2024年, 第55卷, 第12期　刊出日期：2024-12-30

  

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  功能材料. 2024, 55(12): 0-0.

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  光固化聚氨酯柔性涂层的制备及应用

  李时新, 张明祖, 何金林, 倪沛红

  功能材料. 2024, 55(12): 12001-12006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.001

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  紫外光(UV)固化涂料是一种环保涂料,具有快速固化成膜等优点。报道了一种基于聚碳酸酯二醇软段,端基为碳碳双键的光固化聚氨酯预聚物,将该预聚物与几种丙烯酸酯活性单体复配,制备了光固化柔性聚氨酯,研究不同配方固化后涂层的性能。对固化后得到的胶膜及涂层的相关性能等进行了测试和比较。结果表明,在含有55%(质量分数)聚氨酯预聚物的涂料中,额外添加15%(质量分数)聚乙二醇(400)二丙烯酸酯,固化后具有良好的柔性和附着力,综合性能好。经湿热老化测试后仍可以保持与聚碳酸酯基材良好的结合力。
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  基于二苯并吩嗪衍生物受体的D-A型聚合物的制备与应用研究

  段美琳, 闫雨琪, 白兰, 武超, 曹宇, 李敏, 李洁, 王华, 赵建文, 梁学磊

  功能材料. 2024, 55(12): 12007-12015. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.002

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  共轭聚合物(CPs)包裹的半导体单壁碳纳米管(s-SWCNT)可作为薄膜晶体管(TFT)中的沟道材料,并且具有高电荷迁移率和良好的光电响应特性,在人工智能中显示出巨大的发展潜力。通过改变二苯并吩嗪衍生物与咔唑的连接位点,构建了两种不同主链构型的CPs,分别为10Th-oCz-2,7-PM15和10Th-oCz-3,6-PM15。其中,由于10Th-oCz-2,7-PM15的平面共轭结构显示出与s-SWCNT更好的包裹效果。最终,基于10Th-oCz-2,7-PM15包裹的s-SWCNT制备的TFT器件具有更好的性能,例如,更高的电荷迁移率(10.58 cm²/V·s)以及更大的开/关比(10⁶)。因此,CPs的构型会影响对s-SWCNT的包裹效果,从而影响TFT的性能。
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  纳米晶NiTiV记忆合金的超弹性研究

  李诗翰, 李秋真, 郭精远, 郝世杰, 崔立山

  功能材料. 2024, 55(12): 12016-12020. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.003

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  NiTi基记忆合金的超弹温域较窄(<100 ℃),限制了其应用范围。通过Ni、V元素共掺杂NiTi,采用真空感应熔炼、锻造、大变形拔丝及低温退火制备出纳米晶(NC)Ni₅₁Ti₄₉V₁(%原子分数)合金丝材,利用透射电镜(TEM)表征样品的微观组织,万能拉伸试验机表征样品的超弹性。结果表明,NC Ni₅₁Ti₄₉V₁合金为等轴纳米晶,平均晶粒尺寸为13 nm;在不同温度下进行拉伸测试,合金在-40~+100 ℃的宽温域内表现出优异超弹性,超弹温域宽于NC NiTi合金(25~100 ℃);另外Ni₅₁Ti₄₉V₁合金B2→B19′相变的临界应力温度依赖性(dσ/dT)随温度的降低而降低,从5.6 MPa/℃非线性降低至1.8 MPa/℃。
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  碲化锑基复合热电材料的制备及热电性能研究

  陆森, 郭涛, 李鑫

  功能材料. 2024, 55(12): 12021-12027. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.004

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  以Sb₂Te₃为研究对象,通过掺杂Bi元素,采用水热法制备了Bi_xSb_2-xTe₃粉末,并以载玻片为衬底通过高真空热蒸发镀膜法制备了Bi_xSb_2-xTe₃薄膜。利用XRD、SEM、EDS、XPS等研究了Bi_xSb_2-xTe₃薄膜的晶格结构、微观形貌、元素组成等;利用电学性能测试系统ZEM-3测试了Bi的占比对Bi_xSb_2-xTe₃薄膜热电性能的影响。结果表明,Bi_xSb_2-xTe₃具有菱形结构,颗粒和片层的形貌不规则,Bi³⁺掺杂后会取代Sb³⁺的位置。Bi_xSb_2-xTe₃薄膜的电导率随着温度的升高表现出先降低后轻微升高的趋势,随着Bi掺杂量的增多,Bi_xSb_2-xTe₃薄膜的电导率先增大后降低,塞贝克系数不断增大,在300 K时,Bi_0.4Sb_1.6Te₃薄膜的电导率最高为3 015 S/cm。Bi_xSb_2-xTe₃薄膜的总热导率随温度的升高先降低后增大,随Bi掺杂量的增多不断降低,Sb₂Te₃在300 K时的热导率最高为1.61 W/(m·K)。随着Bi元素掺杂的增多,Bi_xSb_2-xTe₃薄膜的功率因子先增大后降低,Bi_0.4Sb_1.6Te₃薄膜的功率因子在300 K时达到最大值16.2 μW/(cm·K²),说明在给定温差下Bi_0.4Sb_1.6Te₃复合热电材料能够产生更大的热电电压,实现更高的热电转换效率。
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  Mxene/碳纳米材料复合吸收剂研究进展

  穆智超, 王兰志, 唐子芃, 杜作娟, 刘愚, 岳建岭, 黄小忠

  功能材料. 2024, 55(12): 12028-12044. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.005

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  随着科技的发展,便携式电子设备的使用日益广泛,不可避免地在其周围环境中产生大量电磁辐射,对电磁波吸收材料开发及性能优化迫在眉睫,这不仅能够保护人体远离电磁波干扰,同时也可以减少电磁波的二次污染,在民用和军事上都有着重要的研究意义。二维纳米材料 Mxene 具有低密度、大比表面积、优异的电导率和良好的化学活性等特点,在电磁防护领域具有巨大的应用前景。碳基材料,如石墨烯、碳纳米管、碳纤维等,因其良好的热/电性能而被广泛用于电磁干扰保护,将Mxene与碳基材料进行有机结合、优势互补,则能设计、制备出高性能电磁吸收剂。综述了Mxene/碳基复合材料在吸波领域的研究进展,详细介绍了Mxene/碳基复合材料吸收剂的损耗机制,并对其结构进行分析。最后在制备、结构和多功能等方面对Mxene/碳基复合吸收剂的未来发展方向进行了展望。
综述·进展
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  氧化石墨烯材料在放射性废水处理中的研究进展

  陈佳, 康晶, 廉冰, 陈海龙, 武翡翡, 于志翔

  功能材料. 2024, 55(12): 12045-12052. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.006

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  放射性废水的不断增加,对人类健康和生态系统构成潜在威胁,有效去除放射性废水中的放射性核素,已成为一项重要任务。氧化石墨烯(GO)及其复合材料在放射性废水处理领域的研究已成为当前热点。着重对近几年GO、氮功能化GO、磷功能化GO、GO/金属氧化物复合材料、GO/MOFs复合材料、GO/CNTs复合材料在去除放射性废水中典型放射性核素铀、锶、铯等的研究现状进行了综述,并对今后的研究工作进行了展望。
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  电化学储锂用二氧化锡材料的改性研究进展

  李晓露, 刘鹏, 杨现锋

  功能材料. 2024, 55(12): 12053-12058. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.007

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  新能源汽车、智能电网等产业的飞速发展推动了电池储能技术的革新。二氧化锡因其理论比容量高、储量丰富等优点,被认为是替代锂离子电池传统石墨负极的潜在选择。然而,由于二氧化锡存在首次库伦效率低、循环寿命短和导电性差等问题,使其商业化应用受到限制。针对二氧化锡电化学储锂的性能缺陷,综述了二氧化锡负极材料的改性策略及其研究进展,并对二氧化锡在锂离子电池领域的应用前景进行了展望。
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  水合肼产氢负载型催化剂研究进展

  周科年, 张竞哲, 苑高千, 杨国栋, 张海军, 李发亮

  功能材料. 2024, 55(12): 12059-12071. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.008

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  氢气作为一种燃烧放能高且无污染的绿色能源而被广泛关注。水合肼(N₂H₄·H₂O)的储氢量高(8.0%质量分数),且分解后的产物对环境安全无污染,是一种具有良好发展前景的绿色储氢材料。催化剂是水合肼分解产氢的关键。总结了负载金属活性中心组成和载体种类对水合肼分解产氢负载型催化剂催化效率、选择性和耐久性的影响;分析了提高水合肼分解产氢负载型催化剂催化性能的方法;最后指出了该研究方向目前存在的主要问题和面临的挑战,并对未来的可能发展方向进行了展望。
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  耐久型透明光滑拒液表面的研究进展

  喻敏, 秦丽文, 卓浩泽, 朱立平, 李建新, 潘积琦

  功能材料. 2024, 55(12): 12072-12083. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.009

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  近年来,光滑拒液表面因具有优异的抗润湿性能力,在学术界和工业界得到了广泛关注和研究。基于拒液表面的抗润湿特性而开发的应用逐渐丰富,但随之而来的是新的需求和挑战。其中,高透明性、高机械/化学耐久度和耐候性是光滑拒液表面进一步实现诸如光伏组件面板防污、风电叶片除冰、金属管道防垢等工业应用的先决条件,需要得到高度重视。因此,首先阐述了光滑拒液表面的分类、制备方法和耐久性提升策略,随后讨论了耐久型透明光滑拒液表面在自清洁、防指纹/抗涂鸦、除冰/防冰、抗生物污染和防结垢领域的应用,最后总结了现有挑战并对未来研究方向进行展望。
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  因瓦合金组织性能的研究进展

  黄海堂, 王方军, 孟刚, 陈登华, 周大地, 仇伟夷, 王东哲

  功能材料. 2024, 55(12): 12084-12095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.010

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  由环境温度变化引起的材料尺寸的伸缩是精密仪器、光学元件、航空航天设备等结构件面临的共同问题。因瓦合金因在居里温度230 ℃以下具有小于2.0×10^-6/℃的低热膨胀系数,而具有极高的尺寸稳定性,这种独特性质使得因瓦合金在高精度高稳定尺寸变化领域具备绝佳的优势地位。然而,结合实际工况条件和具体应用环境,迫使因瓦合金在具有低膨胀特性的条件下,还寄予它其他的功能,比如高强性、磁性、阻尼性等,以满足不同领域对材料性能的多样化需求。为推动因瓦合金的深入研究,对因瓦合金组织性能的研究进展进行了综合评价,着重从沉淀强化、形变强化、磁性、阻尼、电沉积、增材制造6个方面对因瓦合金组织性能的强化途径进行了概述,并对其发展方向提出了一些看法,希望对今后关于因瓦合金性能优化工作的开展提供一定的参考价值。
研究·开发
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  多孔异质结g-C₃N₄/TiO₂光催化剂的制备及其光催化性能研究

  王智远, 田伟光, 余伟, 刘忠将, 王润兵, 付宇奇, 薛成斌, 江寒梅, 贾碧

  功能材料. 2024, 55(12): 12096-12103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.011

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  环境污染是工业生产过程中亟需解决的一项重要问题,通过生物模板法合成了多孔异质结g-C₃N₄/TiO₂光催化剂,在降解甲基橙废水过程中显示高效的光催化性能。酵母菌作为软模板剂为材料提供了多孔结构和大比表面积,增加了水溶液中活性反应位点;同时,g-C₃N₄/TiO₂异质结结构作为电子转移通道,太阳光照射时,在内电场和库伦力作用下,氧化还原性较弱的电子和空穴互相结合,氧化还原能力较强的电子-空穴对保留下来。自由基捕获实验揭示了光照条件下复合材料周围出现的·OH和O^-₂分子,是光催化降解过程的主要作用成分。因此,生物模板法制备的多孔异质结g-C₃N₄/TiO₂是一种具有前景的降解有机染料废水的光催化剂。
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  氨基功能化双金属ZIF的合成及其CO₂吸附性能研究

  王明媚, 董季玲, 钟晨晨, 蒋伟, 刘洋

  功能材料. 2024, 55(12): 12104-12111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.012

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  沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)作为一种具有高比表面积、高孔隙率、高稳定性的新型多孔材料在CO₂吸附分离领域有巨大的应用前景。为进一步提升ZIFs的CO₂吸附性能,同时采用合成前和合成后功能化策略,在室温下一锅合成空心双金属Co/Zn-ZIF,随后将四乙烯五胺(TEPA)作为合成后功能化改性剂,使用浸渍法得到TEPA@Co/Zn-ZIF,并将其应用于CO₂吸附和循环实验。通过XRD、FT-IR、SEM等测试手段对比分析了TEPA@Co/Zn-ZIF与ZIF-8、Co/Zn-ZIF的差异。CO₂吸附实验结果表明,改性后材料的CO₂吸附容量提高至2.53 mmol/g(比ZIF-8和Co/Zn-ZIFs分别高出60%和33%),其归因于掺杂金属使活性金属中心与CO₂产生更强的静电作用,以及-NH₂与CO₂的酸碱反应产生化学吸附。改性后材料循环5次仍表现出较好吸附效果(1.99 mmol/g)。
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  高温热处理对泡沫混凝土力学及导热性能的影响

  余祖国, 李久存

  功能材料. 2024, 55(12): 12112-12119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.013

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  以硅酸盐水泥为原料,通过物理发泡的方式制备了3种不同水胶比的泡沫混凝土,研究了高温热处理对泡沫混凝土的物相结构、微观形貌、抗压强度残余率、质量损失率、吸水率以及导热性能的影响。结果表明,在受热温度低于500 ℃时,混凝土表面裂纹较少,水胶比0.5的泡沫混凝土的抗压强度残余率和质量损失率下降最多,水胶比0.4的泡沫混凝土的质量损失率最少;受热温度达到900 ℃时,混凝土表面裂缝较多,出现了明显的贯穿性裂纹,3种水胶比的泡沫混凝土的抗压强度残余率趋于一致,均降至20%以下,水胶比0.4的泡沫混凝土的质量损失率最低为20.18%,水胶比0.5的泡沫混凝土的吸水率最大为69.2%。导热性能测试表明,在相同温度下,水胶比0.4的泡沫混凝土的导热系数最低;受热温度达到900 ℃时,水胶比0.4的泡沫混凝土的导热系数最低为0.2975 W/(m·K),在防火和保温应用方面性能优异。
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  NaAlO₂包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极材料的合成及电化学性能研究

  汪洋, 王冰, 唐立丹, 仲为礼, 商剑, 齐锦刚

  功能材料. 2024, 55(12): 12120-12125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.014

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  以乙酸锂、乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰为原料,柠檬酸为络合剂,先利用溶胶凝胶法合成得到LiNi_0.8Co_0.1-Mn_0.1O₂材料,与NaAlO₂煅烧后成功合成了由包覆NaAlO₂的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂材料。通过XRD、SEM、EDS对样品结进行表征。结果表明,随着包覆量的增加,样品晶格间距变大,颗粒表面也由光滑变粗糙。电化学测试结果表明,在1C下2%(质量分数)NaAlO₂@LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的初始放电比容量为180.36 mAh/g,200个循环后的容量保持率为79.2%,电化学可逆性较好且电荷转移电阻更小。
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  In掺杂对LGPS电解质结构及电化学性能的影响

  侯书增, 谢宁, 程雪, 翟博, 李轩

  功能材料. 2024, 55(12): 12126-12130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.015

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  为了提高Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS)的结构稳定性和化学稳定性,采用高能机械球磨加高温烧结法制备出了In掺杂LGPS的系列电解质Li₁₀In_xGe_1-0.75xP₂S₁₂(x=0.1~0.5)(LGInPS)。SEM形貌观察和XRD物相分析表明,随着In元素参杂量的提高,LGInPS系列电解质的致密度、结晶度逐渐提高;当x>0.3时,杂质含量开始增多,颗粒团聚现象开始严重。对最佳In掺杂量x=0.3的LGInPS电解质进行了结构分析和电化学性能测试,并与LGPS进行了对比,结果表明,当In掺杂量为x=0.3时,LGInPS的电化学稳定性和结构稳定性得到了提高,此外LGInPS中的高导电相结构单元得到了强化,交流阻抗减小了(69%),离子电导率提高了(106%)。
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  六方相溶致液晶模板的结构和流变学行为研究

  王宝玉, 王光, 李振宇, 武元鹏

  功能材料. 2024, 55(12): 12131-12136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.016

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  六方相溶致液晶(hexagonal lyotropic liquid crystals,HLLC)是制备在纳米/亚纳米水平上具有精确尺寸和结构纳米材料的理想软模板。研究了表面活性剂分子十二烷基三甲基溴化铵(dodecyltrimethylammonium bromide, DTAB)对其形成的三元HLLC系统结构和物理化学性质的影响。通过偏光显微镜、小角X射线散射技术和流变仪等对HLLC相结构、结构参数和流变学性能进行表征。研究表明,DTAB分子浓度增加,胶束间距、水道宽度和结构域尺寸均变小,但胶束半径变大。同时,随着DTAB 分子浓度的增加HLLC体系的动态力学性能越优异。该研究可以更好地了解两性分子对HLLC模板结构和物理化学性质影响的规律,从而为通过分子水平上的组成设计来微调纳米结构参数以及实现纳米结构保留提供理论参考。
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  纳米多孔NiO-Ni/Al₃Ni₂复合催化剂的制备及析氢性能研究

  顾先涛, 樊培培, 陈晓春, 张俊杰, 计巧珍, 周仲康, 董浩声, 彭立雪, 朱胜利

  功能材料. 2024, 55(12): 12137-12143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.017

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  利用电解水技术制取氢气是一种清洁环保的氢气生产方法,而要实现电解水制氢的工业化应用,关键在于开发高效、稳定且成本低廉的析氢反应催化剂。采用脱合金法和电化学氧化处理相结合的方法,制备出了一种纳米多孔NiO-Ni/Al₃Ni₂复合催化剂。由于Ni、Al₃Ni₂和NiO三相的协同作用,NiO-Ni/Al₃Ni₂复合催化剂表现出了良好的电催化水分解析氢活性。通过调整电化学氧化处理的工艺,能够获得具有不同组分比例的复合催化剂,其中,NiO-Ni/Al₃Ni₂-10s催化剂具有最佳的析氢反应催化性能,在碱性介质中,仅需79.1 mV的过电位就可达到10 mA/cm²的电流密度,同时该催化剂还展现出了卓越的长期稳定性。这一研究成果将为开发高活性、高稳定性的镍基析氢催化剂提供有价值的启示和借鉴。
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  高镍铌耐蚀合金945A的凝固与偏析行为

  周大地, 何曲波, 王方军, 王东哲, 孟刚, 刘海定, 黄海堂

  功能材料. 2024, 55(12): 12144-12150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.018

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  利用JmaPro热力学计算结合光学显微镜、扫描电镜、电子探针等方法研究了高镍铌耐蚀合金945A的析出相类型、铸态组织特征及元素偏析行为。结果表明:945A合金非平衡凝固过程中,液相中依次会析出MC型碳化物、M₂O₃型氧化物、γ基体、MN型氮化物、Laves相及η相。电渣锭铸态组织为典型的凝固组织,衬度差异明显,枝晶间大块析出相附近有针状相富集。合金元素偏析严重,Cr、Fe、Al元素偏聚于枝晶干,负偏析程度k_Cr＞K_Fe＞K_Al,Nb、Mo、Ti元素在枝晶间富集,正偏析程度k_Nb＞K_Mo＞K_Ti。由于Ni、Nb、Ti在大块析出相附近偏聚,促使了针状η-Ni₃(Ti, Nb)的析出,而Nb、Mo、Ti在枝晶间的偏聚,导致凝固末期MgO.Al₂O₃+(Ti, Nb)N、(Nb, Ti)(C, N)+M₂₃C₆非金属夹杂多分布于此。
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  硫酸盐冻融下沙漠砂混凝土抗冻性能及基于GM(1,1)模型强度预测

  刘海峰, 姜彦杰, 孙竟鹏, 车佳玲, 杨维武, 朱立晨

  功能材料. 2024, 55(12): 12151-12161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.019

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  为了研究硫酸盐冻融循环作用下沙漠砂混凝土(DSC)抗冻性能及强度规律,以不同质量分数硫酸盐溶液(3%、5%、7%Na₂SO₄)为冻融介质进行冻融循环试验,分析硫酸盐冻融下DSC表观特征、质量损失率、相对动弹性模量、抗蚀系数、超声波速损失率变化规律;建立硫酸盐冻融下沙漠砂混凝土GM(1,1)强度预测模型。研究结果表明,随着冻融循环次数增加,混凝土质量损失率、超声波速损失率增大,抗蚀系数与相对动弹性模量降低。沙漠砂替代率(DSRR)从0增至40%时混凝土表现出较好抗冻性能;当DSRR为60%时,过量沙漠砂的掺入对混凝土抗冻性能产生不利影响。较大质量分数硫酸盐溶液加剧混凝土破坏,降低了预测寿命。GM(1,1)模型预测结果平均相对误差小于2%,具有较好预测精度,可为西北地区硫酸盐冻融环境下混凝土结构服役评估提供参考。
工艺·技术
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  石墨烯对铜钨合金材料抗烧蚀性能多场数值模拟研究

  丁一, 毛光辉, 王树坤, 韩钰, 高健峰, 陈保安, 庞震, 刘倓

  功能材料. 2024, 55(12): 12162-12167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.020

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  随着人们的用电需求持续增大,高压电网及特高压电网的系统运行需要得到足够的保障,高压断路器的开断寿命成为影响高压及以上电压电网线路安全运行的重要因素。在电触头高压开断的过程中,由于击穿放电形成拉弧烧蚀等原因,触头表面会产生材料转移,多次累积下会造成电触头失效的结果,从而产生安全隐患。提高电触头的耐烧蚀性能非常重要,而目前对烧蚀性能的评价仍然依赖昂贵的型式试验验证。调研了石墨烯/铜钨(CuW)合金的制备方法和各种性能,以及高压电触头的开断过程中的物理过程。接着采用了石墨烯的掺杂改性铜钨整体触头材料,建立了电触头高压烧蚀仿真模型,通过有限元方法分析在多场作用下电触头的电弧侵蚀过程。结果发现石墨烯在CuW材料中均匀分布时能够提高材料的密度和力学性能,从而使电触头具有更好的力学以及电学性能。通过对电触头高压烧蚀过程的理论模拟和仿真模型的计算,得到电弧侵蚀下的电触头温度分布,对比石墨烯改性CuW以及现役传统CuW的电弧侵蚀下的电触头温度分布,发现石墨烯改性CuW具有更强的抗电侵蚀能力。初步解释了石墨烯在铜钨合金中的增强机理,并为后续石墨烯掺杂铜钨电触头的研发提供理论和模拟水平上的指导。
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  DyH₂/DyH₂+Cu晶界扩散对Nd-Ce-Fe-B烧结磁体的影响

  李欣俞, 胡怀谷, 王帅, 雍辉, 胡季帆

  功能材料. 2024, 55(12): 12168-12174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.021

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  采用双主相烧结工艺制备了的铈占稀土总重40.6%的烧结Nd- Ce -Fe-B磁体。之后分别使用DyH₂和DyH₂+Cu对烧结磁体进行晶界扩散,在剩磁降低较小的代价下进一步提升了矫顽力。在相同的扩散工艺条件下,DyH₂+Cu扩散对磁体矫顽力的提升效果高于DyH₂扩散。和DyH₂扩散磁体相比, DyH₂+Cu扩散磁体中Dy原子可以扩散到磁体更深的部位,可在较深的位置还存在核壳结构,且晶界相更加连续,这与Cu原子增加晶界相的流动性相关联。通过微磁学模拟,模拟结果证实了Dy的晶界扩散可增强磁体矫顽力。
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  GaZrO_x催化剂催化CO₂加氢制甲醇的改性研究

  陈志远, 周嘉宾, 黄振辉, 王宇宁, 龚杰松, 高文桂

  功能材料. 2024, 55(12): 12175-12184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.022

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  采用并流共沉淀法制备了不同镓锆比(Ga/Zr=2/8、3/7、4/6、5/5)的Ga_yZr_1-yO_x(y=0.2、0.3、0.4、0.5)催化剂,探究Ga掺杂比例对催化剂性能的影响,获得最佳的 Ga/Zr比例。通过XRD、N₂物理吸附、ICP-OES和TG等表征手段分别对Ga_yZr_1-yO_x催化剂的材料的晶相、比表面积、孔容、孔径和失重等参数进行研究;通过XPS、CO₂-TPD、H₂-TPD和 H₂-TPR考察材料表面电子结构、酸碱性、还原性和H₂及CO₂吸附性等,揭示材料结构与性能之间的关系。实验表明随着Ga掺杂比例增大,Ga_yZr_1-yO_x催化剂的比表面积和分散度显著提高,H₂/CO₂吸附量和中等碱性位点数量显著增加,表面氧空位含量增多以及Ga与Zr相互作用增强。适宜的Ga含量有利于提高Ga_yZr_1-yO_x催化剂的催化性能,当Ga/Zr=4/6时,在280 ℃、3 MPa 、H₂/CO₂=3/1的条件下,甲醇时空产率最高达到4.95 mmol/h·g_cat。
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  六方CaCuCh(Ch= N、P、As、Sb、Bi)电子结构和光学性质的第一性原理计算

  罗颖熙, 李文静, 李晓敏, 李玉婷, 刘其军, 刘正堂, 白志鑫

  功能材料. 2024, 55(12): 12185-12191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.023

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  近年来,p型透明导电非氧化物材料受到了诸多研究者的广泛关注。基于密度泛函理论的第一性原理方法,优化了六方非氧化物CaCuCh(Ch=N、P、As、Sb、Bi)的几何结构,并计算分析了其电子结构和光学性质。计算结果表明,CaCuP、CaCuAs和CaCuSb属于间接带隙半导体,其带隙分别为0.155、0.247和0.065 eV,而CaCuN和CaCuBi的能带穿过费米面,呈现金属性。态密度分析表明,导带主要由Ca-4s和Ch-p态构成,费米面附近的价带主要由Cu-3d态构成,同时杂化了Ch-p态。最后,得到了六方CaCuCh在(100)和(001)方向上的光学性质随光子能量的变化关系,包括复介电函数、复折射率、反射光谱、吸收光谱、损失函数和光电导谱。结果表明,六方CaCuCh在(100)和(001)方向上具有光学各向异性,这为六方CaCuCh的应用提供了理论依据。
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  Fe₃O₄的电化学重构用于高效的析氧反应

  孙正印, 向俊英, 叶壮, 章海霞

  功能材料. 2024, 55(12): 12192-12200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.024

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  铁(Fe)基电催化剂的表面重构对有效的析氧反应(OER)至关重要。首先通过一步水热法在泡沫铁(IF)基底上制备了钌(Ru)、硫(S)共掺杂的四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米片组装的纳米球花,随后通过电化学方法将S浸出,促进Fe₃O₄纳米片重构为FeOOH,形成IF基底上富含氧空位(Ov)的Ru掺杂FeOOH催化剂(Ru-FeOOH-Ov/IF)。FeOOH作为OER过程中的活性相,Ru掺杂和Ov的存在可以进一步提高其本征活性,促进了水(H₂O)吸附和氧气(O₂)气体释放。因此,获得的催化剂拥有优异的碱性电化学性能,在100和300 mA cm^-2的电流密度下分别表现出270和311 mV的低过电位,以及300 h的长期电解稳定性。
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  Cu掺杂Ti-Si多孔膜材料的制备及其孔隙性能研究

  焦燕妮, 刘忠军, 雷娟, 姬帅, 敖庆波

  功能材料. 2024, 55(12): 12201-12209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.025

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  采用加压原位反应烧结技术成功制备了Cu掺杂Ti-Si金属间化合物多孔膜材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和电子万能试验机等测试设备对不同烧结温度、不同Cu掺杂量条件下制备的Ti-Si多孔膜材料进行了表征分析。实验结果表明,所制备的多孔膜表面主要物相均为Ti₅Si₃,并伴有少量TiCu和Ti-O化合物次生相生成;生成的Ti-Si多孔膜层表面颗粒大小为0.5~2 μm,膜层厚度为6~10 μm。随着Cu粉掺杂量的增加或烧结温度的升高,膜材料的最大冒泡孔径和相对透气系数呈降低趋势,最大冒泡孔径在24~29 μm之间,相对透气系数范围为33~97 m³/(m²·h·kPa)。Cu掺杂可以促进Ti-Si体系原位反应的进行:在加速Ti₅Si₃多孔膜生成的同时提高了膜层与基体的结合强度,Cu掺杂量为5%(质量分数)、900 ℃时制备样品的膜/基结合强度达到了19.18 MPa。
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  高温环境下叶蜡石对磷酸镁水泥作用机理分析

  冯学忠, 刘巧玲, 张静, 徐庆东, 窦霆

  功能材料. 2024, 55(12): 12210-12216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.026

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  磷酸镁水泥(MPC)作为无机胶粘剂用于建筑结构的加固修复,其耐高温性能成为研究热门。制备了一种叶蜡石复合磷酸镁水泥(P-MPC),通过力学性能、质量损失率、微观观测、物相分析等分析该材料的耐高温性能。结果表明,随着温度升高,MPC的抗压强度保留率随叶蜡石掺量的增加而逐渐上升,在800 ℃下,叶蜡石掺量为12%的MPC强度保留率为20%,超过空白对照组6%。通过物相组成分析发现水化产物鸟粪石的分解是导致MPC抗压强度降低的关键因素。热重曲线表明随叶蜡石掺量的增加,MPC的质量损失率逐渐降低。通过背散射电子能谱仪分析200 ℃和800 ℃下空白对照组和叶蜡石掺量为12%的试验组的微观形貌和元素比例,发现叶蜡石在高温下与MPC的结合仍能保持较好的完整性,说明此硅酸盐材料能够与MPC进行较好的融合继而改善MPC的耐高温性能。
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  BiCoS_3-δ@Co_1-xS异质结构纤维的制备及其作为锂离子电池负极材料的应用

  杨豪苗, 刘乐浩, 马峻峰, 吴卓恒, 张乔木

  功能材料. 2024, 55(12): 12217-12223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.027

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  金属硫化物因其高理论容量在锂离子电池领域受到广泛关注,但其低导电性和在循环过程中的显著体积变化限制了其实际应用。结合缺陷工程和异质结构,提出了一种提升金属硫化物负极材料电化学性能的有效策略。首先通过合成含硫空位缺陷的BiCoS_3-δ纤维,不仅提供了更多的反应活性位点,还有效提升了材料的导电性。随后,在BiCoS_3-δ纤维上原位生长Co_1-xS,制备出具有异质结构的BiCoS_3-δ@Co_1-xS复合纤维,该BiCoS_3-δ@Co_1-xS异质结能够借助内建电场效应,显著促进电荷转移,增强了表面反应动力学,还能够利用异质界面的紧密接触增强纤维在充放电循环过程中的结构稳定性。因而,BiCoS_3-δ@Co_1-xS异质结构纤维展现出优异的电化学性能。尤其是在1.0 A/g电流密度下经过3000次循环后,BiCoS_3-δ@Co_1-xS电极仍保持高达413.5 mAh/g的容量,表现出了良好的循环稳定性。
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  海水-富盐空气对La及Mg掺杂钛酸钡陶瓷介电性能的影响

  梁博, 黄祺薇, 谢雨芹, 朱明璋, 邴丽娜, 沈振江

  功能材料. 2024, 55(12): 12224-12236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2024.12.028

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  采用研磨-退火工艺将La³⁺、Mg²⁺分别掺杂入钛酸钡中,制备掺杂比例为2%、3%、4% (摩尔分数)的3组样品,将其放置在海水与富盐空气环境下0、24、48、72 h,通过阻抗分析仪、XRD、SEM、EDS表征手段与相同处理方式的纯钛酸钡陶瓷进行对比分析,探究海水与富盐空气对掺杂钛酸钡陶瓷的介电性能影响。结果表明,在海水72 h内,掺杂La³⁺的钛酸钡低频(10²10³ Hz)相对介电常数增量比纯钛酸钡的少,而Mg²⁺掺钛酸钡低频相对介电常数增量比纯钛酸钡的多。通过SEM可以明显看到La³⁺掺杂摩尔比4%时腐蚀程度最轻,这得益于其较高的烧结密度,Mg²⁺掺杂钛酸钡陶瓷孔隙增加,腐蚀加剧。另外,无论是La³⁺还是Mg²⁺掺杂,在富盐空气72 h内下其介电损耗都没有得到保护,这是因为La及Mg的引入使钛酸钡在潮湿环境下产生明显的孔隙,盐分在内部结晶,内部空气富含盐分容易被电离,导致介电损耗增加。通过XRD对处理后的样品进行分析,并没有明显的峰值偏移,也没有杂峰出现。通过EDS可以明显看到有其它成分存在样品表面。