氧钼比、光学透过率、水接触角为指标,探究了感应耦合等离子体(ICP)氧氩比、ICP功率、靶位工作压强和ICP前处理时间工艺参数对MoO₃薄膜性能的影响。结果表明:氧氩比是影响性能的主要参数,其次是工作压强,影响最小参数是ICP功率。最优工艺参数是氧氩比400/300、靶位工作压强为0.15 Pa、功率为1500 W、前处理时间为18 min。研究为高透亲水光学薄膜应用,提供具体实验设计和工艺方法指导。
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  过渡金属基材料的可控制备及其电催化醇类氧化研究

  金华, 高媛, 李志伟, 熊昆, 张海东

  功能材料. 2023, 54(11): 11126-11133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.015

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  氢能作为一种来源丰富、绿色、应用广泛的二次能源,可实现化学能与电能的相互转换,是实现多领域深度清洁脱碳的重要路径,将成为能源转型发展中不可或缺的载体。电解水制氢技术因反应高效、简单易控、无污染等特点而成为研究热点。然而,阳极析氧反应(OER)所需过电位高,反应动力学迟缓,严重制约了电解水制氢的整体效率,因此,使用更易氧化的有机小分子作为阳极添加剂辅助水分解制氢,如电催化醇氧化,不仅可以显著降低水分解制氢的过电势,还能合成绿色高附加值产品。基于此,结合本课题组的研究工作,综述了近年来国内外关于醇类氧化辅助水分解制氢的研究进展,重点探讨了过渡金属催化醇类氧化的反应机理及反应性能、产物选择性和构效关系,并对醇类氧化辅助水分解制氢催化剂所面临的挑战和发展进行展望,旨在为高效的醇类电化学氧化辅助水分解制氢催化剂的合理设计提供指导思想。
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  聚氨酯高聚物注浆材料的制备及性能研究

  秦修云

  功能材料. 2023, 54(11): 11134-11138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.016

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  制备了不同密度(0.1,0.3,0.5,0.7g/cm³)的双组份聚氨酯高聚物注浆材料,通过FT-IR、SEM、应力-应变、导热系数和冻融循环等测试,研究了不同密度对注浆材料力学性能、保温性能和抗冻性能的影响。结果表明,密度的差异并未对聚氨酯的结构造成影响,没有产生新的特征峰。随着密度的适当增大,注浆材料的胞体尺寸变小,胞体的数量增多,胞体的均匀性和强度得到改善。随着密度的增加,注浆材料到达稳定阶段对应的最大应力、抗压强度和弹性模量均先增大后减小,当密度为0.5 g/cm³时,注浆材料稳定阶段对应的应力最大为11.09 MPa,抗压强度最大为10.02 MPa,弹性模量最大为189.62 MPa。制备的注浆材料导热系数分布区间为0.06~0.08 W/(m·K),具有低导热系数,隔热保温性能较好。在40次冻融循环后,当密度为0.5 g/cm³时,注浆材料的冻融循环强度的损失率最低为16.06%,抗冻性能优异。
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  双交换作用下Li_1±y (Mg_1-xCr_x) As的半金属铁磁性

  罗一瑛, 张伟华, 冉沛林, 丁守兵, 毋志民

  功能材料. 2023, 54(11): 11139-11146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.017

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  采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算并分析了96原子Li_1±y(Mg_1-xCr_x)As体系的铁磁稳定性、电子结构、自旋电荷密度、投影态密度和差分电荷密度。结果表明,Cr的掺杂引入了自旋极化杂质带,形成了强于Mg-As的Cr-As共价键,体系表现出强的半金属性,产生7.03μ_B的净磁矩。体系的磁电性质还受到Li计量数的调控,减少Li含量使Cr-As间的共用电子对偏移程度略微增大,Cr-3d与As-4p的p-d杂化有所减弱,净磁矩减小为6.14μ_B;Li_1.03125(Mg_0.9375Cr_0.0625)As发生sp-d杂化,材料转变为n型掺杂,半金属能隙减小为0.375 eV,具有最大的净磁矩7.61μ_B。通过分析自旋电荷密度和Cr-3d轨道的投影态密度发现,体系的铁磁耦合起源于Cr离子间的双交换作用。As^3-作为桥梁形成Cr₁-As-Cr₂链,巡游d电子在Cr₁-As-Cr₂链间的跃迁导致Li_1±y(Mg_1-xCr_x)As中的两个Cr离子均具有平行磁矩,从而使体系具有稳定的铁磁性。
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  硅酸盐基纳米材料的制备及白光特性研究

  张朝光

  功能材料. 2023, 54(11): 11147-11151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.018

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  基于水热法制备出了Ho³⁺/ Tm³⁺/ Yb³⁺掺杂的Li₂CaSiO₄纳米材料,通过调整Yb³⁺的掺杂浓度,在980 nm光源激发下获得了复合白光的纳米材料。采用XRD、SEM、PL、CIE及荧光寿命检测等手段对Li₂CaSiO₄纳米材料进行了表征。结果表明,Ho³⁺/ Tm³⁺/ Yb³⁺掺杂的Li₂CaSiO₄均为四方晶系,晶格结构未受到破坏,具有较高的结晶度,粒径分布在300~400 nm之间,在980 nm光源激发下Li₂CaSiO₄出现了478 nm的蓝光、546 nm的绿光以及661 nm的红光,随着Yb³⁺掺杂浓度的增加,所有发射峰的强度增大,样品逐渐从红光区向蓝光区转变,样品Li₂CaSiO₄:0.1Ho/1Tm/15Yb的色坐标已经处于白光区域,具体的色坐标为(0.3385,0.3212)。测试在546 nm处的平均寿命发现,Li₂CaSiO₄纳米材料的寿命随Yb³⁺掺杂浓度的增加而降低,白光材料Li₂CaSiO₄:0.1Ho/1Tm/15Yb的荧光寿命为0.332 ms,寿命的降低主要是因为Yb³⁺掺杂浓度的增加增大了无辐射能量传递的概率,产生了荧光猝灭。
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  CaF₂: Eu²⁺纳米粉体的水热合成及发光性能研究

  张悦, 郭亚昆, 景泽坤, 詹斌, 帅茂兵

  功能材料. 2023, 54(11): 11152-11156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.019

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  针对高生物毒性氚化水的检测需求,无机纳米闪烁体提供了一种新的解决思路。采用水热法合成了CaF₂: Eu²⁺纳米颗粒,结合XRD、SEM、FS等表征手段,对比了水热反应条件对粉体物相组成、微观形貌、光学性能的影响。结果表明,所获样品均为立方结构的纯相CaF₂,近球形颗粒分散良好,平均粒径约30 nm。CaF₂: Eu²⁺纳米粉体在339 nm紫外光激发下显示出425 nm的特征发射峰,在180 ℃、24 h条件下具有最佳的发射强度。
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  高导热炭纤维改性C/C复合材料的微观结构、力学与导热性能研究

  康盼, 方家, 颜前军, 马成巍, 王子晗, 佘翔宇, 杨鑫, 黄启忠

  功能材料. 2023, 54(11): 11157-11163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.020

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  以中间相沥青基炭纤维为增强相,热解炭与树脂炭为基体,采用化学气相沉积与液相浸渍-炭化补充增密工艺制备了高导热炭纤维改性C/C复合材料,研究了不同热处理温度(2 000和3 000 ℃)材料的微观结构、力学与导热性能。结果表明,经2 000 ℃处理后,高导热炭纤维与热解炭结构变化不明显,且热解炭与炭纤维界面结合紧密,结合处未形成裂纹等缺陷;当热处理温度提升至3 000 ℃时,高导热炭纤维与热解炭石墨化度明显升高,且炭纤维与热解炭的界面结合处均产生了较明显的微裂纹缺陷。高导热炭纤维改性C/C复合材料经2 000 ℃处理后,其弯曲强度与室温热导率分别为101.81 MPa和14.739 W/m·K;当热处理温度升高至3 000 ℃时,材料的弯曲强度降低为49.35 MPa,热导率提升为63.568 W/m·K。材料弯曲强度的降低与热导率的增加主要与3 000 ℃处理后,材料内各炭相的石墨化度提升有关。
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  流化床法制备锂离子电池硅碳负极材料的研究

  罗漫, 吴德威, 韩断非, 肖文德

  功能材料. 2023, 54(11): 11164-11169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.021

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  采用流化床法,把硅烷和乙烯混合物作为原料气相沉积在导电碳黑的表面,然后固相烧结制备了循环性能优良的锂离子电池硅碳共包覆导电碳黑负极材料。利用流化床优化了硅烷与乙烯共沉积的工艺参数,得到硅烷与乙烯的进气料比,硅烷浓度,共沉积温度和固相烧结温度,并对样品物相和微观形貌以及电化学性能进行表征。测试表明,在硅烷和乙烯进料比为2∶1,共沉积温度为500 ℃,固相烧结温度为800 ℃时,共包覆导电碳黑作为锂离子电池负极材料性能最优,其首圈充放电效率为88.19%,首圈充放电比容量达到2 205.0 mAh/g,在25圈循环后充放电比容量均在1010.0 mAh/g。
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  碱激发剂对粉煤灰地聚物混凝土的性能影响

  方明伟, 王丹, 周枫桃, 李荣杰

  功能材料. 2023, 54(11): 11170-11176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.022

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  以偏高岭土、一级粉煤灰和矿渣为原料,选择LiOH为碱激发剂,制备了不同LiOH掺杂量(1%,3%,5%,7%(质量分数))的粉煤灰地聚物混凝土。研究了LiOH掺杂量对粉煤灰地聚物混凝土力学性能和抗冻性能的影响。结果表明,掺入碱激发剂LiOH促进了地聚物混凝土中活性硅和活性铝发生反应,生成的凝胶数量增多,提高了混凝土的致密度;当LiOH的掺杂量为5%时,混凝土的抗压强度和抗折强度达到了最大值,分别为48.91和5.56 MPa;适量LiOH的添加提高了混凝土的热稳定性和抗冻性能,在950 ℃,当LiOH的掺杂量为5%时,混凝土的失重最低仅为3.9%;冻融循环100次时,LiOH的掺杂量为5%的混凝土的质量损失率最低为0.93%,相对动弹性模量最大为88.24%,抗冻性能最佳。综合分析可知,LiOH的最佳掺杂量为5%。
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  双掺杂协同Li₃PO₄包覆对超高镍正极电化学性能的影响

  杨凤华, 吴允龙, 郭旗, 陈前林, 李翠芹

  功能材料. 2023, 54(11): 11177-11185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.023

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  超高镍层状氧化物LiNi_xCo_yMn_zO₂(x≥ 0.9,x+y+z=1)凭借高能量密度被应用于锂离子电池正极材料,但由于镍含量的增加导致其容量保持率和热稳定性会急剧劣化。采用共沉淀法制备了LiNi_0.9Co_0.05Mn_0.05O₂超高镍正极,再通过湿法混料结合高温固相法,将Ga³⁺和Zr⁴⁺掺入LiNi_0.9Co_0.05Mn_0.05O₂(NCM)的晶格内并在其表面形成磷酸锂(Li₃PO₄)包覆,以克服其电化学性能的骤降。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高倍透射电镜(HRTEM)和X射线光电子能谱(XPS)进行表征,结果表明,双离子掺杂协同表面包覆解决了正极材料Li⁺/Ni²⁺混排及界面副反应等问题。在2.7~4.3 V电压范围和1C下循环200次,最佳改性量的样品NCMGZ@LPO2容量保持率为83.5%,而NCM仅为64.5%。在4.5 V电压下,NCMGZ@LPO2在0.2C/10C放电比容量分别为215.5/143.5 mAh/g,均高于NCM。
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  高性能钙钛矿太阳能电池吸光层的制备及其光电性能研究

  潘婧, 苏丽君, 李婧, 杜丽勇, 张光华

  功能材料. 2023, 54(11): 11186-11191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.024

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  对于钙钛矿太阳能电池而言,制备高质量的钙钛矿薄膜尤为关键。以N-二甲基甲酰胺(DMF)作为有机溶剂,基于一步旋涂法制备了钙钛矿太阳能电池吸光层CH₃NH₃PbI₃薄膜,研究了不同退火温度对CH₃NH₃PbI₃薄膜的晶体结构、微观形貌及吸光性能的影响,并以此制备出太阳能电池,测试了电池的光电性能。结果表明,退火温度的变化没有改变CH₃NH₃PbI₃薄膜的主相结构,但退火温度超过100 ℃后,DMF的挥发速率加快,残余PbI₂的量增多,使得薄膜的纯度降低。随着退火温度的增加,CH₃NH₃PbI₃薄膜的晶粒尺寸持续增大,吸光度先增大后减小。当退火温度为100 ℃时,薄膜的晶粒尺寸分布均匀性最佳,具有较高的覆盖率,且吸光度达到最大,吸光性能最佳。CH₃NH₃PbI₃薄膜组装的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率随退火温度的增加先增大后降低,当退火温度为100 ℃时,电池的短路电流密度(J_sc)、填充因子(FF)和光电转换效率(PCE)均为最大值,分别为20.04 mA/cm²、70.58%和15.38%,电池的光电性能最优。
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  硫铝酸盐高性能水泥混凝土的制备及性能研究

  龚皓

  功能材料. 2023, 54(11): 11192-11197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.025

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  以P.O 42.5硫铝酸盐水泥为基体材料,通过将不同掺杂量的S105矿渣添加到混凝土中制备了硫铝酸盐高性能水泥混凝土。研究了S105矿渣的掺杂量对混凝土晶格结构、微观形貌、力学性能、抗冻性能和氯离子扩散性能的影响。结果表明,适量S105矿渣的添加加速了混凝土的水化反应,增大了水化凝胶的均匀性和致密度,减少了孔洞和裂纹的出现。随着S105矿渣掺杂量的增大,混凝土的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度均表现出先增大后降低的趋势,养护28 d时,S105矿渣掺杂量30%(质量分数)的混凝土的抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度均达到最大值,分别为47.4,10.4和2.59 MPa。S105矿渣的添加减小了混凝土的氯离子扩散系数,养护28 d时,S105矿渣掺杂量60%(质量分数)的混凝土的氯离子扩散系数最小为1.35×10^-8 cm²/s。S105矿渣的添加提高了混凝土的抗冻性能,经过冻融循环90次后,S105矿渣掺杂量30%(质量分数)的混凝土的抗压强度最大为35.1 MPa,抗压强度衰减最少为25.95%。
工艺·技术
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  杜仲胶晶型调控对复合材料吸波性能的影响

  蔡念之, 康海澜, 何志豪, 汪温, 方庆红

  功能材料. 2023, 54(11): 11198-11205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.026

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  以杜仲橡胶(EUG)为基体,以多壁碳纳米管(MWCNTs)为吸波填料通过机械混炼法制备MWCNTs/EUG复合吸波材料。并使用等温结晶法调控制备不同比例α、β晶型的MWCNTs/EUG复合吸波材料。对不同晶型比例的复合材料进行矢量网络测试、X射线衍射分析(XRD)、差式扫描量热分析(DSC)对比5种不同晶型比例的MWCNTs/EUG复合材料的吸波性能和结构发现:更多的α晶型提升了MWCNTs/EUG复合材料的吸波能力,α晶型含量为64.59%的MWCNTs/EUG复合材料最大反射率损耗为-54.04 dB,最大有效吸收频宽(<-10 dB)为3.14 GHz。并通过分析复合材料的结构和电磁参数,探究了α晶型对复合材料吸波性能影响的作用机理。
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  氨基化MOFs对苯系VOCs的吸附模拟研究

  陈宛涓, 郭伟标, 谢亚伟, 梁宽, 李林玫, 曾嘉俊, 黄浪浪, 曾爱婷, 段崇雄

  功能材料. 2023, 54(11): 11206-11214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.027

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  采用计算化学(Gaussian、Materials Studio和Grand Canonical Monte Carlo)研究了传统MIL-101和氨基化MIL-101对苯系挥发性有机物(苯、甲苯、对二甲苯)吸附性能的影响规律。研究结果表明,氨基改性后的MIL-101-NH₂和MIL-101-2NH₂在一定程度上增加对苯、甲苯、对二甲苯的吸附位点,并提高了其低压下的吸附量。
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  TiB₂对Al-Si-Cu系铸造合金疲劳性能影响的模拟仿真

  赵磊, 马志军, 夏峰, 郭永春

  功能材料. 2023, 54(11): 11215-11220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.028

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  借助有限元模拟仿真讨论TiB₂对Al-Si-Cu系合金疲劳性能的影响规律,验证增强体空间构型分布解决颗粒增强金属基复合材料强韧性倒置问题可行性,有效提升试验效率。将TiB₂颗粒不同含量以及分布特征,通过构型设计方法引入Al-Si-Cu合金材料二维几何模型中,借助计算机有限元模拟技术,探讨疲劳工况条件下TiB₂颗粒对铝基复合材料应力幅值和疲劳极限分布的影响规律。结果表明,随着TiB₂颗粒含量的增加,应力幅值先减小后增大。在质量分数为3%时达到最小值,相较于不添加降低12%。疲劳极限呈现出逐渐增高的趋势,在质量分数为5%时达到最大值,同比提高55.9%。随着TiB₂团聚程度的增加,应力幅值总体呈现增高趋势。疲劳极限呈现逐渐降低的趋势。结合疲劳应力幅值模拟结果和疲劳极限模拟结果,推测当TiB₂颗粒含量质量分数在3%时,该材料的强度、韧性、疲劳强度、抗拉强度、屈服强度达到最优状态。此结果为TiB₂颗粒增强铝基复合材料的设计提供了一定的技术支持。
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  VPEG-降黏型聚羧酸高性能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(11): 11221-11229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.029

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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)、甲基丙烯酸(MAA)和甲基丙烯磺酸钠(SMAS)为主要共聚单体,以巯基乙酸(TGA)为链转移剂,在H₂O₂/维生素C(V_C)的氧化-还原引发体系下,通过自由基聚合反应合成了VPEG-降黏型聚羧酸高性能减水剂PCE-J,探究了酸醚比、MAA用量、SMAS用量等对合成减水剂性能的影响,得到最适合成工艺为:反应温度为20 ℃,酸醚比为3.5∶1,SMAS、MAA、H₂O₂和TGA用量分别为VPEG的0.1%、2%、0.7%和0.6%(质量分数),A、B料液滴加时间分别为30、40 min。将PCE-J与市售降黏型减水剂PCE-S在水泥净浆流动度、混凝土的降黏性能(T50时间、排空时间)和水泥胶砂试块抗压强度等方面进行对比分析,得出PCE-J对水泥具有优异的分散性能,水泥净浆流动度高达305 mm,对混凝土具有优异的降黏效果,混凝土排空时间、T50时间分别为4.1和5.7 s,能显著提高水泥试块的抗压强度,28 d水泥试块抗压强度高达67.1 MPa。
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  基于正交试验的水化硅酸镁水泥配合比优化设计

  李悦, 潘博, 李洪文, 罗晓, 林辉

  功能材料. 2023, 54(11): 11230-11236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.11.030

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  为制备流动度大,早期抗压强度高的水化硅酸镁水泥,利用正交试验,研究镁硅比(Mg/Si)、水胶比(W/B)、六偏磷酸钠(SHMP)对流动性能、3和28 d抗压强度的影响,进而确定最佳配合比。结果表明:Mg/Si对早期抗压强度以及流动性影响较小,对后期抗压强度影响较大。W/B和SHMP对早期抗压强度以及流动性影响较大。通过极差和方差分析得出水化硅酸镁水泥的最优配合比:Mg/Si为1.2(摩尔比)、W/B为0.41、SHMP为3.4%。利用XRD、SEM等微观测试分析了各因素对水化硅酸镁水泥物相组成和微观形貌的影响,发现优化后试样中的Mg(OH)₂含量显著降低,M-S-H凝胶更为均匀密实。