功能材料

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锂离子电池正极材料磷酸钒锂的改性研究

李月姣, 曹美玲, 吴锋

功能材料. 2016, 47(10): 10001-10005. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.001

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近年来,作为锂离子电池正极的磷酸盐材料因为其结构稳定,循环性能优良,受到研究者的普遍关注。磷酸钒锂理论容量为197 mAh/g,具有较高的能量密度和充放电电压平台,热稳定性好,相比其它正极材料具有明显的优势。但是磷酸钒锂电子电导率较低,且不适合大电流充放电的缺点限制了其实际应用,必须对其进行改性研究。目前改性方法主要包括表面包覆导电材料,金属掺杂,控制形貌特征等。结合磷酸钒锂的结构,综述了各种改性方法的工艺及优缺点,结合本研究团队关于磷酸钒锂改性的研究成果探讨了目前存在的问题及今后的研究趋势。

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关于石墨烯与金属氧化物复合材料应用于气敏材料的研究

冯秋霞,王兢,李晓干

功能材料. 2016, 47(10): 10006-10012. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.002

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综述了最近报道的关于石墨烯与不同金属氧化物复合材料的主要制备方法, 重点强调了石墨烯与金属氧化物复合材料应用于气敏传感器领域在响应提高, 响应恢复速度提高, 工作温度降低等方面所体现出的优势, 并分析了关于气敏特性改善的可能因素, 同时考虑了关于石墨烯与金属氧化物复合材料气敏响应可能的作用机理。同时也探讨了未来研究的方向和技术挑战, 为进一步的研究和发展提供了一定的帮助。

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纳米晶TiO₂工作电极厚度对染料敏化太阳能电池性能的影响

沈威,庄媛,于飞,马杰,陈君红

功能材料. 2016, 47(10): 10013-10018. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.003

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喷涂法是制备二氧化钛(TiO₂)薄膜的常用方法之一。通过控制喷涂时间制备不同厚度纳米晶TiO₂薄膜,将其作为染料敏化电池(DSSCs)光阳极进行电池组装。通过测定光电转化效率IPCE、I-V曲线等电池性能指标探究不同厚度纳米晶TiO₂薄膜对DSSCs性能影响,结果发现,纳米晶TiO₂薄膜厚度增加有利于提高DSSCs短路电流;DSSCs光电转换效率η呈现先增加后减少的趋势,当喷涂时间从2 min增加到6 min,由2.68%升高至4.48%,提高了66.76%;当喷涂时间由8 min增加至12 min,转换效率出现略微下降,上述工作的开展对于优化DSSCs的性能具有一定的现实意义。

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基于乙烯基砜化学的高分子膜表面化学糖基化及其活性研究

孙世猷,李明洋,王汉奇,程昉

功能材料. 2016, 47(10): 10019-10023. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.004

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在高分子膜表面通过化学方法构建糖基化层,实现对生物膜致密“糖被“层的仿生模拟,可以充分拓展及发挥膜材料和糖的生物学功能。利用二乙烯基砜与羟基反应的特性,以乙烯基砜为偶联剂将甘露糖接枝到聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯(PHEMA)聚合物膜表面,制备甘露糖糖基化PHEMA膜。利用傅里叶变换红外光谱对糖基化膜结构进行了表征,根据血凝素蛋白特异性识别糖的性质对糖基化反应条件进行了优化,并在蛋白和细胞水平对其进行了生物学评价。结果表明,制备的甘露糖糖基化PHEMA膜具有良好的抗垢性能,能够特异性识别和吸附伴刀豆球蛋白A(ConA);糖基化膜能够引起小鼠单核巨噬细胞(RAW 264.7)特异性粘附且具有较低的细胞毒性。提供了一种高分子膜表面糖基化的简单方法,为仿生膜表面的构建以及细胞表面糖参与的生物代谢活动的研究提供了基础。

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含铍聚碳硅烷的合成机理研究

邹杨君,黄小忠,阳卫军,赵昊良,杜作娟,王亚玲

功能材料. 2016, 47(10): 10024-10028. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.005

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含铍SiC陶瓷纤维是一种新型的高性能SiC纤维,而优质含铍聚碳硅烷先驱体(PBCS)的合成是得到该种纤维的重要保证。以乙酰丙酮铍(Be(acac)₂)和聚碳硅烷(PCS)为原料制备得到PBCS,并对其合成机理进行了深入研究,采用PCS和石蜡分别与Be(acac)₂进行对比反应,用GC-MS对反应小分子产物进行分析,确定了Be(acac)₂与PCS的成键反应实际是Be与Si—H键反应,C—H键没有参与含铍键的形成反应;根据小分子反应产物的生成途径,合理分析了PBCS的合成反应原理。

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线状柔性锂电池的研究进展

张艳萍,陈永翀,刘丹丹,康利斌,张萍

功能材料. 2016, 47(10): 10029-10035. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.006

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与块状、薄膜状、柱状或袋状的柔性电池相比,线状柔性电池的可弯曲性和可缠绕性,以及高能量密度和稳定的容量保持率,极大地方便了电路的设计,同时也改变了传统电池的电路供能方式,能够最大化地填充设备的多余空间。综述了国内外线状柔性锂电池的不同设计理念、制备方法及各自的优缺点,分析了目前制约线状柔性电池产业化的主要原因,并展望了其发展前景。

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微区电沉积技术及其研究进展

徐晨,刘德荣,刘磊,胡文彬,吴忠

功能材料. 2016, 47(10): 10036-10043. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.007

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微纳尺度的三维结构构造技术存在成本高、效率低、环境依赖性强等问题,微区电沉积技术的发展在一定程度上解决了上述问题。介绍了微区电沉积的技术原理、过程控制以及研究现状,讨论了微区电沉积研究中的参数优化、过程模拟与技术发展,并对微区电沉积技术未来的研究重点与发展趋势进行了展望。

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碳电极在钙钛矿太阳能电池中的研究进展

蒋西西,靳映霞,柳清菊

功能材料. 2016, 47(10): 10044-10050. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.008

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钙钛矿太阳能电池因具有成本低廉、制备工艺相对简单、光电转换效率高等优点而受到重点关注。为了进一步在较高的光电转换效率的基础上降低其成本,研究人员以碳替代贵金属作为电池的对电极,在不使用昂贵的空穴传输层情况下,将光电转化效率从6.64%提升到15.03%。根据碳电极在钙钛矿太阳能电池中应用的情况,介绍了碳电极的导电机理、组成结构、制备方法和应用技术,并对其应用前景进行了展望。

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非晶合金表面超疏水性研究进展

卢百平,李新波,朱志娟

功能材料. 2016, 47(10): 10051-10058. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.009

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源于荷叶自清洁效应的超疏水表面已成为材料、仿生等领域的研究热点之一。相对有机高分子材料而言,金属材料超疏水性表面具有更高的耐久性。但晶态金属的“晶粒效应”制约了表面微/纳尺度几何结构的制备。非晶合金在过冷液相区优异的微/纳尺度成形能力,以及较晶态金属更低的表面自由能,使其成为制备超疏水性金属表面的理想材料之一。综述了不同体系非晶合金的表面能;非晶合金表面微/纳尺度几何结构的构造;表面几何结构对疏水性的影响规律及机理;并对非晶合金表面超疏水性进行了展望。

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Ce-MnO_x/TiO₂-ZrO₂低温选择催化还原NO活性和抗毒性研究

贠丽,汪莉,李强,李鑫,张如

功能材料. 2016, 47(10): 10059-10064. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.010

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采用溶胶-凝胶法制备TiO₂-ZrO₂载体,以硝酸锰为前驱体采用柠檬酸溶液浸渍法制备Ce(n)-MnO_x/TiO₂-ZrO₂复合催化剂。通过XRD、SEM-EDS、XPS等测试方法对催化剂的物化性能进行表征分析,并进行NH₃选择性催化还原NO实验,考察其在低温下的活性及抗水抗硫性能。结果表明,Ce-Mn氧化物和TiO₂-ZrO₂载体间发生了相互作用,后者结晶度发生变化。与MnO_x/TiO₂-ZrO₂比较,Ce(n)-MnO_x/TiO₂-ZrO₂中Mn⁴⁺的含量提高。Ce元素以Ce⁴⁺、Ce³⁺存在于Ce(n)-MnO_x/TiO₂-ZrO₂中,在催化反应中能起到传递电子、离子和储氧的作用,提高催化剂的氧化还原能力,同时Ce元素的电离能和电负性要远小于Mn元素,优先于Mn发生化学反应,保护Mn元素的活性。Ce(0.2)-MnO_x/TiO₂-ZrO₂的颗粒分散均匀、粒径达到20 nm左右。制备的Ce(n)-MnO_x/TiO₂-ZrO₂催化剂的低温活性和抗毒性都优于MnO_x/TiO₂-ZrO₂,其中Ce(0.2)-MnO_x/TiO₂-ZrO₂在80 ℃时脱硝效率为94%;100 ℃时脱硝效率达到100%,在同时通入5% H₂O和100 mg/m³ SO₂ 后,脱硝效率缓慢下降,反应210 min降到85%后趋于稳定。

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石英岩尾砂的表面改性及其对砂浆强度和干燥收缩的影响

陈登,邓敏,郝成伟,兰祥辉,莫立武

功能材料. 2016, 47(10): 10065-10069. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.011

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采用电石渣对石英岩尾砂进行煅烧改性,利用X射线衍射仪、背散射扫描电镜和能谱分析等分析方法对改性石英岩尾砂矿物组成和微观结构进行表征,并测定了掺改性石英岩尾砂的水泥砂浆强度和干燥收缩。通过背散射扫描电镜和压汞仪研究了掺改性石英岩尾砂水泥砂浆的微观结构。结果表明,改性石英岩尾砂颗粒表面生成了具有水化活性的β-C₂S,水化生成CSH凝胶,可以改善石英岩尾砂与水泥浆体的界面结构,降低了水泥砂浆的孔隙率和干燥收缩,提高了掺改性石英岩尾砂水泥砂浆的抗压强度。

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磁流变胶泥磁致流变学行为微观动力学模型研究

孙凌逸,廖昌荣,王芳芳,章鹏,简晓春

功能材料. 2016, 47(10): 10070-10075. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.012

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针对磁流变胶泥材料在外加磁场作用下悬浮相内磁相互作用机理和材料设计参数不确定的问题,根据磁流变材料微观偶极子理论,建立铁磁颗粒在磁场中的平板单链模型,结合链与磁场夹角之间满足指数分布的规律,得出了磁流变胶泥材料剪切屈服应力的理论表达式;根据磁流变胶泥材料的实验数据,对理论分析模型进行了修正,使模型能更好地预测不同影响因素下的剪切屈服应力值;对磁流变胶泥剪切屈服应力与铁磁颗粒、质量分数、基体粘度等因素进行分析,为高性能磁流变胶泥材料的设计、制备提供理论指导。

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基于酶法交联的再生纳米弹性蛋白膜构建

洪言情,王平,朱雪珂,王强,范雪荣

功能材料. 2016, 47(10): 10076-10080. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.013

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弹性蛋白有良好的弹性、稳定性和生物相容性,可作为构建组织工程复合材料的组成部分。本文以4种不同的酚类物质为介体,通过酪氨酸酶催化氧化介体从而对弹性蛋白进行酶法交联,并借助静电纺丝方法制备纳米纤维膜。结果表明,酪氨酸酶能催化氧化酚类介体物质,且酶催化效率与酚类物质的种类有关;SDS-PAGE凝胶电泳和体积排阻色谱(SEC)表明弹性蛋白在酪氨酸酶/咖啡酸以及酪氨酸酶/儿茶素体系中发生了交联反应,生成了大分子蛋白聚合物。圆二色谱(CD)结果表明酶促交联反应导致弹性蛋白二级结构发生变化,α-螺旋结构含量增多。酪氨酸酶/儿茶素催化体系改善了弹性蛋白的可纺性,制得的纳米纤维粗细均匀,且膜材料有较好的生物相容性。

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OP乳化剂对压电陶瓷表面化学镀镍层性能的影响研究

徐丽雯,周美娟,赵林南,黄世峰,张颖,袁晓

功能材料. 2016, 47(10): 10081-10085. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.014

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表面活性剂及施镀工艺在化学镀镍施镀过程中具有重要作用。实验以PZT-4陶瓷为基体,在碱性镀液中施镀,获得Ni-P合金镀层,研究了OP乳化剂对PZT-4陶瓷表面化学镀镍的影响。通过镀速、镀层耐腐蚀性、表面形貌、元素组成、导电性及物相结构测试,对施镀过程中镀液的温度、酸度及OP乳化剂浓度对镀层性能的影响作了研究。结果表明,当镀液中OP乳化剂浓度为15~25 mg/L时镀层综合性能较好,施镀温度范围为40~45 ℃,pH值范围为8.5~9.0时镀速及外观质量较好。

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杂化交联PAAm/SA双网络水凝胶在多价态离子溶液中的润滑行为

李晗,李学锋,龙世军,黄大华,李坚

功能材料. 2016, 47(10): 10086-10090. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.015

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水凝胶因含水量高及生物相容性好,是一种理想的人工软骨替代材料。通过构建杂化交联双网络,水凝胶的力学性能显著提高,但有关其摩擦机理却较少报道。制备了聚丙烯酰胺/海藻酸钠(PAAm/SA)水凝胶,并分别测定了Na⁺、Ca²⁺及Fe³⁺ 3种不同价态离子对其弹性模量、含水率、摩擦行为的影响。研究表明,Fe³⁺溶液中,PAAm/SA的弹性模量为126 kPa,是初始模量的14倍。PAAm/SA水凝胶摩擦应力在整个速率范围内较PAAm最大有一个数量级降低。随离子价数的增大,SA和PAAm/SA水凝胶摩擦应力均呈现增大趋势。当浸泡溶液由Ca²⁺变为Fe³⁺时,PAAm/SA水凝胶的摩擦行为由混合润滑变为边界润滑。另外,PAAm/SA水凝胶在Fe³⁺中的摩擦应力对压应力的敏感性随速率增大呈现减小趋势。

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基于毛细润湿机理的PVDF中空纤维换热毛细管制备及其性能研究

于杰,陈华艳,高启君,王攀,贾悦,王暄,武春瑞,吕晓龙

功能材料. 2016, 47(10): 10091-10095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.016

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针对高分子材料的换热器普遍存在传热系数低的问题,提出了基于毛细润湿机理的PVDF中空纤维换热毛细管。首先采用非溶剂致相分离法制备具有多孔结构的PVDF中空纤维换热毛细管,利用换热毛细管壁中的非贯通孔在换热过程中,空气隙被水填充后,微孔中的水分受传热过程中管壁两侧温差而产生微循环,可增强传热从而提高传热系数,还对换热毛细管的力学性能、孔隙率、表面结构、断面结构等方面进行表征,揭示换热管表面微孔对传热的促进机理。亲水化改性后的总传热系数比改性前可提升104%。

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含布洛芬的碳酸钙@磷酸八钙颗粒的制备及药物释放行为

李成峰,陆昊,杨丽爽,方艳峰,杨赞中

功能材料. 2016, 47(10): 10096-10100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.017

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采用气相扩散法制备得到含布洛芬的碳酸钙(CaCO₃-IBU)微球,并通过Pechini工艺沉积磷酸八钙(OCP)壳层后制备得到含IBU的碳酸钙/磷酸八钙(CaCO₃-IBU@OCP)。IBU的添加量对CaCO₃-IBU的物相和形貌有显著影响,这因为IBU的电离消耗OH^-离子,从而对CO₂气体的溶解、CO^2-₃离子的产生和CaCO₃-IBU的结晶行为都产生影响。在磷缓冲液(pH值=7.2~7.4)和lysosome-like缓冲液(pH值=4.7)中IBU自CaCO₃-IBU@OCP颗粒内释放的行为对溶液pH值和OCP壳层结构(受柠檬酸、聚乙二醇及其分子量因素影响)敏感,这与IBU分子与CaCO₃的作用机制及壳层内键合分子的位阻作用对IBU的扩散产生阻碍有关。

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MXD6/PA6/EPT共混物的相容性研究

彭怀炳,刘喜军,娄春华,顾晓华

功能材料. 2016, 47(10): 10101-10106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.018

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以马来酸酐接枝乙烯丙烯热塑性弹性体(EPT-g-MAH)为反应性增容剂,通过熔融共混方法制得聚间苯二甲胺己二酸/聚酰胺6/乙烯丙烯热塑性弹性体(MXD6/PA6/EPT)共混物。采用Molau实验、动态流变仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和红外近红外成像系统等分析研究了EPT的分散性能以及MXD6/PA6/EPT共混物的流变性能和形态结构。实验结果表明,PA6与EPT-g-MAH发生原位化学反应生成的EPT-b-PA6嵌段共聚物是增容MXD6/EPT共混体系的根本原因;MXD6/PA6/EPT/EPT-g-MAH共混体系的储能模量(G′)、损耗模量(G″)以及复数粘度(η)均高于MXD6/PA6/EPT共混体系,且在低频区增加幅度更为明显;EPT-g-MAH的引入导致共混体系的相分离温度升高、时温叠加频率适用范围增大;EPT-g-MAH的引入增强了EPT与MXD6界面相互作用,分散相EPT在MXD6基体中分散更加均匀、尺寸明显减小。

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二氧化物气体在Cu-BTC中的分子筛效应理论计算

翟尚宇,李维学,戴剑锋,王青,陈立晶

功能材料. 2016, 47(10): 10107-10112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.019

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以构型导向Monte Carlo(CBMC)方法模拟了体系温度为298 K,气体压强为0.1~100 kPa下Cu-BTC对SO₂、CO₂、NO₂吸附密度分布。并利用密度泛函理论(DFT)研究了Cu-BTC单元结构对客体分子(SO₂、CO₂、NO₂)的吸附能。结果表明,Cu-BTC单元结构对SO₂具有更高的吸附能。在比较了3种气体吸附过程后,进一步指出,在单一气体吸附与竞争吸附过程中,Cu-BTC对二氧化物气体粒子分子筛效应是其本身的结构能量差异以及客体分子能量差异综合作用的结果。

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分级氢氧化铟材料的合成及其尿酸电化学敏感特性研究

黄清优,黄玮,许楚峰,王炳荣,王小红,涂进春,曹阳

功能材料. 2016, 47(10): 10113-10117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.020

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在不添加高分子表面活性剂的条件下,采用一种简单的水热合成方法制备出In(OH)₃纳米材料,并应用于尿酸的非酶电化学检测。X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)显示,样品具有较好结晶性和均匀的分级三维花状结构。实验发现,该材料在氢氧化钠溶液体系中对尿酸表现出良好的电催化活性,且相比于In₂O₃具有更好的电极稳定性。基于该材料修饰的电极对尿酸的检测极限为75 nmol/L(S/N=3),线性检测范围上限为4.969×10^-4 mol/L,灵敏度高达301.3 μA·mmol/L·cm²,具有良好的选择性。

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碳纤维基体层状复合电极材料的电化学性能

许健,周生刚,竺培显,曹勇,韩朝辉

功能材料. 2016, 47(10): 10118-10123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.021

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采用电沉积法制备碳纤维层状复合电极材料,通过XRD、SEM和电化学工作站等分别测试碳纤维基体层状复合电极材料表面活性层物相结构、组织形貌和电催化活性,并比较碳纤维电极与传统铅合金电极的质量以及两种电极材料的耐腐蚀性能。结果表明,所制备的碳纤维电极表面活性层为β-PbO₂,在电沉积电流密度为40 mA/cm²和电沉积时间为100 min时,得到的活性层β-PbO₂致密均匀、活性层内应力最小、裂纹最少,此时碳纤维电极的析氧电位最低、电催化活性最优;与传统铅合金电极相比,碳纤维电极质量减轻了减轻了69.7%,且碳纤维电极的腐蚀电位更高、腐蚀速率更小,碳纤维电极具有更好的耐腐蚀性能。由此说明,碳纤维层状复合电极材料是一种质量轻、不溶解、耐腐蚀的电极材料,有着良好的开发应用前景。

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Ce³⁺掺杂锂(硼、磷)硅酸盐玻璃的制备与荧光性质研究

陈艳平,程浩,唐贤臣,李强

功能材料. 2016, 47(10): 10124-10127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.022

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采用熔体-淬冷法制备了Ce³⁺离子掺杂锂(硼、磷)硅酸盐闪烁玻璃,采用紫外-可见透射、荧光分光法分别研究了Ce³⁺离子掺杂锂硅酸盐、锂硼酸盐、锂硼硅酸盐、锂硼磷硅酸盐玻璃的紫外-可见透射、激发与发射性质。研究结果表明,在Ce³⁺离子掺杂锂硅酸盐玻璃内引入一定量的B³⁺、P⁵⁺离子,其紫外吸收截止边,紫外激发与发射光谱分别发生一定的红移与蓝移,紫外激发与发射光谱强度明显降低。

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温度对GaN(0001)表面吸附生长TiO₂分子的影响

梁晓琴,周金君,黄平,杨春

功能材料. 2016, 47(10): 10128-10133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.023

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采用基于第一性原理的从头计算分子动力学方法,模拟了在300,400,500,600和700 ℃ 5种温度下TiO₂分子在GaN(0001)表面吸附的动力学过程,研究了吸附过程中系统能量、动力学轨迹、Mulliken布居分析、表面成键电子密度分布(ELF)以及扩散系数等性质。结果表明,温度会影响TiO₂分子中两个O原子与GaN表面两个Ga原子成键顺序;500 ℃时O2—Ga3成键的时间最早,TiO₂在GaN(0001)表面吸附生长的速率最快。600 ℃下TiO₂分子在物理吸附阶段的扩散系数比在500 ℃下扩大了接近100倍,500 ℃时O—Ga1的局域电荷分布ELF值最大为0.750,说明500 ℃下O—Ga1键共价性最强。由此可见,TiO₂分子在GaN(0001)吸附生长最佳温度是500 ℃。

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Ba₅Zn₄Y₈O₂₁∶Er³⁺/Yb³⁺高效上转换发光粉的制备与发光性能

张楠,付姚,邢明铭,罗昔贤

功能材料. 2016, 47(10): 10134-10137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.024

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采用固相法成功制备了Ba₅Zn₄Y₈O₂₁∶Er³⁺,Yb³⁺上转换发光粉。X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)测试结果表明,发光粉结晶良好,平均粒径1~5 μm,呈碎颗粒状。在980 nm激光器激发下,肉眼可见极其明亮的橙色发光。光谱测试结果证实,发光粉发射峰位于520~530,530~550和650~690 nm间。其中,绿光发射源于Yb³⁺→Er³⁺两步能量传递对²H_11/2、⁴S_3/2能级的粒子布居,及随后向基态的跃迁。红光发射则主要与⁴I_11/2(Er³⁺)+ ⁴F_7/2(Er³⁺)→⁴F_9/2(Er³⁺)+ ⁴F_9/2(Er³⁺)交叉弛豫和⁴S_3/2(Er³⁺)+ ²F_7/2(Yb³⁺)→⁴I_13/2(Er³⁺)+ ²F_5/2(Yb³⁺)能量反传递、4I_13/2→⁴F_9/2激发态吸收及⁴F_9/2→⁴I_15/2跃迁有关。由于交叉弛豫和能量反传递可有效提高红光强度并削弱绿光发射,因此红光发射强度可达到绿光强度的6~13倍。在7%(摩尔分数)的Yb³⁺掺杂条件下,Er³⁺的最佳掺杂浓度为3%(摩尔分数)。提高激发光功率密度不仅可以使UCL增强,还可以进一步提高红绿光分支比。在高功率激发下,还观察到了三光子吸收产生的蓝光和蓝绿光发射。

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十二烷基苯磺酸二次掺杂聚苯胺/环氧有机硅复合涂层的防腐性能

贾艺凡,刘朝辉,廖梓珺,叶圣天,王飞

功能材料. 2016, 47(10): 10138-10141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.025

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以自制的十二烷基苯磺酸二次掺杂聚苯胺为防腐颜料,制备质量分数为0.5%,1.0%及1.5%的十二烷基苯磺酸二次掺杂聚苯胺/环氧有机硅复合涂层,利用扫描电子显微镜观察不同掺量十二烷基苯磺酸二次掺杂聚苯胺在环氧有机硅涂层中的分散状态,并通过开路电位、电化学阻抗谱及Tafel曲线对比分析涂层的耐腐蚀性能。结果表明,十二烷基苯磺酸二次掺杂聚苯胺添加量为1.0%时,其在环氧有机硅涂层的分散均匀且致密,并在3.5%(质量分数)NaCl溶液中浸泡后对Q235低碳钢表现出良好的防腐效果。

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B与S共掺杂锐钛矿相TiO₂的制备与性能研究

杨荣,靳映霞,高洪林,柳清菊

功能材料. 2016, 47(10): 10142-10147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.026

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以钛酸四丁酯、硫脲和硼酸为原料,采用溶胶-水热法制备了B-S-TiO₂光催化剂。通过TG-DTA、XRD、FT-IR、UV-Vis、PL等手段对样品进行表征和分析,研究了不同热处理温度对共掺杂B-S-TiO₂光催化剂晶体特性的影响。以亚甲基蓝(MB)作为目标降解物,研究了不同热处理温度下系列样品在可见光激发下的光催化性能。结果表明,B和S的共掺可以抑制样品由锐钛矿相向金红石相的转变,限制晶粒的生长,拓宽TiO₂的光谱响应范围至可见光区,减小了光生电子-空穴对的复合几率。当n(B)∶n(TiO₂)=1∶25,n(S)∶n(TiO₂)=1∶50,热处理温度为450 ℃时,B-S-TiO₂样品在发光范围为可见光的普通日光灯下5 h内对亚甲基蓝的降解率达92.52%,显著高于同等实验条件下P25的降解率(60.74%)。

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Fe粉含量对燃烧合成制备超细Ni_0.4Zn_0.6Fe₂O₄粉体相组成、形貌和磁性能影响

董鹏,王霞,喇培清,魏玉鹏,欧玉静

功能材料. 2016, 47(10): 10148-10152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.027

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以Fe粉、NiO、ZnO为原料,NaClO₄为氧源,NaCl为稀释剂,通过燃烧合成法成功制备了千克级超细NiZn铁氧体。采用XRD、SEM、EDS以及VSM等研究了Fe粉含量对NiZn铁氧体粉体相组成、形貌和磁性能的影响。结果表明,随着Fe粉含量k增加,退火后颗粒尺寸逐渐增大,外形呈现为扁平球形,形成了单相铁氧体,最小粒径为750 nm,最大为1 200 nm。当k=0.7时退火的产物饱和磁化强度最大为66 A·m²/kg,而k=0.5时产物的矫顽力最小可达16.29×79.6 A/m。

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a-Si∶H/a-SiC∶H多层薄膜的光、电特性研究

蒋冰,丁宁,陈乙豪,马蕾

功能材料. 2016, 47(10): 10153-10156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.028

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采用射频等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,以SiH₄、CH₄和H₂为反应气体,在单晶硅和石英衬底上制备a-Si∶H/a-SiC∶H多层薄膜。利用透射电子显微镜(TEM)对样品的微结构进行了表征,同时对其电子输运性质和光吸收特性进行了实验研究。结果表明,本实验条件下制备的多层薄膜样品为非晶态多层薄膜结构,并且样品具有良好的周期性结构和陡峭的界面特性。室温条件下,样品在垂直方向上呈现出多势垒顺序共振隧穿特性。由于量子限制效应,当a-Si∶H势阱层厚度＜8 nm,随着势阱层厚度减小,样品的光学带隙增大,光吸收系数减小。

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ZK61镁合金的磨损性能

胡耀波,杨生伟,蒙万秋,姚青山,潘复生

功能材料. 2016, 47(10): 10157-10161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.029

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在MDW-02高速往复摩擦磨损试验机上,通过设置不同参数的滑动干摩擦实验,研究了载荷、滑动速度和时间对时效态ZK61镁合金磨损性能的影响,并绘制了磨损机制转变图。采用扫描电子显微镜(SEM)对磨损试样表面形貌进行了分析,结果表明,当滑动速度(0.12 m/s)一定时,ZK61镁合金的磨损量随着载荷和时间的增加而增加,载荷愈大,磨损愈严重,在120 N、60 min时发生轻微磨损向严重磨损的转变。当滑动时间(20 min)一定时,ZK61镁合金的磨损形式随着滑动速度和载荷的增大而发生变化。当滑动速度(0.12 m/s)较小时,在不同载荷(50~150 N)下均表现为轻微磨损;当滑动速度为0.24 m/s,载荷超过 100 N后磨损进入严重磨损阶段;当滑动速度(0.36 m/s)较大时,均表现为严重磨损。

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材料粘弹性对于一维局域共振声子晶体带隙的影响

左曙光,韦锡晋,倪天心,吴旭东

功能材料. 2016, 47(10): 10162-10167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.030

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声子晶体是具有声子带隙的人工周期性复合结构。作为常见的声子晶体的组成材料,橡胶材料的粘弹特性很少被考虑到,但其会对声子晶体带隙特性有重要影响。研究声子晶体考虑橡胶的粘弹性后的带隙特性,目的在于研究声子晶体在实际应用中的特性,以更好的应用声子晶体。建立了一维声子晶体梁的有限元模型。使用微分型粘弹性本构模型中的三参数Maxwell模型,推导了它的松弛剪切模量,将模型中的粘弹性转化为有限元模型中的材料参数。并通过进行有限元计算,比较和分析了考虑粘弹性之后对于不同形式声子晶体带隙的影响,发现粘弹性会影响带隙的位置和宽度,同时减小了振动的衰减。

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碳钢阳极氧化制备氧化铁纳米管阵列薄膜及其形成机理

邓洪达, 曹献龙,唐笑

功能材料. 2016, 47(10): 10168-10172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.031

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采用阳极氧化法在含氟的乙二醇溶液中以低碳钢为基体制备出高度有序排列的纳米管阵列结构氧化铁薄膜,并采用SEM分析制备工艺参数对薄膜形貌和尺寸的影响;采用XRD和XPS对热处理前后薄膜表征。结果表明阳极氧化电压和氟离子浓度是影响薄膜形貌和纳米管尺寸最重要因素,在30~60 V阳极氧化电压和0.03~0.1 mol/L NH4F范围内可以制备出管状结构的薄膜,且随阳极氧化电压升高,管径增加;随氟离子含量提高,管径增加。温度只是影响管状结构生长速度。经过500 ℃氩气气氛热处理后非晶态薄膜转化为主要由赤铁矿和少量磁铁矿构成的晶态薄膜。最后提出了纳米管形成机理。

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KGM醋酸酯去除模拟铀污染及去污材料热分解特性研究

陈云霞,林晓艳,罗学刚,尚宁宁

功能材料. 2016, 47(10): 10173-10179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.032

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以魔芋葡甘聚糖(KGM)为原料,制备了一种用于去除不同材料表面模拟放射性核素U(Ⅵ)污染的魔芋葡甘聚糖醋酸酯(KGMA)去污剂。研究了KGMA浓度、U(Ⅵ)污染时间、初始污染量、温度对去除率的影响,同时利用SEM-EDX、XPS对去污机理进行了分析,并借助TG-FT-IR联用技术对去污膜的热分解特性和分解产物进行了研究。结果表明,KGMA去污剂对4种材料表面U(Ⅵ)污染的去污效果显著,当环境温度在10~40 ℃变化时,4种材料的去污率在90%~99%。对U(Ⅵ)的去除是物理和化学共同作用的结果。KGMA去污膜在空气氛围中的失重率为96.07%,高温热解时产生气体的主要成分为H₂O、CO₂和CO,未见其它有害成分。

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用水解法制备水铁矿纳米团簇

林立华,周群,卜胜利

功能材料. 2016, 47(10): 10180-10183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.033

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提出了使用CuO增强Fe(NO₃)₃溶液水解制备水铁矿(Fe₅O₇(OH)·4H₂O)纳米团簇的方法。将适量的CuO粉末加入到沸腾的Fe(NO₃)₃溶液中,将发生沉淀反应生成纳米尺寸的铁氧化物。用X射线衍射仪、透射电子显微镜、振动样品磁强计、X射线能谱仪、X射线光电子能谱分别对沉淀生成的产物的形态和大小、磁化强度、晶体结构和化学组成进行表征。产物是由大小约6.13 nm的微粒聚集形成的弱磁水铁矿纳米团簇。纳米团簇表面吸附有少量Fe(NO₃)₃,大小约为40 nm。本文提出了一种通过增强水解制备纳米尺寸氧化物的新方法。

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热压烧结和压力浸渗所制备金刚石/Al复合材料的导热性能分析

陈培架,曾从远,陈锋,余新泉

功能材料. 2016, 47(10): 10184-10188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.034

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分别采用真空热压烧结法和压力浸渗法制备了金刚石/Al复合材料,所得材料的热导率分别达到410~420和673 W/(m·K)。通过传热模型探讨了两种方法制得材料的内部传热机理,并定义了参数“搭桥贡献率”,以量化金刚石颗粒搭桥对材料热导率提升所做的贡献。结果表明,采用压力浸渗工艺时,较高的金刚石含量,较低的界面热阻,尤其是金刚石颗粒搭桥所构成的快速传热通道,可显著提高材料的热导率。

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氧化剂浓度对4H-SiC化学机械抛光效果的影响

高飞,李晖,徐永宽

功能材料. 2016, 47(10): 10189-10192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.035

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以4H-SiC(0001)面为研究对象,采用原子力显微镜和X光电子能谱研究了抛光晶片表面的形貌和成分,讨论了氧化剂浓度对SiC化学机械抛光去除速率以及微观形貌的影响。结果表明,在化学机械抛光过程中SiC晶片的表面会生成二氧化硅,抛光液中氧化剂的浓度直接影响SiC的氧化进程,增大氧化剂的浓度可以显著提高抛光去除速率,当氧化剂浓度为0.15 mol/L时,抛光去除速率可以达到约1 200 nm/h,同时可以获得一个无划痕、超光滑、具有原子台阶构型的抛光表面,表面粗糙度值R_a低至0.0853 nm。

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冲蚀速度及沙粒粒径对铝青铜冲蚀磨损的影响

黄伟九,刘成龙,李志均,王军军,廖志康

功能材料. 2016, 47(10): 10193-10197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.036

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利用旋转式冲蚀试验机对QAl9-4铝青铜在含SiC沙粒的3.5%NaCl中的冲蚀磨损行为进行了研究。结果表明,在介质流速小于28.3 m/s时,失重量随介质流速的增加而增大;失重随沙粒粒径变化有明显的转折点,在粒径为0.3 mm时材料流失最为显著。沙粒粒径变化引起QAl9-4铝青铜冲蚀磨损行为的变化,小粒径时以犁削磨损为主,大粒径时锻打挤压作用增强的同时犁削磨损作用减弱。

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混酸掺杂聚吡咯/凹凸棒石复合材料对甲基橙的吸附性能

陈泳,王时雨,康桂英

功能材料. 2016, 47(10): 10198-10202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.037

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采用原位聚合法合成了盐酸(HCl)与对甲苯磺酸(TSA)共掺杂的聚吡咯/凹凸棒石(PPy/ATP)复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对复合材料的结构进行表征,发现聚吡咯微球包覆在凹凸棒石的外面,形成了粗糙的表面,其红外谱图与聚吡咯的基本一致,只是强度略有变化。考察了吸附时间、吸附剂用量、pH值和溶液初始浓度对复合材料吸附甲基橙的影响,结果表明,在45 ℃,溶液初始浓度为35 mg/L,pH值=7,反应时间为4 h,0.02 g的复合材料对甲基橙的吸附效果最好;吸附过程符合准二级动力学方程和Langmuir吸附等温式,最大吸附量为143.07 mg/g。

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双重交联PUEA复合乳液的合成

朱可可,张旭东

功能材料. 2016, 47(10): 10203-10207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.038

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以甲苯二异氰酸酯(TDI-80)、聚醚二元醇(GE-210)、二羟甲基丙酸(DMPA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)等为主要原料,以环氧树脂(CYD-014)为预交联剂,以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为后交联剂,采用预聚体法,合成了具有双重交联结构的PUEA复合乳液。研究了后交联剂GMA用量对乳液和涂膜性能的影响及交联固化工艺条件。结果表明,GMA的用量对PUEA乳液及涂膜性能有重要影响。当GMA用量为3%时,乳液外观和稳定性好,烘烤成膜的涂膜吸水率和吸乙醇率最低,硬度和耐冲击性能优异,防腐性能最佳;加入GMA的后交联PUEA涂膜性能与成膜温度及烘烤时间有密切关系;适宜的成膜条件为150 ℃/20 min。

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Cr³⁺掺杂TiO₂粉体的化学沉淀法制备条件优化

赵晨旭,杜景红,严继康,张家敏,刘意春,甘国友,易健宏

功能材料. 2016, 47(10): 10208-10212. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.039

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采用化学沉淀法制备Cr³⁺掺杂TiO₂粉体,通过正交实验优化制备工艺,采用XRD、XPS和UV-Vis对TiO₂粉体的结构、表面状态和光吸收性能等进行了表征。结果表明,Cr³⁺掺杂量对TiO₂粉体光吸收性能影响最为显著,随着Cr³⁺掺杂量的增加,TiO₂的光吸收能力增强,禁带宽度减小;Cr³⁺掺杂能部分取代Ti⁴⁺,促进锐钛矿相向金红石相的转变,同时导致TiO₂表面吸附一定数量的羟基。最优的制备条件为Cr³⁺掺杂量1.0%(摩尔分数),煅烧温度500 ℃,反应温度为70 ℃,反应液pH值为10.0,此条件下获得的TiO₂粉体可见光性能最优。

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甲基环戊二胺型苯并噁嗪合成及其与环氧树脂固化体系热稳定性的比较

袁伟,史铁钧,李明,钱莹,陈杨

功能材料. 2016, 47(10): 10213-10217. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.040

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分别用苯酚(Ph)和壬基酚(NP)与多聚甲醛,对甲基环戊二胺(TAC)进行曼尼希反应,制备出来两种不同结构的甲基环戊二胺型苯并噁嗪分别简称为TPBZ、TNBZ,然后将两种苯并噁嗪与环氧树脂共混固化并和原料TAC与环氧树脂共混固化比较。用FT-IR、¹H NMR分析了两种苯并噁嗪的化学结构;用DSC对共混固化体系特性进行研究,用TGA分析了固化物的热稳定性。结果表明,固化物TPBZ/EP的热分解温度比固化物TAC/EP提高32 ℃,最大失重速率温度提高58 ℃,700 ℃残炭率提高11.2%,固化物TNBZ/EP的热分解温度比固化物TAC/EP提高42 ℃,最大失重速率温度提高56 ℃。

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溶液喷射法制备间位芳纶纳米纤维的研究

李超,于俊荣,王彦,诸静,胡祖明

功能材料. 2016, 47(10): 10218-10224. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.041

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采用溶液喷射纺丝技术制备了间位芳纶(PMIA)纳米纤维,探讨了溶液浓度、气压、挤出速率和接收距离等参数对纤维形貌和直径的影响,结果表明,在溶液浓度为12%(质量分数)、牵伸风压为0.12 MPa、挤出速率为0.8 mL/h、接收距离为40 cm条件下,所得PMIA纳米纤维形貌较好,纤维平均直径可达276.7 nm;采用高速旋转滚筒,制备了PMIA取向纳米纤维,讨论了滚筒转速对PMIA纤维膜性能的影响。结果表明,随着滚筒转速提高,纤维膜取向度及其力学性能均提高,1 300 r/min时达到最大值,而膜的孔隙率则随着转速的提高逐渐减小,但仍可达79.7%以上。

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Bi₂O₃/RGO的制备及其光催化还原CO₂性能的研究

李鑫,汪莉,张如,贠丽,李强

功能材料. 2016, 47(10): 10225-10229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.042

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利用氨沉淀法制备Bi₂O₃粉体,采用改进的Hummers法制备GO,将Bi₂O₃加入一定量的GO分散液中,采用紫外还原法制备Bi₂O₃/RGO复合光催化剂,通过XRD、SEM、EDS、BET等技术手段对催化剂进行表征,并考察其在紫外光下催化还原CO₂的性能。结果表明,GO在紫外照射过程中被有效地还原为RGO,与晶粒尺寸约为49 nm的单斜晶系Bi₂O₃颗粒在紫外照射下共同搅拌,形成Bi₂O₃/RGO复合物,其Bi₂O₃的主要衍射峰发生轻微宽化,石墨烯碎片、絮状物质附着在Bi₂O₃表面;随着GO含量的增加,Bi₂O₃表面附着的石墨烯碎片、絮状物质增加,复合催化剂的比表面积增大;在紫外光照射下,Bi₂O₃/RGO复合催化剂的光催化效果明显高于Bi₂O₃,GO含量为2.0%(质量分数)的Bi₂O₃/RGO复合催化剂,在光照时间为8 h时,生成CH₄的产量为1.012 μmol/g,比Bi₂O₃提高了96.5%。

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不同冲蚀角条件下QAl9-4铝青铜的冲蚀磨损特性

刘成龙,黄伟九,王军军,李志均

功能材料. 2016, 47(10): 10230-10234. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.043

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利用自主研发的转盘式冲蚀实验装置,通过失重分析、表面形貌观察以及表层粗糙度测定,探讨了QAl9-4铝青铜在不同冲蚀角度条件下的冲蚀磨损特性。结果表明,在0~30°冲蚀角度范围内,铝青铜试样的累积质量损失随角度增大而增加;当冲蚀角度大于30°后,累积质量损失降低。随着冲蚀角度的逐步增大,冲蚀磨损形成的试样表面缺陷逐渐从沿水流方向的长程犁沟向带有凹坑的短程犁沟变化,且试样表面平均粗糙度逐渐降低。

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SiN_x薄膜在纳米压痕下的变形和断裂行为

安涛,邓晓芳,王丽丽,宋立军

功能材料. 2016, 47(10): 10235-10238. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.044

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利用磁控溅射方法在Si(111)衬底上制备了厚度为1 μm的非晶SiN_x薄膜,采用纳米压痕方法研究了薄膜的变形和断裂行为。傅立叶变换红外光谱显示实验获得了较为纯净的SiN_x薄膜。SiN_x薄膜在纳米压痕下呈现出放射状的脆性断裂特征,随着压入深度的增大,放射状裂纹的长度逐渐增加。最大压入深度达到1 500 nm时,薄膜和衬底间出现了扇形的界面断裂,并且这一界面断裂是在卸载过程中发生的。到最大压入深度达到2 500 nm时,原位原子力显微镜照片可以清晰的观察到界面断裂及放射状裂纹。界面断裂韧性计算结果表明,SiN_x薄膜和Si(111)衬底间易形成脆性较大的共价结构界面,这是其界面断裂韧性较小的原因。

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纳米微晶纤维素的制备、改性及其在纸张阻隔涂布中的应用

刘东东,唐艳军,张馨琪,黄彪彪,张婉清

功能材料. 2016, 47(10): 10239-10244. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.045

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以微晶纤维素(MCC)为原料,基于酸水解法制备了纳米微晶纤维素(NCC)。随后,在水/二甲基亚砜反应体系中,以2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTMAC)为阳离子醚化剂对NCC进行改性得到了阳离子化的纳米微晶纤维素(CNCC)。最后,对NCC、CNCC在纸张阻隔涂布中的应用进行了初步探讨。实验结果表明,NCC呈棒状结构,粒径10~80 nm,长度＜400 nm,其水相分散液在光照下呈现特殊的蓝光效应。通过氮元素分析法,测得CNCC的取代度为4.1%;FT-IR、XRD分析结果确证了NCC被成功改性;TEM、TG分析结果表明,与NCC相比,CNCC具有较好的分散性和热稳定性。初步应用结果表明,相对于NCC,CNCC对涂布纸阻隔性能改善效果较为明显,且当添加量为0.2%时效果最佳,与零添加的涂布纸相比,透气度下降了22.4%,吸水性降低了34.4%。

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2016年, 第47卷, 第10期　刊出日期：2016-10-30

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