2025年, 第56卷, 第2期　刊出日期：2025-02-28

  

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  功能材料. 2025, 56(2): 0-0.

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  复合盐冻环境下玄武岩纤维增强磷酸镁水泥基材料孔隙特征分析

  乔宏霞, 栾帅, 杨天霞, 刘昊信

  功能材料. 2025, 56(2): 2001-2009. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.001

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  磷酸镁水泥(MPC)因其高性能和良好的耐腐蚀性被应用于盐渍土地区,但由于其脆性高,在工程长期使用过程中会出现大量的微裂缝,从而影响MPC结构的耐久性和使用寿命。玄武岩纤维(BF)作为新型纤维被添加到MPC中,以进一步提高MPC在盐碱土地区的应用效果和耐久性能。因此,通过掺加不同体积掺量的BFRMPC在复合盐溶液(5%Na₂SO₄+3.5%NaCl)中进行冻融加速试验,借助XRD、SEM-EDS能谱分析、低场核磁共振技术(NMR)微细观孔隙结构来揭示BFRMPC的腐蚀劣化机理。试验结果表明:在复合盐冻融耦合环境下,BF的掺入可以显著加强MPC的耐腐蚀性能,而掺入0.09%体积掺量的BF使得MPC强度提升最为明显且腐蚀程度最低,同时BF的添加减弱了水泥侵蚀后孔隙的劣化,较普通MPC凝胶孔占比增大了5.74%,大孔占比降低了26.38%。
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  Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-Pb(ZrTi)O₃大应变压电陶瓷的制备及性能研究

  盖学周, 吴凡, 汪跃群, 李伟, 何超

  功能材料. 2025, 56(2): 2010-2017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.002

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  提升大应变压电陶瓷的应变量及温度稳定性,具有重要的实际意义。采用传统固相反应法,制备了(0.3-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-0.7Pb(Zr_0.42Ti_0.58)O₃ ((0.3-x)PMN- xPNN-0.7PZT)大应变压电陶瓷。研究了PNN固溶量对陶瓷烧结性能、相结构、微观结构、介电性能、铁电性能、压电性能及温度稳定性的影响。结果发现,PNN固溶,引起晶格畸变,促进陶瓷烧结,同时改变准同型相界附近三方相与四方相含量。当x=0.06时,陶瓷具有最佳电学性能:机电耦合系数k_p、压电常数d₃₃、居里温度T_c、矫顽场E_c分别为0.682, 692 pC/N, 263 ℃, 880 V/mm;单极应变量在30 kV/cm电场及25 ℃温度条件下达到0.18%,并在25 ℃～180 ℃温度范围内,变化幅度＜15%;退极化温度T_d≈260 ℃。
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  硅灰改性全煤矸石粗骨料混凝土力学性能和微观结构研究

  景宏君, 郭美蓉, 单俊伟, 叶万军, 高萌, 崔源泉

  功能材料. 2025, 56(2): 2018-2027. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.003

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  针对全取代煤矸石粗骨料混凝土力学性能差的问题,本研究通过硅灰改性的方式,采用宏观力学性能试验,探究硅灰对全煤矸石粗骨料混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度的影响规律。采用回归分析方法,建立劈裂抗拉强度与抗压强度的经验换算方程,同时结合核磁共振技术和扫描电子显微镜技术,从微观角度阐述硅灰对全煤矸石粗骨料混凝土力学性能的影响机理。结果表明,硅灰可以改善全煤矸石粗骨料混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度,掺量在10%附近,混凝土力学性能最优,建立的强度换算方程具有一定的实用性;硅灰主要细化了混凝土的有害孔和多害孔,提升了全煤矸石粗骨料混凝土的强度,不同孔隙半径的积分面积与全煤矸石粗骨料混凝土抗压强度的定量关系主要为线性关系,有害孔为指数关系;硅灰掺入全煤矸石粗骨料混凝土后水化产物结构更加稳定,消耗了界面过渡区范围内的Ca(OH)₂,生成的三维C-S-H凝胶和钙矾石作为骨架结构桥连了煤矸石粗骨料与砂浆基体,细化并减少了混凝土内部孔隙与微裂缝是混凝土强度提高的主要原因。低掺量的硅灰将全煤矸石粗骨料混凝土强度等级提升后完全可以用于当地的大中修工程。
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  IPDI/MDI复配固化剂对粘结剂体系固化过程的影响及机理

  马慧, 刘玉存, 柴涛

  功能材料. 2025, 56(2): 2028-2031. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.004

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  通过粘度计监测25 ℃条件下HTPB和IPDI/MDI单一固化剂、复配固化剂粘结剂体系固化过程,测量粘度随时间的变化曲线,计算固化反应速率、适用期,并分析单一固化剂、复配固化剂的固化过程中粘度曲线变化趋势和固化反应机理,为室温固化粘结剂体系配方设计提供理论依据。
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  磁性液体导热系数理论模型与实验分析

  程艳红, 苏哲, 刘志峰, 李德才, 张彩霞, 许静静

  功能材料. 2025, 56(2): 2032-2039. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.005

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  磁性液体作为一种新型功能复合材料,相比传统液体具有较高的导热性能,被看作新一代传热流体引起了国内外研究学者的广泛关注。然而,现有磁性液体导热系数理论计算模型并不能普遍适用,且不能准确预测不同温度下磁性液体的导热系数,各模型之间存在着适用条件和计算结果的差异。因此,为准确得到磁性液体的导热系数,本文基于瞬态双热线法设计并搭建了磁性液体导热性能实验测量系统(测量平均误差小于1.55%),研究了不同磁场强度作用下,水基磁性液体导热系数随温度变化情况,定量分析了不同理论模型的适用温度范围。结果表明,无磁场作用下水基磁性液体(体积分数3.7%)的导热系数随温度增加而近似线性增加,当温度从20 ℃增加到70 ℃时,导热系数增大了47%。其次,磁场作用下,磁性液体导热系数发生显著的提升。在20 ℃,200 G时,磁性液体导热系数相对于无磁场时增幅最大为81%。最后,对比分析了Maxwell 模型、Bruggeman 模型 、Yu&Choi模型以及Gianluca Coccia模型的磁性液体导热系数计算结果与无磁场实验测量结果,发现在温度较低范围内(20~35 ℃)理论计算精度较高,与实验结果相对误差在5%以内,此时可以直接采用理论模型预测磁性液体的导热系数;当温度升高后(>40 ℃),理论计算值则与实验值偏差增大,此时理论模型不再适用,必须通过实验测量获得准确的磁性液体导热系数。
综述·进展
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  生物炭吸附除磷机理及再生应用研究进展

  肖洋, 綦久芳, 雷晓玲, 王泉峰, 马子龙

  功能材料. 2025, 56(2): 2040-2049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.006

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  水体富营养化问题日益严重,对人类健康和生态系统构成威胁。因此,从水中去除磷成为亟待解决的问题。吸附法因其成熟性和灵活性在众多磷酸盐去除方法中脱颖而出,在众多吸附剂中,生物炭因其稳定性和低廉的制备成本备受关注。然而,天然生物炭吸附能力较差,在复杂的吸附环境中难有良好的表现,因此需要改性以提高其吸附性能。改性生物炭具备高效的吸附性能和低廉的制备成本等优势,已成为去除水中磷酸盐的重要手段之一。生物炭可以通过物理、化学、生物等改性方式以提升生物炭的吸附性能。然而,单一的改性方式往往难以对生物炭的性能提升提供重要。综述了改性生物炭的制备方法、吸附机理和再生应用,探讨了其在实际应用中的潜力及未来研究方向,为水体磷污染治理提供了新的思路和解决方案。
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  环糊精包合物的缓释抗菌性能研究进展

  赵进琴, 王彦斌, 孙科, 阿丽旦·如扎洪, 谷硕, 王玉璞, 苏琼

  功能材料. 2025, 56(2): 2050-2057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.007

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  随着科学技术的发展,人们发现的抗菌物质越来越多,但多数抗菌剂的抗菌成份由于其特殊的性质就会表现出毒性大、抗菌时效短、挥发性强等缺点,因而导致其在应用中受到了限制。降低毒性、延长抗菌时效、降低挥发性等成为拓宽抗菌剂应用的关键所在。环糊精和抗菌剂进行包合形成缓释系统能改善这一理化性质。缓释是将特定活性物质缓慢释放到目标介质中,在一定时间内减缓特定活性物质释放的一类技术。基于此,本文首先综述了环糊精包合物的常用制备方法及改性环糊精的作用,其次阐述了β-环糊精及其衍生物的缓释抗菌性能及缓释性能,最后系统的总结了缓释性能在医药、食品等方面的发展及应用,以期为设计和制备具有高效缓释抗菌性能的抗菌剂提供了有效参考。
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  聚多巴胺(PDA)制备的电极材料在超级电容器中的应用进展

  成媛媛, 何晞岩, 何美茹, 戚洪彬

  功能材料. 2025, 56(2): 2058-2073. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.008

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  现今,能源短缺的严峻形势将会逐渐影响人们的生产生活,所以开发新的储能元件成为科学家的研究重点。其中,超级电容器作为一种优异的储能器件,备受关注,但受限于其能量密度和功率密度不高而不能满足大规模的实际应用需求。因此,开发新的电极材料,成为解决此问题的方法之一。聚多巴胺(PDA)作为一种新材料,具有很多优点,如,高碳化率、高粘附性、多种官能团(邻苯二酚、胺和亚胺,大π电子结构)等。将PDA作为电极材料,是最近才出现的热门课题,PDA利用自身的高含碳量可以作碳电极;此外,自身含有胺基官能团可进行杂原子掺杂;最重要的是可以作为粘结剂,不仅能牢牢吸附外加材料,而且能够修饰复合材料内部结构,参与赝电容反应,增加复合材料比电容。在本文中我们将根据PDA与不同物质复合在一起的分类方式,分别介绍PDA在超级电容器中参与一元、二元、三元复合电极材料的应用。
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  细菌纤维素功能化改性及其在医学领域的研究进展

  陈琳元, 张艺兵, 李杰, 陈静, 黎庆涛

  功能材料. 2025, 56(2): 2074-2083. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.009

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  细菌纤维素(bacterial cellulose, BC)具有独特的三维网络结构,其孔隙率高、机械强度大、生物相容性好,可作为人造血管、组织工程以及伤口敷料的理想候选者,是生物医学材料研究的热点之一。然而,由于BC本身并不具备抗菌、生肌止血等特点,限制了其在医学领域的进一步应用。因此,通过非原位和原位改性方法将功能性聚合物、碳基纳米材料以及金属纳米颗粒引入BC,获得具有增强功能特性的复合材料,这些改性的BC材料在该领域中展现出巨大的应用潜力。本综述介绍了BC的制备,及其功能化改性,并总结近年来其在医疗领域的主要成果,为开发低成本、绿色安全和多功能的医用材料提供参考。
研究·开发
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  固体氧化物燃料电池电解质材料La_1.95Sr_0.05Ce₂O_7-δ的制备与性能研究

  杨春利, 晁泽莹, 刘璐, 余文瑞

  功能材料. 2025, 56(2): 2084-2090. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.010

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  采用溶胶-凝胶法制备了质子导体固体氧化物燃料电池电解质材料La_1.95Sr_0.05Ce₂O_7-δ。Sr²⁺掺杂后材料仍为萤石结构,且掺杂提高了材料的氧空位含量。Sr²⁺掺杂有效降低孔隙率,提高La₂Ce₂O₇质子导体陶瓷样品的致密性。在湿润氢气气氛中,700 ℃时,La_1.95Sr_0.05Ce₂O_7-δ的电导率可达到1.2×10^-2 S·cm^-1。制备了不同阴极的燃料电池,与La_1.95Sr_0.05Ce₂O_7-δ-La_0.9Sr_0.1Co_0.2Fe_0.8O_3-δ相比,Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ-Ce_0.8Sm_0.2O_2-δ作为阴极时,各部分电阻整体降低,性能得到了提升,其单电池的峰值功率密度在700 ℃时可达到207 mW·cm^-2,开路电压为0.813 V。
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  具有pH响应性的Cu/ZIF-8@Cur纳米颗粒的制备及抗菌性能研究

  曾凡行, 徐畅, 董旭峰, 齐民, 庄熙晶

  功能材料. 2025, 56(2): 2091-2098. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.011

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  姜黄素是一类天然多酚,具有优异的抗菌性能,但是其稳定性低、溶解度差且在人体中代谢过快等缺点严重限制应用。基于此,研究采用一锅法设计并合成了一种铜掺杂的ZIF-8双金属MOF材料用于姜黄素的高效负载(简写为Cu/ZIF-8@Cur),以实现优异的抗菌性。首先,通过紫外和红外等分析,证明了姜黄素的成功负载,其负载率高达45.6%,且具有良好的稳定性。其次,通过实验验证了该复合颗粒具有优异的pH响应性:在未产生细菌时(中性条件),表现出良好的稳定性;当人体产生细菌(环境变为弱酸性),Cu/ZIF-8@Cur颗粒会缓慢的释放离子及药物。Cu/ZIF-8@Cur颗粒对大肠杆菌以及金黄葡萄球菌表现出优异的抗菌性,具备良好的应用前景。
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  氟化物对Sr₄Al₁₄O₂₅:Mn⁴⁺红色荧光粉的发光影响作用研究^*

  万嘉文, 张涛, 吴晨刚, 夏李斌

  功能材料. 2025, 56(2): 2099-2104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.012

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  氟化物添加能有效提升Sr₄Al₁₄O₂₅:Mn⁴⁺的发光强度。然而,该粉体中F离子是否进入晶格以及其对发光性能的影响作用机理尚不清晰,阻碍了该荧光粉的进一步发展和应用。通过高温固相法制备了系列Sr₄Al₁₄O₂₅:Mn⁴⁺红色荧光粉,研究了加入H₃BO₃、SrF₂、AlF₃时,荧光粉的结构、形貌、发光性能等变化规律,阐明了氟化物添加对发光性能的影响作用机理。研究结果表明,加入H₃BO₃时生成了Sr₄Al₁₄O₂₅纯相,样品的表面光滑,颗粒分布均匀;而掺杂SrF₂、AlF₃和不添加任何助溶剂时的主相为SrAl₂O₄,含有少量Sr₄Al₁₄O₂₅杂相,颗粒分布不一,表面粗糙。掺杂SrF₂和AlF₃后,F离子并未进入基质晶格,仅充当助溶剂作用。H₃BO₃和SrF₂、AlF₃的添加/掺杂量分别为0.8 mol, 0.6 mol和0.4 mol时,荧光粉具有最优发光强度,添加H₃BO₃时的样品最优强度明显高于其他样品。
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  RGO-TiO₂复合材料的制备及光催化降解废水性能研究

  刘发强, 夏培蓓, 张新华, 黄蕾, 吴咏梅

  功能材料. 2025, 56(2): 2105-2109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.013

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  采用水热法制备了RGO-TiO₂复合材料,通过XRD、SEM、TEM、FT-IR、Raman及光催化测试等手段对复合材料的性能进行了表征。研究了水热反应温度对复合材料形貌、结构及光催化性能的影响。结果表明,制备的RGO-TiO₂复合材料为锐钛矿TiO₂结构,水热温度的变化和石墨烯的负载均没有改变复合材料的物相结构,RGO-TiO₂复合材料为球状颗粒,颗粒尺寸分布在200~650 nm之间,TiO₂负载于RGO的表面,当水热温度为200 ℃时,复合材料的颗粒最为密实,尺寸均匀性最佳。RGO与TiO₂之间存在键合作用,RGO-TiO₂复合材料在合成过程中GO被还原成了RGO。以罗丹明B(RhB)溶液为光催化降解对象,随着水热反应温度的提高,复合材料对RhB溶液的降解效率先增大后减小,当水热反应温度为200 ℃时,复合材料在180 min时的降解效率达到了最大值93.51%。综合可知,最佳水热反应温度为200 ℃。
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  压强及W含量对Mo-W固溶体力学性能参数影响的第一性原理计算研究

  周少兰, 李忠盛, 丛大龙, 冉旭东, 韦禹, 陈汉宾

  功能材料. 2025, 56(2): 2110-2119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.014

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  采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,通过虚拟晶体近似构建Mo-x%W(x=0~100,10为步长)模型,计算0、10、20、30 GPa下Mo-W合金的弹性常数、体积模量、剪切模量、弹性模量、泊松比以及态密度等性质参数,研究结果表明:随着压强的增加,Mo-W合金的晶格常数降低,而晶格常数随W含量呈线性增加;在0~30 GPa内,Mo-W合金保持力学稳定,同时Mo-W合金的弹性常数、弹性模量均随压强的增加而增加。随着W含量的增加,Mo-W合金的体模量呈递增趋势,而剪切模量和弹性模量则先增加后降低再增加,Mo-W合金韧性整体呈降低的趋势;当W含量在30%~40%时,Mo-W合金硬度最高,耐磨性最好。
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  ITO纳米粉体的微反应制备及性能研究

  黎琦, 朱归胜, 徐华蕊, 赵昀云, 许积文, 龙神峰, 韦婷婷

  功能材料. 2025, 56(2): 2120-2125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.015

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  高性能的氧化铟锡(ITO)粉体是制备高性能ITO靶材的关键。利用InCl₃·4H₂O、SnCl₄·5H₂O和氨水作为原料,在微反应器中成功合成颗粒大小均匀、分散性良好的ITO纳米粉体,该粉体比表面积为36.86 m²/g,颗粒尺寸为22.75 nm。研究了不同前驱体浓度、煅烧温度和反应温度对ITO粉体性能及其在1 400~1 580 ℃下的陶瓷烧结性能。在1 580 ℃下保温4 h烧结条件下,获得了相对密度为98.46%的ITO陶瓷,其电阻率为3.532×10^-4 Ω·cm,陶瓷表面和断面均无气孔。研究结果显示,由于微反应通道内的剧烈碰撞和均匀的爆炸形核过程,利用微反应器共沉淀反应制备的ITO粉体颗粒具有较小的粒径、均匀的颗粒大小和更好的分散性。
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  水稻秸秆纤维对再生沥青混合料抗裂性能影响的研究

  程培峰, 郭爽, 李艺铭

  功能材料. 2025, 56(2): 2126-2134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.016

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  为改善高掺量RAP对路面抗裂性能产生的不利影响,制备了一种含水稻秸秆纤维的高RAP掺量再生沥青混合料,通过半圆弯拉试验(SCB)分析了不同温度下,水稻秸秆纤维的掺入对再生沥青混合料抗裂性能的影响,利用主成分分析方法对掺水稻秸秆纤维再生沥青混合料的抗裂性能建立多角度的综合评价模型。结果表明,水稻秸秆纤维可改善再生沥青混合料的低温抗裂性能,但改善效果受水稻秸秆纤维掺量影响较大,适量的水稻秸秆纤维会在混合料中形成良好的分散效果并起到加筋作用。此外,水稻秸秆纤维对再生沥青混合料低温抗裂性能的改善作用主要以抑制裂缝的发展为主,与未掺水稻秸秆纤维的再生沥青混合料相比,再生沥青混合料的峰后断裂能可提高50%以上。
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  3D打印牙周骨再生引导支架的构建及性能研究

  王迪, 康俊嘉, 黄若希, 赵嘉钰, 连小洁

  功能材料. 2025, 56(2): 2135-2142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.017

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  在牙槽骨缺损治疗中,传统的植骨方法往往由于修复过程中软组织的长入而使修复失败。因此,研究设计出不同线间距的双层支架模型,并利用3D打印技术构建了一种双层的引导膜在防止软组织长入的同时引导骨再生,主要是通过海藻酸钠(SA)分别与α-磷酸三钙(α-TCP)和氯化钙的两步交联,为进一步加强生物活性和力学性能,复合了纳米丝素纤维(SFF)。通过Pr值和微丝坍塌评价复合生物墨水的可打印性,利用SEM、XRD、和FTIR分别对支架的形貌和结构进行评价。最后用CCK-8、ALP、茜素红等试验评价复合支架的细胞活性、促成骨分化能力。结果表明,当α-TCP的比例为40%(质量分数)时,SFF的浓度从0.5%增加至2%,支架的可打印性、力学性能和成骨活性得到提高,溶胀率和降解率下降。研究的支架有望在引导牙周骨组织再生等方面的临床治疗上提供一定的理论依据。
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  水热反应条件对钨酸铋结构及光催化性能影响

  刘婷婷, 闫梦鸽, 曹利兵, 杨帆宇

  功能材料. 2025, 56(2): 2143-2150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.018

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  通过改变水热反应条件调控钨酸铋(Bi₂WO₆)的形貌结构、晶相结构、比表面积及孔径分布和光电性能,探究水热反应过程对Bi₂WO₆结构和性能调控机理。结果表明,水热反应温度升高加速前驱液中离子扩散速率和Bi₂WO₆晶体生长速度,有利于Bi₂WO₆纳米片自组装和晶体发育,但水热反应温度过高将导致自组装和奥斯特熟化过程过快从而破坏Bi₂WO₆三维纳米结构,进而导致比表面积和光电性能下降。水热反应时间主要影响Bi₂WO₆结晶过程,过长的水热反应时间会导致晶体重结晶和团聚,造成光电性能下降。Bi₂WO₆的优化制备条件为水热反应温度160 ℃、水热反应时间6 h,该条件下制备的Bi₂WO₆是正交相的三维纳米花球,具有介孔结构,比表面积达56.95 m²/g,带隙能为2.77 eV,光电性能最佳,对氟伐他汀去除率达69.84%。
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  功能性La@CeO₂纳米填料引入PEO聚合物电解质构建高性能全固态锂金属电池

  李健辉, 张子良

  功能材料. 2025, 56(2): 2151-2160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.019

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  用六水合硝酸镧(La(NO₃)₃·6H₂O)和六水合硝酸铈(Ce(NO₃)₃·6H₂O)通过水热合成法反应合成了富含氧空位的La掺杂CeO₂(La@CeO₂)纳米填料,将所得到的纳米填料引入聚环氧乙烷(PEO)基质中,采用溶液铸法制备了PEO/LiTFSI/x(0.2La@CeO₂) (x=0%, 5%, 10%, 15%)复合固态电解质(CSEs)。采用XRD、SEM、EDS、EPR对La@CeO₂纳米填料进行了表征,对CSEs的物理性能进行了DSC、TGA 和力学性能测试,并测试了其电化学性能。结果表明,水热合成的La@CeO₂纳米填料表面含有丰富的氧空位,含有10%(质量分数)0.2La@CeO₂纳米颗粒填料的复合固态电解质表现出了高的锂离子传输性能、良好的循环性能和倍率性能。与PEO/LiTFSI无填料的电解质相比,在60 ℃时离子电导率为2.5×10^-4 S/cm,锂离子迁移数为0.55,电化学稳定性为4.9 V,抗拉强度显著提升,复合固态电解质与锂金属具有良好的界面相容性,在0.1 mA/cm²的电流密度下,组装的锂对称电池能够稳定运行1 200 h。同时,组装的LiFePO₄|PEO/LiTFSI/10%(0.2La@CeO₂)|Li电池在0.5 C下循环280次后放电容量仍保持在145.4 mAh/g,容量保持率为91.9%,库仑效率仍保持在97.6%的高水平。为构建下一代固态电池高效柔性PEO基固体聚合物电解质提供了可行策略。
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  溶剂调控制备硅橡胶超疏水涂层及其性能研究

  邓成芳, 蒋玉巧, 黄玉玲, 郑玉涵, 张邦文, 贾碧

  功能材料. 2025, 56(2): 2161-2166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.020

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  以α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、二氧化硅、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性的氢氧化铝(Al(OH)₃)为原料。使用混合溶剂相分离法,制备了硅橡胶超疏水涂层,探究了无机组分用量和溶剂对疏水性的影响。通过接触角测量仪、场发射扫描电镜(FESEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析对涂层进行了表征。结果表明,KH550改性后的粒子与硅橡胶涂料的相容性极好,涂层水接触角达到155°,紫外老化虽然发生,但对涂层疏水性影响不大;35次砂纸磨损后,由于涂层表面无机颗粒磨损,涂层疏水性小幅度减弱,但仍保留超疏水性。
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  生物炭改性TiO₂锐钛矿-金红石相S型同质结的构建及其光催化降解四环素研究

  安明泽, 张兵兵, 杨照, 陈蔚洁, 王盛, 薛斌, 秦舒浩

  功能材料. 2025, 56(2): 2167-2178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.021

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  构建具有高效电荷迁移效率和丰富活性位点的梯形(S型)同质结光催化剂是提升光催化性能的一种有效途径。研究采用典型的水热结合热解法制备了一系列生物炭改性TiO₂锐钛矿-金红石相S型同质结催化剂(TBC)。催化剂结构表征和原位XPS测试结果表明,优化条件下的TBC550催化剂主要由生物炭和TiO₂锐钛矿与金红石相组成,与之构建的TiO₂锐钛矿与金红石相S型同质结可促进光生载流子通过生物炭、锐钛矿-金红石的界面进行转移。同时,当光照射在TBC550催化剂界面上时,在内置电场、带边弯曲和库仑力的协同作用下,促进了氧化能力的光生电子与还原能力的光生空穴复合,抑制了氧化能力的光生空穴与还原能力的光生电子转移,进而使电子和空穴具有较高的氧化还原能力。此外,在紫外、可见和模拟太阳光照射下,TBC550催化剂对四环素(TC)水溶液的光催化降解率分别为96.5%、78.3%和89.1%,且5次循环后仍保持良好的稳定性。研究工作可以丰富我们对新型S型同质结光催化剂的认识,为未来使用太阳能驱动光催化降解环境中的污染物提供一种有前景的策略。
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  聚酰亚胺泡沫的制备及热物性能研究

  张澧桐, 孙立强, 张瑞涵, 王佰超, 张洪明

  功能材料. 2025, 56(2): 2179-2185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.022

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  采用发泡法制备了聚酰亚胺泡沫,通过实验和数值模拟研究了自然对流条件下孔隙率和孔隙分布对聚酰亚胺泡沫热物性能的影响。定义了非均质系数Ψ来评价泡沫内部的孔隙分布情况。制备了不同孔隙率和非均质的聚酰亚胺泡沫。通过实验测量了聚酰亚胺泡沫的自然对流换热系数。将Voronoi技术与双尺度生成法相结合,建立了多孔模型,并进行了传热数值模拟。仿真结果与实验结果吻合较好。结果表明,在非均质系数固定的情况下,随着孔隙率的增加,泡沫的传热性能显著降低;在孔隙率固定的情况下,泡沫的传热性能随着非均质系数的增加而显著提高。通过数值模拟结果,可以观察到内部温度场和流场分布。孔隙率和非均质系数对自然对流换热性能的影响主要是由内部渗透率的变化引起的。
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  含水率对镀铜钢纤维超高性能混凝土自感知性能的影响

  张立卿, 刘秋萍, 潘延念, 熊信福, 熊进刚, 许开成

  功能材料. 2025, 56(2): 2186-2194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.023

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  镀铜钢纤维增强废弃陶瓷超高性能混凝土(CSF-UHPC)具有导电性好、灵敏度高等优势,在混凝土结构健康监测领域具有广阔的应用前景。但混凝土结构在服役过程中往往会暴露在不同的湿度环境下,含水率变化会影响其导电性能,进而影响其自感知性能。因此,研究了CSF-UHPC在不同加载条件下含水率对其自感知性能的影响规律,并比较了不同因素对其自感知性能的影响程度。研究结果表明,在各种加载条件下,CSF-UHPC的自感知性能均随含水率的降低而降低。含水率降低引起的电阻率变化率、应力灵敏度和应变灵敏度降低率均随着加载幅值和加载速率的增大而增大。CSF-UHPC在完全干燥后的电阻率变化率、应力灵敏度和应变灵敏度降低率最大分别可达75.44%、76.32%和70.96%。由雷达图分析结果可知,不同环境因素对CSF-UHPC自感知性能的影响程度从大到小依次为:加载幅值、含水率和加载速率。
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  沙漠砂混凝土的氯离子渗透性研究

  连泽立, 杨建森

  功能材料. 2025, 56(2): 2195-2200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.024

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  为了考察细骨料全部为沙漠砂的沙漠砂混凝土(DSC)的氯离子渗透性能,采用电通量法试验研究了不同水胶比的DSC电通量,运用回归分析建立了DCS电通量与水胶比的数值相关性模型。结果表明,沙漠砂具有数量更多的小中心质效应,分散和均匀了混凝土中胶凝材料浆体,也使水化产物分布更加均匀,骨料界面过渡区连结更加牢固,混凝土基体结构更加致密,故DSC的氯离子渗透性低;DSC电通量(Q)与水胶比(x)符合Q=7 572.7636x-537.6053函数关系的模型,且在显著性水平α=0.01下相关性显著,根据水胶比可以估算DSC的氯离子渗透性能,进而评估DSC的渗透性能。
工艺·技术
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  PVA纤维增强粉煤灰混凝土的力学性能及耐久性分析

  吕大为

  功能材料. 2025, 56(2): 2201-2207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.025

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  以硅烷偶联剂KH-550对聚乙烯醇(PVA)纤维进行表面改性处理,研究了KH-550用量对PVA纤维微观形貌、光谱性能和水接触角的影响,并以改性后的PVA纤维作为添加材料,研究了不同V(去离子水)∶V(KH-550)对PVA纤维增强粉煤灰混凝土的力学性能和耐久性能的影响。结果表明,随着KH-550体积比的增大,PVA纤维表面变得更加粗糙,PVA纤维由疏水状态转变为较为亲水的状态。当V(去离子水)∶V(KH-550)=3∶3时,PVA纤维的水接触角降至最低65.2°。经过KH-550改性处理后,PVA纤维增强粉煤灰混凝土的界面过渡区结合更加紧密,孔隙和裂缝的数量减少,抗压强度和抗折强度得到提高。当V(去离子水)∶V(KH-550)=3∶3时,粉煤灰混凝土的抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为44.05和8.70 MPa,相比未处理的混凝土分别提高了67.62%和61.11%。在28 d龄期,当V(去离子水)∶V(KH-550)=3∶3时,粉煤灰混凝土的最大载荷为194.3 N,最大位移为7.3 mm,最低氯离子扩散系数为1.21×10^-8 cm²/s,具有优异的耐久性能。
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  过硫酸钾刻蚀铜表面及其润湿性能研究

  杨清香, 张倩倩, 尹世卿, 赵俊红, 李凤彩, 陈志军

  功能材料. 2025, 56(2): 2208-2213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.026

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  采用了一种简单的化学刻蚀法制备具有超疏水性能的铜(Cu) 表面。用K₂S₂O₈和 NaOH 的混合液为刻蚀液对Cu样品进行刻蚀,制备了具有超疏水性能的Cu表面,接触角达165.52°。用扫描电子显微镜、接触角测量仪对样品进行表征,并分析超疏水结构形成的机理;通过改变刻蚀条件(刻蚀液浓度、刻蚀时间、烘干温度)来分析不同刻蚀条件对制备超疏水样品润湿性的影响。结果表明,当 NaOH 浓度为 0.500 mol/L,K₂S₂O₈ 浓度为0.025 mol/L,在 25 ℃的环境下刻蚀 60 min时,接触角达到了 165.52°,制备的超疏水表面均匀的出现了无序排列的片状结构。
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  Ag/Al₂O₃/ZnO复合膜的长波段可见光增强研究

  殷财旺, 陈海霞, 丁继军, 刘紫阳

  功能材料. 2025, 56(2): 2214-2218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.027

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  结合磁控溅射技术和等离子刻蚀在p型Si上制备了ZnO,Ag/ZnO和Ag/Al₂O₃/ZnO复合薄膜,并在高真空环境中进行退火处理,表面形貌、晶体结构和光致发光谱被表征。实验结果表明,溅射的Ag薄膜经过250 ℃真空退火和等离子刻蚀后,形成尺寸规则的Ag纳米颗粒,引入Ag和Al₂O₃之后,ZnO(002)衍射峰的半峰全宽增大,结晶质量下降。Ag/ZnO薄膜在可见区的发光中心被移动到645 nm处,可见光与紫外光强度之比被增加到17.34。同时,Al₂O₃介质层对ZnO荧光发射具有调制作用,当Al₂O₃溅射时间为5 min时,Ag/Al₂O₃/ZnO复合膜在685 nm处出现了最强的发射带,可见光与紫外光强度之比高达78.29,且峰位向长波方向红移40 nm,当间隔层的厚度继续增加时,可见区发射强度反而降低,相应的荧光增强机制被讨论。
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  水泥基材料中重金属的来源及其对水化性能的影响

  王云飞, 陈德鹏, 郭明磊, 吕忠

  功能材料. 2025, 56(2): 2219-2228. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.028

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  水泥窑协同处置技术伴随绿色低碳高质量发展战略的进行被广泛应用,但废弃物中的重金属会导致使用水泥窑协同处置技术所生产的水泥重金属含量超过规范限值。水泥窑协同处置水泥熟料中常见重金属有Zn、Cu、Cr、Pb、Ni和Cd,其含量总和一般为0.16‰～1.03‰,占混凝土总引入量的95%以上。混凝土中的重金属主要以离子态和金属难溶物两种形态存在,会被C—S—H凝胶、AFm和AFt等水化产物以封裹、吸附和离子替代等形式固化。Zn、Cu、Cr、Pb、Ni和Cd等重金属会提高水泥生料的易烧性,并改变水泥熟料的矿物组成比例,Zn、Cu和Cd会导致水泥熟料中硅酸钙矿相生成更多的C₃S,而Cr会促进C₂S的生成。重金属在水泥熟料内的固溶情况也不同,Zn会优先固溶在方镁石之中,Cu和Ni主要分布在中间矿物相,Cd和Pb在C₃S、C₂S、C₃A和C₄AF上为较均匀的分布,Cr主要分布在C₂S中。Cu、Cr、Pb、Ni和Cd可以加速水泥水化热的释放从而促进水泥早期水化,但Zn会与OH^-反应生成难溶物覆盖在水泥颗粒表面阻碍水泥早期水化反应;同时常见重金属会与水泥浆体中的OH^-发生反应,造成水泥基材料的力学性能的下降。目前已有重金属对水泥基材料的烧制、水化和力学性能影响趋于完善但耐久性影响方面研究较少有待进一步探究。
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  基于热氧老化的碳纳米管沥青混合料电热稳定性分析

  栾利强, 王钦佩

  功能材料. 2025, 56(2): 2229-2236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.02.029

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  为解决导电沥青路面服役老化后电热性能不稳定而衰减的问题,强化融雪化冰效果,减少养护次数和费用。将不同碳纳米管(CNTs)掺量的沥青混合料进行热氧老化,用二极法测试试件的整体和纵向深度上的电导率,研究CNTs对热氧老化下的沥青混合料电学性能的影响。通过室内融冰试验,将不同老化条件下的碳纳米管沥青混合料的融冰时间和升温速率进行比对,验证了CNTs对沥青混合料电热稳定性具有积极的影响。将不同老化时间后的0%、0.9%CNTs掺量的混合料试件中的沥青回收后进行四组分试验,进而分析CNTs对导电稳定性的影响机理。结果表明,CNTs一定程度上抑制了沥青轻质组分的挥发,削弱了热氧老化的影响,提升沥青混合料电热稳定性及融冰效果。