功能材料

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石墨烯及其复合材料在重金属离子吸附方面的应用

曹明莉,张会霞,张聪,盛智博

功能材料. 2016, 47(8): 8001-8007. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.001

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重金属污染是目前最为严峻的环境污染问题之一,因此,寻找高效的纳米材料去除水中的重金属变的尤为重要。作为碳系家族的新成员,石墨烯已经成为万众瞩目的研究热点。由于具有超大的比表面积、较高的机械强度和稳定的化学性质等突出优势,石墨烯不仅在场效应晶体管、催化、药物输送等领域应用前景广阔,而且作为吸附材料在重金属离子处理方面的潜能也备受关注。综述了近年来有关石墨烯及其复合材料吸附水溶液中重金属离子的研究,系统介绍了石墨烯基材料对重金属离子的吸附效果、吸附机理、影响因素,及该材料的脱附再生性能。最后,对石墨烯及其复合材料研究过程中的挑战进行了评述,同时对它们在水处理过程中的应用前景做了深入探讨和展望。

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弹性加成型硅胶涂层的制备及防冻粘性能研究

管东波,蔡中义,张继堂,邱小明,窦艳丽

功能材料. 2016, 47(8): 8008-8012. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.002

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通过对4种涂层进行切向结冰循环剥离测试发现,样件A涂层虽然具有高的接触角,但是随着切向结冰剥离次数的增加,涂层的接触角逐渐降低,切向冻粘强度逐渐增大;而样件B、C、D涂层表面的接触角及切向冻粘强度变化不大,但样件B涂层的切向冻粘强度较低,通过向样件B涂层的配方中添加不同含量的端乙烯基三氟丙基聚硅氧烷后,发现当其质量分数为20%时,涂层具有较高的接触角及较低的切向冻粘强度,最后通过对端乙烯基三氟丙基聚硅氧烷质量分数为20%时涂层进行不同结冰温度、不同结冰时间的切向冻粘强度的测试发现,随着冻粘时间的延长及冻粘温度的降低,冰与涂层表面的切向冻粘强度呈逐渐增大的趋势,最后给出了较佳的除冰时间及温度。

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黄芩提取物/PBS复合材料的界面作用及降解机理研究

宋洁,张敏,龙学莉,许小玲,马晓燕

功能材料. 2016, 47(8): 8013-8019. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.003

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从植物黄芩中提取有效染色成分,与可生物降解材料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)复合制备环保型着色复合材料。通过XPS、FT-IR分析与分子模拟揭示了复合材料的界面作用。对材料亲疏水性、热稳定性、力学性能进行测试,研究了提取物的添加对复合材料的性能影响。通过模拟自然降解、大田降解研究了复合材料的降解情况,并探讨了降解机理。结果表明,黄芩提取物的添加使得复合材料的亲水性增强。复合材料XPS、红外光谱及分子模拟显示黄芩提取物中的—OH与PBS酯基作用形成CO…H—O,从而使得材料的热稳定性、力学性能得以保持或改善。黄芩提取物作为小分子物质,易被微生物侵蚀,其产生的孔洞使得复合材料的降解速率增大。

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钠离子电池负极材料密度泛函理论研究进展

杨绍斌,李思南,孙闻,董伟,沈丁

功能材料. 2016, 47(8): 8020-8030. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.004

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近年来有关钠离子电池的理论计算和实验研究不断增多,其中第一性原理计算的应用及结果引起国内外学者的研究兴趣。综述了密度泛函理论在钠离子电池负极材料中应用的研究进展,主要包括结构模型、电极电势或电池电压、可逆容量、晶格膨胀及其弹性、钠的存在状态、钠离子的扩散行为和电子导电性。随着研究的逐步深入,通过密度泛函理论计算能够给出电极材料可逆储钠性能的系统解释,并在新材料结构和成分设计方面发挥更重要的作用。

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MEA、DEA浸渍改性SBA-15对CO₂吸附性能的研究

陈鸿伟,孙玮,张泽,李凡,李岩

功能材料. 2016, 47(8): 8031-8034. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.005

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为实现CO₂的高效捕集,采用浸渍法将MEA、DEA分别负载到介孔材料SBA-15的孔道内,研究改性前后样品对CO₂吸附性能的影响,其中主要分析不同温度下CO₂吸附量的变化情况。通过X射线衍射(XRD)、低温N₂吸附-脱附(BET)、热重分析(TGA)等手段对所得样品进行表征。结果表明,MEA、DEA均负载到SBA-15的孔道内部,且没有破坏介孔结构;经MEA、DEA改性后样品的吸附性能显著提高,最大吸附量分别提高了51%和75%。

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石墨烯的改性及其在电化学检测方面的研究新进展

万红利,万丽,王贤保,吕美娇,王世敏

功能材料. 2016, 47(8): 8035-8042. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.006

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介绍了石墨烯的基本性质,综述了石墨烯的表面改性及其在电化学检测方面的应用,并对不同改性方法的优缺点进行了讨论,另外比较了基于石墨烯的检测手段与传统的检测手段,最后对基于石墨烯的材料在未来的发展进行了展望。

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硅负极材料的储锂机理与电化学改性进展

梁初,周罗挺,夏阳,黄辉,陶新永,甘永平,张文魁

功能材料. 2016, 47(8): 8043-8049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.007

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硅作为锂离子电池负极材料具有极高的比容量,被认为是最有应用潜力的下一代锂离子电池负极候选材料。本文系统总结了硅负极材料的电化学储锂特性和储锂机理,分析了硅负极材料存在的主要问题及原因。针对存在的问题,从嵌脱锂过程硅材料粉化调控、稳定固体电解质界面膜(SEI膜)的构建和硅材料导电性调变3方面对硅负极材料的电化学改性进展进行了评述,并指出了硅负极储锂材料今后的研究方向。

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导电聚合物在正极材料LiFePO₄上的应用及进展

侯春平, 马勇,董祥芝,张秋禹

功能材料. 2016, 47(8): 8050-8057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.008

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主要介绍了国内外在导电聚合物材料包覆改性LiFePO₄方面的研究进展,包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电聚合物对LiFePO₄改性及作用机理。同时,还分析了导电聚合物包覆改性存在的问题,并对将来的发展做了展望。

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静电纺丝法制备聚偏氟乙烯(PVDF)及其复合纳米纤维的应用与发展前景

朱丹华,王文利,李志平,余坤明,陈晶

功能材料. 2016, 47(8): 8058-8063. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.009

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聚偏氟乙烯(PVDF)机械强度高、耐辐射性好且具良好的化学稳定性,在诸多领域有着广泛的应用。当其尺度达到纳米级时,其纳米材料具有更多优异的性能。静电纺丝技术是一种制备纳米纤维的简单有效的方法,目前已成功制备出多种不同种类的纳米纤维,在制备功能性纳米纤维方面也取得了显著成果。本文综述了近几年电纺法制备的PVDF及其复合纳米纤维材料在医学、环境工程、电工电气及纺织领域的应用现状;指出静电纺PVDF及其复合纳米纤维面临的问题及发展前景。

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面向等离子体钨基材料的增韧研究最新进展

何培,姚伟志,吕建明,张向东
(中国工程物理研究院材料研究所,四川绵阳 621908)

功能材料. 2016, 47(8): 8064-8067. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.010

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钨及钨基材料由于其高熔点、高热导率、低蒸气压、低溅射产额及低辐照放射性等优异性能,成为具有广阔应用前景的面向等离子体材料。然而,钨基材料的本征脆性成为其作为聚变材料的主要限制因素,也成为国际聚变材料界的研究热点。本文综述了通过合金化、弥散强化以及复合材料等3种途径来增加钨基材料韧性的最新研究进展。目前合金元素中只有铼的添加能够显著改善钨的韧性;单一弥散强化方式难以有效提高钨的韧性,适当的热机械加工能够明显降低钨基材料的韧脆转变温度;通过钨箔钎焊制备出的钨层压结构复合材料的韧脆转变温度降低到了 150 ℃。

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分子纳米层作为铜扩散阻挡层的研究进展(一):分子纳米层

王亚斌,刘忠,李武,董亚萍,黄玉东

功能材料. 2016, 47(8): 8068-8073. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.011

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无机材料形成的纳米层可以作为铜扩散阻挡层,已经被广泛地研究,如钽和氮化钽。但是在低于3纳米厚度,尤其在具有较高的深宽比的器件中,此类材料纳米层不够均匀致密,不能作为理想的扩散阻挡层。由短的有机链和功能性端基组成的有机分子纳米层被用来改善表面性能,如润滑,纳米光刻和腐蚀防护。本文介绍了有机分子纳米层作为铜扩散阻挡层的要求;综述了作为铜扩散阻挡层的有机分子纳米层的类型和作用机理;分析了每类分子纳米层的优势和不足;展望了分子纳米层今后的研究方向。此外,介绍了国内对分子纳米层作为铜扩散阻挡层的研究进展。

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聚丙烯压电驻极体的振动能量采集研究

武丽明,张晓青

功能材料. 2016, 47(8): 8074-8078. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.012

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以线性聚丙烯(PP)为原材料,经压缩气体膨化处理和电晕极化处理后,使其具有压电效应,并将其应用在振动能量采集器中。结果表明,PP压电驻极体在厚度方向上的弹性模量和机械品质因数(FOM,d₃₃·g₃₃)分别为1.7 MPa和8.4 GPa^-1,利用面积为3.14 cm²单层膜进行能量采集,当振子质量为25.6,33.7和57.7 g时,其共振频率分别为2 300,2 000和1 800 Hz,在各自的匹配负载条件下,获得的输出功率分别为10.1,13.2和16.9 μW/g²。将两片PP膜电学串联,当振子质量为33.7 g时,在共振频率1 400 Hz和匹配负载4.3 MΩ的条件下,可以获得的输出功率为15 μW/g²。

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内掺Ca(OH)₂对碱矿渣混凝土强度发展的影响

朱效宏,郑雨佳,张帆,杨凯,杨长辉

功能材料. 2016, 47(8): 8079-8083. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.013

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通过水化热、孔隙率及吸水率测试、XRD等分析手段,研究了内掺Ca(OH)₂对碱矿渣混凝土性能发展规律的影响。测试结果表明,加入Ca(OH)₂后,碱矿渣水泥水化速率提高,可进一步加快其早期强度发展;碱矿渣混凝土试件28 d的毛细孔率及吸水率均有所下降,说明混凝土孔结构得到了优化;XRD分析表明,碱矿渣混凝土中富钙水化产物增多并生成了水化铝酸四钙。

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304不锈钢表面纳米化层的组织和性能

韩月娇,韩靖,张雪梅,赵君文,黄兴民,戴光泽

功能材料. 2016, 47(8): 8084-8088. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.014

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采用表面机械研磨技术(SMAT)对304不锈钢进行表面纳米化处理,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜和显微硬度仪对处理后的不锈钢表面层组织进行表征,并在不同温度下对表面纳米组织的热稳定性进行研究。结果显示,经过SMAT后,表面获得了约436 μm厚度的变形层,表面晶粒尺寸约为80 nm;在SMAT处理过程中发生了应变诱发马氏体相变;表层晶粒的细化能显著提高组织的显微硬度;当保温温度在550 ℃以下时,表层纳米组织具有良好的稳定性,当温度超过600 ℃时晶粒显著长大。

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ZnO/Cu多层膜的制备及电磁屏蔽性能研究

盛澄成,徐阳,乔辉,魏取福

功能材料. 2016, 47(8): 8089-8093. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.015

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采用磁控溅射法在涤纶水刺非织造布表面沉积纳米结构Cu单层膜和ZnO/Cu多层膜,利用原子力显微镜(AFM)对薄膜表面形貌进行分析,并利用四探针测试仪和矢量网络分析仪对样品的电学性能进行了测试。结果表明, 在ZnO薄膜表面生长的Cu膜比在PET织物表面生长的Cu膜的均匀性、电学性能要好;在Cu镀膜时间相同的情况下,随着ZnO镀膜时间的增加,多层膜ZnO/Cu的电学性能先提高后降低,当ZnO镀膜时间为20 min时,多层膜的电学性能达到最好;在ZnO镀膜时间相同的情况下,随着Cu镀膜时间的增加,多层膜ZnO/Cu的电学性能和织物表面颗粒均匀性经历了先提高、最后趋于稳定的过程,屏蔽效能最大平均值达到56 dB。

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气相分压对Co-Ni-Sb三元热电材料体系相平衡和相稳定性的影响

张玉碧,李长荣,杜振民,郭翠萍,赵永涛,汤安

功能材料. 2016, 47(8): 8094-8103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.016

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依据Co-Ni-Sb三元系凝聚态的热力学优化评估和气相组分的热力学数据,利用Thermo-calc软件从热力学角度分析了气相压力对该体系中二元和三元体系的相平衡和相稳定性的影响。结果表明,气相压力减小到一定程度,Co-Ni、Co-Sb、Ni-Sb和Co-Ni-Sb体系中的化合物发生分解,出现气-液-固三相平衡区;计算的三相平衡温度-压力图(T-P图)表明各化合物都存在发生分解的临界压力和临界温度,在临界压力之上或临界温度以下,凝聚相间保持与常压下基本相同的相平衡关系。通过真空条件下Ni/ηCoSb₃三元扩散偶测定的Co-Ni-Sb三元系1 073 K等温截面,验证了计算的相平衡关系。研究结果为制备含Ni方钴矿热电材料ηCoSb₃的工艺设计提供了热力学参考。

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Sr变质对ADC12组织及性能的影响

熊俊杰,闫洪,揭小平

功能材料. 2016, 47(8): 8104-8108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.017

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采用金相显微镜、扫描电镜、差热分析等手段,研究了不同含量的Sr变质对ADC12合金显微组织和力学性能的影响。实验结果表明,Sr的加入降低了该合金的共晶温度,较大程度地改善了合金的组织及性能。当加入0.05%(质量分数)的Sr时,组织中的α-A1相和共晶硅相均得到了明显的细化,树枝状的初生α-A1相已基本被打断,晶核数量增多,形貌为近球状,尺寸变得更加细小,而共晶硅相则呈细小弥散分布的纤维状,此时合金的综合力学性能较佳,其抗拉强度达到269.54 MPa,延伸率达到3.21%,分别比基体合金提高了47.48%和65.46%,并且合金材料断口上解理面变少,韧窝数量增加,形貌变小、变深,分布也较为均匀,表现为明显的韧性断裂。

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PFI磨解对MFC及纳米纤维纸基材料性能的影响

修慧娟,李金宝,杨国鑫,强丹丹

功能材料. 2016, 47(8): 8109-8113. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.018

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微纤化纤维素(microfibrillated cellulose, MFC)是一种具有纳米尺度的新型纤维素纤维,具有极为广阔的应用前景。但工业化MFC产品存在尺寸分布和纤丝化程度不均一的问题,从而影响其使用。本文采用PFI磨解的方法对MFC进行后处理,结果表明:PFI磨解可显著提高MFC的均一性,磨解转数为20 000转时,小于200 μm的组分含量可达到92.3%,纤维平均长度为42 μm。MFC经PFI后处理可制备出具有更高性能的纸基材料,在磨解转数为60 000转时,紧度可提高66.13%,透明度可提高40.26%,吸收性下降45.83%。撕裂指数最高增幅为268.03%(10 000转),抗张指数可提高90.41%(20 000转)。

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焊条中Al元素对X80钢焊接接头组织和性能的影响

黄本生,陈鹏,卢杰

功能材料. 2016, 47(8): 8114-8119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.019

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采用自制的手工电弧焊焊条焊接X80管线钢,利用能谱仪和光学显微镜对X80钢焊缝进行化学成分分析和金相观察;进行硬度、拉伸和冲击实验分析焊接接头的力学性能;在含硫环境下,开展电化学实验和浸泡实验研究焊缝中Al含量对X80钢焊缝抗硫化物腐蚀性能的影响。结果表明,当药皮中Al含量在8%范围内时,随Al含量的增加,焊缝含Al量升高,焊接接头硬度和抗拉强度增大,焊缝冲击韧性和抗硫化物腐蚀性能先升高后降低,腐蚀产物膜形态存在明显的变化。

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rFN/CDH纳米仿生骨膜制备及性能表征

杨晓占,李振声

功能材料. 2016, 47(8): 8120-8123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.020

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骨膜在骨再生和骨修复过程中起到重要的辅助作用,能加速骨缺损愈合。本实验用静电纺丝技术制备双层仿生骨膜,外膜为高分子量壳聚糖(Chitosan);内膜为加入融合蛋白rFN/CDH的低分子量壳聚糖。SEM结果显示双层骨膜都具有类似细胞外基质(ECM)的疏松多孔网状结构。外膜纤维直径为(623±47) nm,内膜纤维直径为(390±53) nm。接触角分析显示内膜材料表面能明显高于外膜;模拟体液(SBF)浸泡表明内膜材料的降解速度快于外膜材料;MSCs细胞培养显示rFN/CDH能明显促进MSCs增殖分化。结果表明该双层仿生骨膜有望在骨膜缺失的骨缺损修复中发挥很好的辅助作用。

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Sr、Ca复合添加对AZ31镁合金氧化增重的影响

冯中学,史庆南,王效琪,陈亮维,徐志超,董家亮,杨应湘

功能材料. 2016, 47(8): 8124-8127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.021

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采用DSC对Sr、Ca复合添加后的AZ31镁合金在熔化和凝固过程中的吸氧增重情况进行了观察,发现当温度高于100 ℃时AZ31合金就开始增重,550 ℃镁合金的氧化速率明显增加,在熔融状态下氧化增重比率高达1.75%,而当添加Sr、Ca含量分别为0.3%和0.6%(质量分数)时,670 ℃氧化速率才明显增加,熔融状态下其氧化增重比率降至0.35%,说明Sr、Ca复合添加显著降低了AZ31镁合金在高温下的氧化速率。讨论认为Sr、Ca复合添加降低AZ31镁合金的吸氧增重比率:一方面是因为Sr、Ca与O₂结合生成致密的氧化膜,阻碍了镁合金的进一步吸氧增重;另一方面,Sr、Ca的复合添加提高了Mg₁₇Al₁₂相的稳定性,降低了合金相与氧的反应速率。

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双发射荧光探针在F^-离子检测中的应用

张志秋,张纪梅,张坤,马庆运

功能材料. 2016, 47(8): 8128-8132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.022

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利用Turkevich-Frens法制备金纳米粒子,然后利用Stber法将水热条件下制备的掺杂Zn的CdTe量子点(CdTe∶Zn QDs)修饰在SiO₂微球上得到一种荧光微球。利用AuNPs和荧光微球构建双发射荧光探针,基于F^-能够使荧光探针的荧光恢复的原理,实现对F^-的检测。同时研究了平衡时间和pH值对该探针的影响。结果表明该探针具有较好的抗干扰性且在pH值=7.0的HEPES缓冲溶液中检测限低达149 nmol/L。

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环氧改性自干型水性醇酸树脂的影响因素分析

袁腾,周闯,周健,黄家健,涂伟萍,杨卓鸿

功能材料. 2016, 47(8): 8133-8138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.023

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采用亚麻油、甘油、邻苯二甲酸酐以及顺丁烯二酸酐作为原料合成醇酸树脂,并在酯化反应中后期加入环氧树脂,利用醇酸树脂分子端羧基与环氧基的反应对醇酸树脂进行改性。环氧树脂的分子量越大,在溶剂中溶解度越小,与醇酸树脂的混溶性越差;醇酸树脂的酸值越低,与环氧树脂的混溶性越差,经环氧树脂改性后的醇酸树脂,分子量分布相对较窄,而且大分子量组分的比例明显增加,证明环氧树脂确实起到了增加醇酸树脂分子量、改善其涂膜性能的作用。选用中等分子量的环氧树脂E-20,用量为理论计算值的90%左右,质量分数为19%,最佳投料时间为35~40 mg KOH/g,此时环氧树脂与醇酸树脂的混溶性好,反应程度高,产物基本透明,粘度适宜。

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(1-x)BaTiO₃-xAg_0.9Li_0.1NbO₃系无铅压电陶瓷的相结构和电性能研究

宁海霞,吴浪

功能材料. 2016, 47(8): 8139-8142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.024

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采用传统陶瓷工艺制备了(1-x)BaTiO₃-xAg_0.9Li_0.1NbO₃(BT-xALN,0.005≤x≤0.04)系陶瓷,研究了ALN含量的变化对BT-xALN系陶瓷的显微结构、相结构和电性能的影响。结果表明,ALN的引入使陶瓷的晶粒尺寸有所减小。当x≤0.02时,BT-xALN陶瓷均形成了纯的钙钛矿相,表明ALN与BT形成了固溶体;当x=0.01~0.02时,陶瓷存在四方-伪立方相界。陶瓷的压电常数d₃₃和介电常数ε_r随x增加均先增大后减小。d₃₃在x=0.0075时达到最大值115 pC/N,ε_r在x=0.025时达到最大值3 880;但剩余极化强度P_r随x增加逐渐降低。此外,掺入ALN后陶瓷的居里温度有所降低。

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羟基铁柱撑蒙脱石吸附玉米赤霉烯酮机理研究

方圣琼,翁洪平,李晓,潘进,潘文斌

功能材料. 2016, 47(8): 8143-8148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.025

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系统研究羟基铁柱撑改性蒙脱石(OH/Fe-Mont)吸附玉米赤霉烯酮的机理,并且通过XRD和FT-IR表征手段进行表征,研究表明:(1) OH/Fe-Mont对玉米赤霉烯酮(ZEA)吸附量远高于未改性蒙脱石(K10-Mont),当n(OH)/n(Fe)为1.5时最高达到0.283 mg/g,是K10-Mont吸附量(0.054 mg/g)的5倍;XRD分析表明羟基铁柱撑蒙脱石层间距扩增是吸附量增加的主要原因;(2) OH/Fe-Mont和K10-Mont对ZEA等温吸附符合Freundlich等温吸附模型;FT-IR分析表明离子交换是ZEA进入蒙脱石的主导机制;(3) OH/Fe-Mont和K10-Mont对ZEA吸附较佳pH值为8,温度为35 ℃;(4) 吸附动力学模型符合伪二级动力学模型,相关系数R²＞0.99,且1.5OH/Fe-Mont初始吸附速率和平衡吸附量均远高于K10-Mont。

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原位合成铅碳电池负极复合材料及其电化学性能研究

云亮,刘峥,赵永,杨宏斌,谢帅

功能材料. 2016, 47(8): 8149-8156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.026

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采用剑麻纤维、导电剂、粘结剂、膨胀剂、析氢抑制剂等为原料,利用原位合成的方法,制备了铅碳电池负极复合材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射谱(XRD)、比表面吸附法(BET)、拉曼光谱(RM)等对其形貌、相结构、孔径、石墨化程度进行表征和分析。同时把负极复合材料与电池添加剂混合成涂膏,组装成Pb-C模拟电池,利用电化学测量技术,对Pb-C模拟电池进行循环伏安曲线、电化学交流阻抗谱测试,以评价原位合成负极复合材料实际应用的可能性及其潜在价值,结果表明,以原位合成剑麻纤维为碳源的负极复合材料制成的负极板,具有更好的电化学性能,具有更小的电阻,其循环伏安测试的比电容为0.523 F/g。

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原位反应增容法制备聚丙烯增强聚(甲基)丙烯酸酯吸油纤维及其结构与性能表征

马艳,徐乃库,封严

功能材料. 2016, 47(8): 8157-8163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.027

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为研究纤维的吸油性能,以悬浮聚合法合成的甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸丁酯共聚物为基质聚合物,聚丙烯为增强组分,在高速粉碎机中制得两者的混合物,随后与溶有过氧化苯甲酰的丙烯酸丁酯单体混合,将所得混合物料喂入到双螺杆挤出机,基于原位反应增容机理,采用反应挤出-熔融纺丝联用技术制备吸油纤维。并利用差示扫描量热仪、X射线衍射仪、热重分析仪等仪器对纤维的结构与性能进行表征。结果表明,所得纤维可吸收机油、泵油、植物油、三氯乙烯、四氯乙烯等油品;丙烯酸丁酯可在反应挤出过程中原位生成接枝共聚物,该接枝共聚物可作为增容剂使聚丙烯相与甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸丁酯共聚物相在一定程度上相容。

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直流反应溅射WO₃薄膜的结构及光催化性能研究

朱海玲,唐艳艳

功能材料. 2016, 47(8): 8164-8168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.028

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采用直流反应磁控溅射法,在石英基片上沉积WO₃薄膜,考察了溅射参数对WO₃薄膜结构及其性能的影响,并通过后续热处理得到不同物相结构的薄膜,分析探讨薄膜光致变色与光催化性能间的内在关联。利用XRD、SEM、UV-Vis和UV-Vis-Nir分别对WO₃薄膜的晶型、表面形貌、光学特征及光催化等性能进行分析与表征,实验结果表明,反应溅射氧氩比不同时,WO₃薄膜的光致变色效果不同,变色效果越好的薄膜光催化活性越高;热处理导致WO₃薄膜光致变色特性的消失和光催化活性的降低,未处理得到的非晶态WO₃具有最好的光催化活性。

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(1-x)K_0.48Na_0.52NbO₃-xBi_0.46Nd_0.04(Na_0.82K_0.18)_0.5ZrO₃无铅压电陶瓷相结构及电学性能的研究

陈波,马健,张俊,吴波,肖定全

功能材料. 2016, 47(8): 8169-8173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.029

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采用传统固相法制备了(1-x)K_0.48Na_0.52NbO₃-xBi_0.46Nd_0.04(Na_0.82K_0.18)_0.5ZrO₃ (KNN-xBNNKZ, x=0~0.07)系无铅压电陶瓷,研究了Bi_0.46Nd_0.04(Na_0.82K_0.18)_0.5ZrO₃的引入对KNN基无铅压电陶瓷相结构和电学性能的影响。研究结果表明,BNNKZ的引入能够让KNN陶瓷的正交-四方相变温度(T_O-T)向低温方向移动,同时三方-正交相变温度(T_R-O)向高温方向移动。当0.04<x≤0.06时,成功构建出R-T相共存,大幅提高了陶瓷体系的电学性能,陶瓷在x=0.05时具有最优的电学性能:d₃₃=308 pC/N,k_p=43%,P_r=23.45 μC/cm²,ε_r=1 205,tanδ=3.8%,T_C=331 ℃。

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Co掺杂对自蔓延-热处理制备β-FeSi₂的影响

马彦红,陈秀娟,张鹏林

功能材料. 2016, 47(8): 8174-8177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.030

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采用自蔓延-热处理工艺制备Co掺杂热电材料β-FeSi₂,利用 X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析Co含量对自蔓延高温合成产物及其热处理后的相组成及微观组织的影响,并测试了产物的电阻率。结果表明,掺杂Co对自蔓延高温合成球状共晶产物的相组成没有影响;对合成产物进一步热处理后,随着Co掺量的增加,样品中β-FeSi₂的衍射峰强度逐渐增强,但当Co添加量为0.08%时,有CoSi₂生成;对比掺杂与未掺杂Co试样的电阻率,发现前者电阻率有显著的降低,随着Co掺量的增加,在相同温度下,样品的电阻率先降低后升高,且Co添加量为0.05%时,样品纯度最高,电阻率最低。

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金属有机骨架材料MOF-5的制备及其吸附CO₂性能研究

张晓东,李红欣,侯扶林,董寒,朱正,崔立峰

功能材料. 2016, 47(8): 8178-8181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.031

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利用水热法,通过调变水热温度和活化方法得到具有不同结构的金属有机骨架材料MOF-5。结果显示,所制备的MOF-5产量随着水热温度的升高先增加后减少,最佳水热温度为130 ℃,此时吸附CO₂性能最佳,重量吸附量为1.8%(质量分数)。进一步分别采用三氯甲烷和乙醇对制备的MOF-5进行活化,经活化的样品吸附CO₂性能最好,CO₂吸附容量相应的从1.8%(质量分数)增加到3.76%(质量分数),而且吸附剂在5个吸附/脱附周期内仍然保持较高的吸附容量;样品经XRD、SEM和BET检测分析表明,制备的MOF-5具有高的比表面积、孔隙率及吸附性能好的特点,有望进一步应用在储氢和环境保护等方面。

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锆掺杂二氧化钛悬浮液用于敏感设备洗消的可行性

沈忠,钟近艺,陈立坤,郑禾,闵崎,崔燕,赵渊中

功能材料. 2016, 47(8): 8182-8185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.032

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采用尿素热分解均匀沉淀法制备不同Zr⁴⁺掺杂浓度的纳米TiO₂,重点从粉体催化剂的光催化活性比较、分散溶剂的选取与性能测试、悬浮液的制备及消毒效果评价、溶剂挥发作用影响初步考察这4个方面开展研究,全面探索该方法用于敏感电子设备洗消的可行性。结果显示,掺杂浓度为10.05%(质量分数)的Zr-TiO₂表现出较好的光催化活性;氢氟醚HFE-458适合作为悬浮液洗消剂的分散溶剂;在模拟太阳光下、不锈钢试片表面作用1h后,Zr-TiO₂与HFE组成的悬浮液对芥子气(HD)及其模拟剂2-氯乙基乙基硫醚(2-CEES)的移除率皆≥99.99%,降解率分别为95.72和99.85%;在悬浮液体系下溶剂挥发作用对消毒效果的影响较小。研究表明将锆掺杂纳米TiO₂悬浮液用于敏感电子设备的洗消,具有一定的技术可行性。

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V, Cr, Mn掺杂对单层WS₂磁性的影响

张芳,李伟,戴宪起

功能材料. 2016, 47(8): 8186-8190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.033

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采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法, 研究了过渡金属V, Cr和Mn原子掺杂单层WS₂的磁性和稳定性。计算结果表明,Cr掺杂时体系不显示磁性,V和Mn掺杂均能产生一定的磁矩, 而且磁矩主要集中在掺杂的V和Mn原子上。进一步讨论V或Mn双原子掺杂WS₂体系中掺杂原子之间的耦合作用发现, Mn掺杂的体系在室温下显示出稳定的铁磁性, 而V掺杂则表现出非自旋极化基态。形成能的计算表明Mn掺杂的WS₂体系比V和Cr掺杂结构更稳定。

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钢质接地材料电偶加速腐蚀评价方法

周蜜,王建国,张予,胡丹辉,樊亚东,蔡力

功能材料. 2016, 47(8): 8191-8195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.034

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开展接地材料腐蚀特性评价技术研究有助于了解钢质接地网土壤中的腐蚀规律和特性,有利于材料合理选材和截面选择。开展了镀锌钢接地材料电偶加速腐蚀评价方法的研究。结果表明,镀锌钢-黄铜电偶对金属间的电位差、金属电极的极化行为、阴阳极面积比等是影响腐蚀实验结果的关键因素。电偶作用阴阳极间距与镀锌钢材料腐蚀量近似呈线性关系。随阴阳极面积比的增大,镀锌钢接地材料的电偶腐蚀明显加剧。电偶加速腐蚀实验结果受含水量的变化的影响非常显著,非含水饱和土壤中电偶腐蚀率高于含水饱和土壤。镀锌钢接地材料电偶腐蚀定量评价应固定电极材料、阴阳极间距、阴阳极面积比等关键试验参数,电偶加速腐蚀试验不宜在非含水饱和土壤中进行。

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Ni-Si共晶的位向关系及晶格错配度的高分辨透射电镜研究

崔春娟,薛添,杨程,杨猛,田露露,问亚岗

功能材料. 2016, 47(8): 8196-8199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.035

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采用HRTEM研究了Ni-Si共晶的位向关系及相界面的微观结构。研究表明共晶体之间的位向关系为(111)_Ni∥(111)_Ni3Si且[110]_Ni∥[211]_Ni3Si。它们之间形成这样的位向关系符合界面能量最低原则,使材料性能达到最优状态。两相在〈111〉向的错配度为5%,界面产生错配位错来吸纳相界面两侧的错配,两相界面为半共格界面。

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水热温度对Ni(OH)₂/RGO复合材料结构及其电化学性能影响

李兴盛,赫文秀,张永强,孟晶,于慧颖

功能材料. 2016, 47(8): 8200-8204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.036

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以氧化石墨(GO)和硝酸镍为原料,采用水热法制备氢氧化镍/还原氧化石墨烯(Ni(OH)₂/RGO)复合材料,通过FT-IR光谱、X射线衍射仪和扫描电镜表征了材料的形貌和结构,并采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗谱测试了复合材料的电化学性能。结果表明,当水热温度为100 ℃时,制备了具有α相与β相互嵌型的α/β-Ni(OH)₂/RGO复合材料。在电解液为6 mol/L的KOH溶液中,放电倍率0.2 C时复合材料比容量高达388.6 mAh/g,放电倍率为10 C时,复合材料比容量为266.1 mAh/g,比容量保持率为68.5%,显现出良好的电化学性能。

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烧结温度影响Zn-Bi系压敏陶瓷性能研究

刘建科,陈永佳,于克锐,王浩,韩晨,崔永宏

功能材料. 2016, 47(8): 8205-8210. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.037

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以95.5ZnO-0.5V₂O₅-2.0Bi₂O₃-0.5Mn₃O₄-0.5Y₂O₃-0.5Cr₂O₃-0.5Co₂O₃为配方制备压敏电阻,研究了烧结温度对该体系微观结构及电学性能的影响。研究表明,随着烧结温度升高,ZnO压敏电阻的击穿场强E_1mA逐渐减小,非线性系数α、损耗角正切值tanδ以及相对介电常数ε_r均先增大再减小。当烧结温度为910 ℃时,压敏电阻的微观结构均匀,晶界清晰,有大量八面体的尖晶石相生成,且分布均匀。该烧结温度下所制备的压敏电阻的非线性系数α达到最大值27,击穿场强E_1mA为3 456.5 V/cm,工作频率10⁵ Hz条件下该电阻的损耗角正切值tanδ为0.29。

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均布载荷对胶原纤维取向性的诱导作用及ZnO纤维的模板法生长

柳浩然,于美,刘建华,李松梅

功能材料. 2016, 47(8): 8211-8216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.038

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在分子拥挤环境及均布载荷下,利用Ⅰ型胶原蛋白制得定向有序排列的胶原纤维。以定向有序胶原纤维为模板,负载Zn²⁺,高温煅烧后制得ZnO纤维。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、物性分析仪对胶原纤维形貌和力学性能以及ZnO纤维形貌进行了表征,讨论了均布载荷作用及胶原蛋白浓度对胶原纤维定向性的影响,胶原蛋白浓度及Zn²⁺浓度对ZnO生长形貌的影响等。结果表明,分子拥挤环境下,施加在胶原溶液上的均布载荷对成胶后的胶原纤维的取向存在诱导作用,使胶原纤维呈定向有序排列。定向排列的胶原纤维拉伸强度高于非定向胶原纤维约56%。低浓度胶原蛋白/Zn²⁺溶液可形成保留了胶原纤维形貌的ZnO纤维。

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Au电极与CdMnTe晶体的表面接触电阻率研究

沈敏,张继军,王林军,闵嘉华,汪琳,梁小燕

功能材料. 2016, 47(8): 8217-8221. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.039

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采用圆形传输线模型研究了金(Au)电极与碲锰镉(CdMnTe)晶体的欧姆接触特性,Au电极采用AuCl₃化学镀金法制备,计算了其接触电阻率。实验探讨了表面处理和退火对Au/CdMnTe接触电阻率的影响。结果表明,CdMnTe晶体经过化学抛光和化学机械抛光后Au/CdMnTe的接触电阻率分别为544.5和89.0 Ω·cm²。通过AFM与XPS分析了晶体表面的形貌与成分,发现表面粗糙度和富Te成分对CdMnTe薄层电阻和载流子传输长度有较大的影响,决定了接触电阻率的大小。在150 ℃空气气氛退火1 h后,经CP和CMP表面处理的样品,Au/CdMnTe接触电阻率均减小,分别为313.6和30.2 Ω·cm²。退火促进了Au向CdMnTe晶体的扩散,使接触电阻率进一步降低,欧姆接触性能提高。

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不同溶剂配比及后处理温度对电纺PVDF/PEI复合纤维薄膜β相含量的影响

刘京强,崔巍巍,刘立柱,唐冬雁,陆以杉,张娜,翁凌

功能材料. 2016, 47(8): 8222-8226. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.040

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β相聚偏氟乙烯(PVDF)因其具有良好的压电、热电性能而受到广泛的关注。按质量比聚偏氟乙烯(PVDF)/聚醚酰亚胺(PEI)为8/2的混合聚合物溶解在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃(THF)不同比例的混合溶剂中。利用静电纺丝技术制备PVDF/PEI复合纤维薄膜。通过SEM、XRD、 FT-IR测试分析静电纺丝过程中不同溶剂质量比以及不同后处理温度对制备的PVDF/PEI复合纤维膜的结晶度、结晶部分中β相含量和复合纤维薄膜铁电性能的影响,得到了制备高β相含量PVDF的最优化的溶剂配比和后处理温度。

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电流密度对电沉积银石墨复合镀层耐蚀和耐磨性能的影响

叶志国,何庆庆,稂耘,陈宜斌,刘磊,陈川,马光

功能材料. 2016, 47(8): 8227-8231. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.041

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使用电沉积方法在铜基表面制备了银石墨复合镀层,研究了沉积电流密度对银石墨复合镀层耐蚀和耐磨性能的影响。研究表明,镀层的石墨面积分数随着沉积电流密度的上升而增大;沉积电流密度对自腐蚀电位的影响不大,沉积电流密度的增加使得自腐蚀电流密度增大;在0.1~0.5 A/dm²范围内,随着电流密度的增加,复合镀层的平均摩擦系数减小,磨损率先减小后增大。当沉积电流密度为0.3 A/dm²、搅拌速度为420 r/min时,复合镀层的磨损率最小,为8.13×10^-14 m^-3/N·m。该条件下制备的触头触指分合10 000次后,在触头的面状低副摩擦中,其镀层厚度迁移量小于2 μm;在触指的线状高副摩擦中,其镀层磨损量小于10 μm。

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弯曲应力作用下喷射混凝土受拉区碳化试验研究

王家滨,牛荻涛,张永利

功能材料. 2016, 47(8): 8232-8238. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.042

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为了研究隧道喷射混凝土单层衬砌碳化规律,采用快速碳化实验方法,研究了不同弯曲应力(0,0.25,0.5及0.75)作用下喷射混凝土及钢纤维喷射混凝土受拉区碳化深度变化规律。结果表明,喷射混凝土碳化深度经时变化规律服从Fick第一定律,碳化深度随着碳化龄期和弯曲应力的增加而增大。同实验条件下,喷射混凝土碳化深度小于普通混凝土,而钢纤维的加入进一步减小喷射混凝土同龄期碳化深度。在考虑弯曲应力影响系数、钢纤维影响系数及施工方式影响系数基础上对普通混凝土碳化深度预测模型进行修正,使其能够较好预测喷射混凝土碳化深度。

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轧制AgCu合金内氧化形貌及性能研究

向雄志,旷明胜,龚文亚

功能材料. 2016, 47(8): 8239-8243. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.043

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目前,Ag-CuO为替代Ag-CdO触头材料之一,拟对铸造AgCu合金采用轧制工艺进行组织预处理,通过固态相变的形式来调整合金组织及其溶质元素的显微分布,并由此通过内氧化工艺以获得可控的氧化物颗粒,进而改善合金性能。

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氧化石墨烯改性环氧树脂的制备及性能研究

邓继勇,颜东,唐杰

功能材料. 2016, 47(8): 8244-8247. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.044

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以环氧树脂、二乙醇胺为原料制备阳离子型环氧乳液,然后与氧化石墨烯充分混合形成共混分散液,加热固化得氧化石墨烯改性环氧树脂(GO/EP)涂层。其表面官能团结构、表面形貌分别通过傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和扫描显微镜(SEM)进行表征,湿润性、热稳定性、力学性能分别通过接触角测试仪、热失重仪(TGA)和微机电子万能试验机进行测试。结果表明,氧化石墨烯加入环氧树脂基体中后涂层材料的力学性能较纯环氧树脂明显提高,其拉伸强度、断裂伸长率以及弹性模量最大提高率分别为69.2%,62.8%和22.8%。

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流变相法制备NiMn₂O₄热敏陶瓷材料及电学性能研究

张奇男,姚金城,陈龙,常爱民,陈惠敏

功能材料. 2016, 47(8): 8248-8252. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.08.045

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采用流变相法制备了NiMn₂O₄负温度系数热敏电阻材料,重点研究了不同煅烧温度和烧结温度对NiMn₂O₄热敏电阻材料微观形貌和电学性能的影响,并且借助XRD、SEM以及电学测试等手段对其进行了表征。研究结果表明,煅烧温度为850 ℃时,粉体主要由立方尖晶石相和少量的NiO相组成;当烧结温度为1 150 ℃时,陶瓷样品具有最低的室温电阻率、最高的材料常数B值以及最低的电阻漂移率(ΔR/R),分别为2 679 Ω·cm、3 878 K和0.75%~0.86%。而且不同烧结温度下的陶瓷样品电导激活能都在0.33 eV左右。因此,流变相法制备的NiMn₂O₄陶瓷材料具有良好的热稳定性以及热敏性能,满足市场发展的需要。

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2016年, 第47卷, 第8期　刊出日期：2016-08-30

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