功能材料

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类三角晶格固/固型声子晶体的带隙特性研究

赵寰宇,曹学勤,宋卫宾,许子龙

功能材料. 2016, 47(9): 9001-9006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.001

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首先划分7种类三角晶格声子晶体按三角点阵排列,然后利用平面波展开法计算了类三角晶格钢/环氧声子晶体的反平面模态能带结构,讨论了带隙各向同性和归一化半径对低频带隙的影响。结果表明,类三角晶格钢/环氧声子晶体可以打开不同频率段较宽带隙;选取归一化半径分别为0.34和0.38,使低频带隙得到最大值。这些带隙特征为设计新型减振材料提供了理论依据。

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界面聚合中单体结构对复合支撑液膜稳定性的影响

高士强,贾悦,吕晓龙,武春瑞,王暄,高启君,陈华艳

功能材料. 2016, 47(9): 9007-9011. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.002

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以界面聚合法在支撑液膜的支撑体基膜表面形成一层亲水层,研究了界面聚合改性过程及水相单体结构对复合支撑液膜渗透性和稳定性的影响,以膜表面zeta电位、接触角、透油速率和液膜萃取过程传质通量衰减率对复合膜性能加以表征。结果显示,界面聚合时先浸水相再浸油相,膜表面的荷负电性强,有利于金属阳离子(以Ni(Ⅱ)为代表)的传输。支撑液膜萃取镍(Ⅱ)结果显示,原膜传质通量在30 h内由358.2 mg/(m²·h)降为0,而赖氨酸分子因具有强亲水基团羧基且脂肪链的引入会增加聚合物大分子的柔曲度,以其制备的复合液膜支撑体表面具有较好的亲水性,对液膜相的锁闭能力较强,Ni(Ⅱ)的传质通量在30 h内仅衰减28.3%,有利于增强支撑液膜在长期运行中的稳定性。

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聚丙烯酸水凝胶自修复性能及溶胀行为的研究

洪浩群,李雪松,张海燕

功能材料. 2016, 47(9): 9012-9016. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.003

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采用胶束共聚法将丙烯酸(AA)与少量甲基丙烯酸十八酯(OMA)共聚,制备具有自修复功能的聚丙烯酸(PAA)水凝胶。采用红外光谱表征PAA水凝胶的结构,采用拉力实验表征PAA水凝胶的自修复功能和测试其拉伸强度,并分别研究PAA水凝胶在水中和氯化钠溶液中的溶胀行为。结果表明,PAA具有良好的自修复性能,修复后PAA水凝胶能保持修复前80%以上的拉伸强度,并且修复后的水凝胶断裂伸长率接近于修复前的水凝胶。PAA水凝胶的自修复功能归功于羧基间形成的氢键网络和OMA与表面活性剂形成的疏水缔合网络的联合作用。PAA水凝胶在水中的溶胀主要受水分子在凝胶中渗透扩散过程控制,而在氯化钠溶液中的溶胀主要受聚合物链段的松弛过程影响。

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树脂透光混凝土制品的制备及其节能效果研究

周智,高锡鹏,申娟,李忠华,阳环宇

功能材料. 2016, 47(9): 9017-9022. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.004

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新型建筑材料的发展是推动绿色节能建筑发展的重要引擎,本文根据树脂材料的透光特性,设计了1种新型树脂透光混凝土制品,借助Autodesk Ecotect Analysis软件对使用该树脂透光混凝土制品的某实验室采光情况和光控照明装置的关闭时间进行了分析,以评估该型树脂透光混凝土制品的节能效果。结果表明,使用该透光混凝土制品后,房间内平均采光系数可提升30%,采光均匀度提升51%,自然采光时间内人工照明装置的关闭时间由23%增加至39%,节能效果明显。

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珊瑚状分级多孔硅的制备及其在锂离子电池负极中的应用

胡文,侯宏英,易健宏,郑必举,李凤仙

功能材料. 2016, 47(9): 9023-9026. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.005

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实现规模化生产是高容量硅负极走向商业化面临的最大挑战。报道了1种简单、成本低、产率高的硅材料制备方法,即对溶胶-凝胶反应形成的SiO₂-F127 (PEO₁₀₆PPO₇₀PEO₁₀₆,1种三嵌段共聚物)干凝胶进行空气热解和镁热还原处理。而后,利用偶氮化反应在合成的硅材料表面包覆一碳层。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、氮气吸脱附实验和热重方法对所制备的硅-碳复合物的形貌和组分进行了分析。结果表明,该复合物中硅含量为76.3%(质量分数),呈珊瑚状形貌,具有微孔-介孔-大孔多级孔道结构和高的比表面积123 m²/g。电化学性能测试结果显示所制备的Si-C复合负极比容量高达2 785 mAh/g。

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分子纳米层作为铜扩散阻挡层的研究进展(二):表征手段

王亚斌,刘忠,李武,董亚萍,黄玉东

功能材料. 2016, 47(9): 9027-9030. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.006

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国内对分子纳米层作为铜扩散阻挡层的研究,以及对分子纳米层性能测试的仪器和方法比较欠缺。因此,本文介绍了表征有机分子纳米层作为铜扩散阻挡层的测试方法,包括热性能测试,电学性能测试,粘接性能测试,形貌测试和分子模拟。重点介绍了粘接性能测试的方法和原理,并分析了由此技术带来的新研究方向。

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锡基光催化材料降解有机污染物的研究进展

姚凯利,李俊,贾庆明,陕绍云,苏红莹,王亚明

功能材料. 2016, 47(9): 9031-9035. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.007

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硫化锡、磷化锡光催化材料的能带较窄,能对可见光响应,甚至可以实现近红外吸收。氧化锡材料虽然能带较宽,但是通过掺杂及复合等改性手段,也能拓宽其光响应范围。因此,许多研究者在Sn基功能半导体材料,尤其是具有低维结构、纳米级Sn基新型材料的制备及光催化性能方面作了大量的研究工作。系统综述了氧化锡、硫化锡、磷化锡等重要的锡基光催化材料在有机物降解方面的研究进展以及光催化降解机理,并对锡基光催化材料的发展提出一些展望及建议。

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特殊色散玻璃及其应用研究

王衍行,祖成奎,许晓典,周鹏,何坤

功能材料. 2016, 47(9): 9036-9040. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.008

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特殊色散玻璃是一类偏离正常线较远的光学玻璃,具有特定光学常数、高度透光性和较大相对部分色散偏离值,被视为长焦距、大视场和高精度光学系统设计的关键优选材料。作者总结了光学玻璃的特殊色散本质,认为其是由紫外和红外本征吸收引起的。综述了特殊色散玻璃的研究进展,并指出了国内外差距。介绍了特殊色散玻璃作为透镜材料在高品质光学系统中的典型应用,以消除二级光谱。最后,展望了特殊色散玻璃的发展趋势。

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N掺杂功能炭材料的合成、结构与性能

吴慈航, 张超,王鑫海,朱燕燕,李爽,邱介山

功能材料. 2016, 47(9): 9041-9050. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.009

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基于氮掺杂的技术策略,可以实现对炭材料之结构和性能的调变,进而创制出功能独特的炭材料。本文介绍N-掺杂功能炭材料的合成机理、主要技术方法及其结构与性能,并对这一技术领域的发展趋势进行展望。

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溶液pH值对石墨烯及其复合材料吸附重金属离子的影响

曹明莉,盛智博,张会霞

功能材料. 2016, 47(9): 9051-9056. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.010

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重金属污染对人类赖以生存的环境带来诸多负面的影响,因此如何解决重金属污染是当前亟须解决的重要问题之一。自石墨烯问世以来,由于其优异物理化学性质引起了科学界广泛的关注,较大的比表面积和较高机械强度等特性都使石墨烯及其复合材料成为理想的吸附材料,特别是用于重金属离子的吸附。但石墨烯复合材料对水体中重金属离子吸附性能的受到很多因素有影响如反应时间、温度、体系pH值等,其中pH值是最重要的影响因素之一。以影响吸附的因素为背景,以pH值为切入点,较为详细地综述了pH值对石墨烯及其复合材料对重金属吸附的影响,并系统地分析和讨论了pH值对吸附影响的原因和机理。最后,对石墨烯及其复合材料应用于吸附水体重金属离子的前景进行展望。

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V、N含量和热处理对抗腐蚀油套管组织和性能的影响

董晓明, 陈业新, 张忠铧

功能材料. 2016, 47(9): 9057-9062. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.011

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研究了不同正火温度和不同V、N含量对1%Cr中碳钢的组织和力学性能的影响,结果表明,V、N含量提高,虽然增加了析出强化作用,但材料强度却随之降低,韧性大幅度提高。在950 ℃正火温度下较高V、N含量V3钢中的铁素体含量是较低V、N含量的V1钢中铁素体的6倍,而在850 ℃正火温度下V1钢中的珠光体晶粒尺寸是V3钢的3倍。随着正火温度提高,铁素体和珠光体含量均降低,贝氏体含量增加。因此可以看出增加V、N含量以及降低正火温度都有利于铁素体和珠光体组织转变。通过分析可知,未溶解的V(C,N)会阻碍奥氏体晶粒的粗化,并作为先共析铁素体的形核质点促进了铁素体转变,阻碍了贝氏体的形成,从而获得了具有良好抗腐蚀性能的铁素体+珠光体组织结构,并且使材料强度达到80ksi(552 MPa)。

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磁流变弹性体基于卡方分布的磁偶极子模型

索思,徐赵东,许飞鸿

功能材料. 2016, 47(9): 9063-9067. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.012

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为了精确描述磁流变弹性体的磁致效应,从而使磁流变弹性体应用于工程实际,基于磁偶极子理论,结合铁磁颗粒在磁流变弹性体中的分布特点,引入分布参量n,假设相邻铁磁颗粒的间距满足卡方分布,提出基于卡方分布的磁偶极子模型,推导了磁致剪切模量的表达式。该模型弥补了“均匀分布”假设的不足且形式简单,适于工程应用,同时可以精确反映出各因素对磁流变弹性体磁致效应的影响规律,其中分布参量和外加磁场强度是影响磁致效应的关键因素。

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催化剂对碳纳米管及其电化学储能性能的影响

蒋雪,江奇,陈建康,陈姿,邓敏,蔡玉东,卢晓英

功能材料. 2016, 47(9): 9068-9072. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.013

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采用柠檬酸络合法制备出六方晶系结构的LaNiO₃和正交晶系结构的La₂NiO₄ 2种催化剂前驱体,运用化学气相沉积法制得2种碳纳米管(CNT)。运用XRD对2种催化剂及其前驱体晶体进行结构分析,运用TEM、孔隙比表面分析仪对2种CNT进行形貌和结构的表征,并将2种CNT分别组装成电化学超级电容器,进行了电化学储能性能测试。研究结果表明,在制备工艺和条件一致的情况下,LaNiO₃与La₂NiO₄在高温下分别还原为具有不同晶面含量的2种金属Ni纳米颗粒催化剂,通过该催化剂都可制备得到CNT,但所得CNT的产率、形貌、孔结构参数以及电化学储能性能都存在较大差异。通过分析得出这样的结论,CNT的产率、形貌和孔结构参数与催化剂有直接的关系,而CNT的形貌和孔结构参数又与其电化学储能性能有直接的关系。

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基于孔隙率累积增长的闭孔泡沫材料三维随机建模

虞跨海,刘奋

功能材料. 2016, 47(9): 9073-9078. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.014

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提出了1种基于随机造型的椭球空腔闭孔泡沫材料三维几何建模方法。基于几何空间均匀分割得到层叠胞元空间,每个胞元空间内随机生成一个球体以形成基础孔隙造型,球体空腔均匀度因子控制基础造型随机性;胞元空间逐次随机生成若干球体空腔并通过相交特性判定,累积得到有效空腔造型,结合基于优化搜索的孔隙率自适应增长算法,提高空腔造型效率,实现目标孔隙率控制建模;考虑泡沫材料工艺及其真实几何特性,实现泡沫材料大空腔和连通缺陷建模。

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二乙基次膦酸铝与三嗪成炭剂协同阻燃PBT的研究

许博,陈雅君,辛菲,钱立军

功能材料. 2016, 47(9): 9079-9084. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.015

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采用二乙基次磷酸铝(AlPi)复配超支化三嗪大分子成炭剂(EA)对聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)进行无卤阻燃改性。通过氧指数、UL-94垂直燃烧及锥形量热测试研究了阻燃体系的阻燃性能,通过热失重分析(TGA)研究了复配阻燃体系的热性能,采用扫描电镜(SEM)观察阻燃体系燃烧炭层的形貌。研究表明,AlPi与EA复配比例为7∶3时阻燃效果最好,材料氧指数达到34.6%,通过UL-94 V-0级,热释放速率峰值(PHRR)降低至653 kW/m²;热重分析表明,复配阻燃体系的加入促进了PBT的提前分解成炭,增加了阻燃PBT的残炭量;燃烧炭层扫描电镜说明,复配阻燃体系能形成连续致密的膨胀炭层,提高阻燃效果。

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AMPS改性凹凸棒土的制备及其Cd²⁺吸附研究

张平,石月荣,张桂芳,吕超,秦颖玺,赵义平,陈莉

功能材料. 2016, 47(9): 9085-9090. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.016

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为提高凹凸棒土对重金属离子的吸附能力以及改善其在有机溶剂中的分散性能,本研究以硅烷偶联剂KH-570为改性剂,对凹凸棒土进行初步有机改性后再与阴离子单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)进行双键加成反应,制备了1种新型有机改性凹凸棒土。利用红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、热重分析(TG)等手段对改性凹凸棒土进行了结构表征,并对其Cd²⁺吸附性能进行了研究。结果表明,该新型有机改性凹凸棒土在结构上未因改性而发生破坏,但其对重金属离子的吸附性能却有了很大幅度的提高,其中Cd²⁺的吸附率可达66%,且在N-N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲醇等有机溶剂中的分散性明显提高。

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Mg₂Si/Si异质结的制备及I-V特性研究

王善兰,廖杨芳,吴宏仙,梁枫,杨云良,肖清泉,谢泉

功能材料. 2016, 47(9): 9091-9094. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.017

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采用磁控溅射和热处理系统制备Mg₂Si/Si异质结。首先在n-Si(111)衬底上沉积Mg膜,经热处理后得到Mg₂Si/Si异质结。利用XRD、SEM、表面轮廓仪、伏安特性测试仪和霍尔效应测试仪,研究了Mg₂Si/Si异质结的晶体结构、表面形貌、 Mg₂Si薄膜厚度、I-V特性及导电类型。结果表明,成功制备了Mg₂Si/Si异质结,并得到其平均载流子浓度(-9.30×10¹² cm^-3)、导通电压(0.31 V)、导通电流(0.6 mA)、工作电压(0.53 V)等,测得该异质结为n-n型。

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纤维素及其酯接枝聚乙二醇制备相变储能材料的研究

徐素梅,哈丽丹·买买提, 米娜瓦尔·乌买尔, 鲁提夫拉·吾守尔

功能材料. 2016, 47(9): 9095-9099. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.018

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采用溶液接枝聚合法,在异氰酸酯存在下,将聚乙二醇(PEG)分别链接到纤维素(Cell-OH)、纤维素醋酸酯(CDA)及纤维素月桂酸酯(LACE)骨架高分子材料上,制备了Cell-OH/PEG、CDA/PEG和LACE/PEG 3种固-固相变储能材料,并通过FT-IR、TEM、POM、XRD和DSC等分析手段,对3种产物结构、结晶特性及相变储能性能等进行了比较研究。结果表明,随着与PEG接枝聚合的纤维素酯链的增长,所得产物形成酯链包裹PEG的胶囊的趋势越强,对PEG结晶的破坏程度越小,从而使产物的相变焓越高。

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砷钠明矾石固溶体的合成及其砷取代机理探讨

罗中秋,周新涛,贾庆明,郝旭涛,夏举佩,陈卓,左艳玲

功能材料. 2016, 47(9): 9100-9105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.019

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利用砷酸根(AsO^3-₄)与钠明矾石结构中硫酸根(SO^2-₄)之间的类质同象取代形成砷钠明矾石固溶体是实现砷固化/稳定化的1种新方法。本文以硫酸钠(Na₂SO₄)、硫酸铝(Al₂(SO₄)₃·18H₂O)和砷酸钠(Na₃AsO₄·12H₂O)分别作为Na、Al和As源,研究溶液初始n(As/(As+S))_aq对砷钠明矾石合成的影响,同时采用XRD、ICP、SEM-EDS、FT-IR和TG-DSC等手段对其沉淀物进行表征分析。结果表明,当n(As/(As+S))_aq=0~0.178时,沉淀物为钠明矾石相,砷最大键合率为8%;当n(As/(As+S))_aq=0.185时,沉淀物为钠明矾石+无定形相+砷铝石三相混合物,砷在钠明矾石相中的键合率有所提高,可达14%。AsO^3-₄在钠明矾石结构中的键合机制为,AsO^3-₄直接取代结构中SO^2-₄,两者的电荷差异通过结构中羟基(OH^-)的质子化进行补充。随着AsO^3-₄对钠明矾石相中SO^2-₄取代量的增加,晶胞参数c、V呈规律性轻微膨胀,原因归于As-O 半径(0.1682 nm)大于S-O半径(0.1473 nm)。

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Cr掺杂对ZnO最小光学带隙和吸收光谱的影响

高艺涵,侯清玉,赵春旺

功能材料. 2016, 47(9): 9106-9111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.020

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当Cr掺杂ZnO的摩尔数为0.0313~0.0625的范围内,掺杂体系的最小光学带隙宽度和吸收光谱分布随Cr掺杂浓度的变化出现了两类相反的实验结果。为了解决本问题,采用密度泛函理论(DFT)框架下的广义梯度近似(GGA+U)平面波超软赝势方法,用PBE泛函的计算方案来描述电子间的交换关联能,对未掺杂ZnO和3种不同浓度Cr掺杂ZnO超胞模型进行了能带结构、态密度、差分电荷密度、布居值以及吸收光谱的计算。结果表明,当Cr掺杂摩尔数为0.0313~0.0625的范围内,随着Cr掺杂量增加,掺杂体系的晶格常数和体积增大,总能量和形成能减小,结构更稳定,掺杂更容易,最小光学带隙宽度增大,吸收光谱显著蓝移。计算结果与实验结果相一致,并合理解释了存在的问题。这对制备Cr掺杂ZnO中实现短波长光学器件有一定的理论指导作用。

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碳纤维的改性及气体扩散层碳纸性能的研究

胡志军,林江,张妍,胡桂林

功能材料. 2016, 47(9): 9112-9116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.021

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研究了氧化-偶联改性处理对碳纤维的表面形貌、电荷特性、分散性和成纸导电性的影响,并考察了碳纤维配比、碳纤维长度和炭黑加填对碳纸的透气性和孔径分布的影响。结果表明,KClO₃/H₂SO₄预氧化处理对纤维表面产生了刻蚀作用,在结晶缺陷部位产生凹坑,形成轴向沟槽。KH-550偶联剂以微粒形态粘附于沟槽中,碳纤维浆料的zeta绝对值明显增加,碳纤维间的静电斥力加强,分散性得到改善,碳纸的导电性也得到提高。碳纤维长度和炭黑加填能有效调节碳纸的透气性和孔径分布。

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双氧水和pH值对可降解挤压态Mg-0.5Sr合金腐蚀行为的影响

赵朝勇,潘复生,张磊,汤爱涛

功能材料. 2016, 47(9): 9117-9121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.022

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模拟骨科植入材料植入体内时的生理环境,采用浸泡测试、动电极化测试和电化学阻抗测试研究了模拟生理环境中双氧水浓度和pH值变化对可降解挤压态Mg-0.5Sr合金腐蚀行为的影响。结果表明,在不同pH值(7.4和5.2)的Hank 溶液中添加H₂O₂促进腐蚀反应,增加H₂O₂浓度进一步加速腐蚀。降低pH值不仅导致镁合金腐蚀速率增加,而且改变了镁合金的腐蚀机理。结果表明模拟植入时的生理环境加速了镁合金植入体的腐蚀,该研究为可降解镁合金骨科植入体的设计、选择和临床应用提供了重要的信息。

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V₂O₅掺杂Bi₂WO₆微纳米纤维的静电纺丝制备及光催化性能

崔艳丽,孙凤霞,韩雪,谷锐锐,赵国龙,周德凤

功能材料. 2016, 47(9): 9122-9127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.023

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以柠檬酸铋铵[Bi(NH₃)₂C₆H₇O₇·H₂O]、仲钨酸铵(H₄₂N₁₀O₄₂W₁₂)、偏钒酸铵(NH₄VO₃)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,采用静电纺丝法成功制备前驱体PVP/Bi₂W_1-xV_xO_6-δ纤维毡,通过缓慢控温处理制得Bi₂W_1-xV_xO_6-δ微纳米纤维。采用X射线衍射光谱(XRD)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)对样品进行了表征。以亚甲基蓝(MB)光降解为模型反应,研究Bi₂W_1-xV_xO_6-δ样品光催化性能。结果表明,所有掺杂V₂O₅的样品光催化活性均高于纯Bi₂WO₆样品。其中VO_2.5掺杂量为3%(原子分数)时光催化效果最好,可见光下120 min内对初始浓度为10 mg/L的MB溶液的降解率可达到86.9%,较纯Bi₂WO₆样品提高15%。

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含氟水性聚氨酯的制备及性能研究

强涛涛,唐华,任龙芳

功能材料. 2016, 47(9): 9128-9131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.024

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为提高水性聚氨酯薄膜的耐水性能,以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和聚四氢呋喃(Mn=2 000)为主要原料,含氟二元醇Rf(OH)₂为改性剂,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水单体,合成含氟水性聚氨酯。探讨了改性剂Rf(OH)₂用量对聚氨酯乳液及涂膜性能的影响。并采用红外光谱(FT-IR),差示扫描量热(DSC),X射线(XRD)及原子力显微镜(AFM)分析研究了聚合体系的结构及性能。结果表明,随着Rf(OH)₂用量增加,胶膜水接触角由80.72°增加至99.35°,吸水率降低了6.6%,耐水性得到明显改善;乳液粒径先增加后减小,当Rf(OH)₂用量为3%时,乳液粒径最大,达到147 nm。XRD、AFM及DSC测试表明,胶膜的结晶度增加,结晶形式发生了微小程度的转变;聚合物存在不均匀的多相结构;改性后胶膜耐热性得以提高。

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新型互穿网络聚合物对纸张增强性能的影响

刘艳,沈一丁,费贵强,王海花,范丹

功能材料. 2016, 47(9): 9132-9137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.025

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以聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)溶液为反应介质,过硫酸铵为引发剂,丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为单体,采用自由基聚合的方法制备出阳离子型CPAM/PAE顺序互穿网络聚合物(IPN)。红外光谱图表明自由基单体聚合成功;SEM扫描电镜图显示,不同比例复配的PAE和CPAM混合物呈空间网络交联结构。研究表明,当ω(PAE)=60.56%,ω(AM)=2.42%,ω(DMC)=2.42%,聚合温度为70 ℃,时间为3 h的条件下合成固含量为30%的阳离子互穿网络聚合物应用于纸张中,IPN添加量为1%,能提高纸张干抗张指数17.44%,湿抗张指数26.78%,撕裂指数39.84%,耐折度71.94%,耐破指数41.49%。

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热塑性淀粉基复合材料力学性能研究

徐婕,郭安福,李剑峰,李方义,张传伟,谢麒,王成钊

功能材料. 2016, 47(9): 9138-9142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.026

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热塑性淀粉(TPS)基复合材料因具有原材料绿色化、废弃后全降解的特点,成为国内外学者研究的热点。以甲酰胺、尿素、丙三醇、乙二醇作为塑化剂,制备热塑性淀粉基复合材料,通过静态压缩试验得到淀粉基复合材料的静态压缩缓冲曲线,分别研究了不同比例的单一塑化剂和复合塑化剂制备的热塑性淀粉对淀粉基复合材料静态压缩性能的影响。实验结果表明,塑化剂含量为15%时,4种单一塑化剂制备的淀粉基复合材料承压能力大小分别为:FPTPS基复合材料>UPTPS基复合材料>EGPTPS基复合材料>GPTPS基复合材料。复合塑化剂的含量为15%时,不同质量的比甲酰胺和尿素制备的淀粉基复合材料(FUPTPS),其承压能力大小为2∶1＞1∶1＞1∶2;不同质量比的丙三醇和乙二醇制备的淀粉基复合材料(GGPTPS),其承压能力大小为1∶2＞2∶1＞1∶1。

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液面沉积法制备透明柔性石墨烯导电薄膜

苑春秋,曾文进,唐伟,赵春燕,莫申斌,王剑,于有海,闵永刚

功能材料. 2016, 47(9): 9143-9148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.027

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透明导电薄膜在现代电子领域有着非常广泛的应用。我们利用简单的液面沉积法在柔性基底PET上成功制备了氧化石墨烯薄膜,在室温下经过碘化氢(HI)蒸汽还原后得到石墨烯透明导电薄膜。利用各种表征手段(SEM、TEM、AFM、吸收光谱(UV-Vis)和电阻分析(四探针法))系统的研究了不同沉积层数的石墨烯薄膜的透光性和导电性之间的关系:随着石墨烯沉积层数的增加,导电薄膜的导电性上升,但薄膜的透光率下降。在透光率(λ=550 nm)为82.22%时,导电薄膜的方块电阻为620 Ω/□。

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电火花放电处理Fe₃₆Co₃₆Si_4.8B_19.2Nb₄合金表面非晶化及其性能

邹善方,张涛

功能材料. 2016, 47(9): 9149-9152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.028

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通过在具有较大非晶形成能力的Fe₃₆Co₃₆Si_4.8B_19.2Nb₄晶态母合金表面进行电火花放电处理,实现了该合金表面的非晶化转变,制备了厚度约为约7 μm非晶-晶体复合层。探讨了电火花放电处理工艺参数中脉冲宽度和脉冲间隔对合金表面非晶化以及其对表面层结构的影响,确定了最佳工艺参数。对处理后的合金进行了硬度和腐蚀行为的测试,发现在脉冲宽度为64 μs、脉冲间隔为4 μs时,合金表面硬度达到HV 1 680,比基体提高了近50%,且具有优良的耐腐蚀性能。研究结果为采用电火花放电处理工艺制备合金表面非晶层奠定了理论和实验基础。

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SiO₂对溶胶-凝胶法制备的ZrO₂纤维相变和微观组织的影响

蔡武集,何静,袁梦娇,周彤,陈立富

功能材料. 2016, 47(9): 9153-9157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.029

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通过氧氯化锆与过氧化氢的反应得到氧化锆溶胶,与SiO₂溶胶混合后,制备了不同SiO₂含量的氧化锆纤维,采用SEM、XRD、DTA、FT-IR、²⁹Si NMR、TEM等对纤维相组成和微观结构进行了系统研究。结果表明,少量SiO₂可以显著提高四方相ZrO₂的稳定性,抑制单斜相的形成,避免纤维“皮芯结构”的形成。此外SiO₂可以有效抑制晶粒长大,从而达到细晶的作用,获得无表面缺陷、致密、柔性的ZrO₂纤维。

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温敏含糖嵌段共聚物的合成及其胶束的自组装

周开春,徐慕儒,武俊紫,权静

功能材料. 2016, 47(9): 9158-9162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.030

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采用酶促法合成含半乳糖单体6-O-乙烯基壬二酸-D-吡喃型半乳糖酯(OVZG),采用可逆加成-链断裂转移自由基聚合法(RAFT聚合)将大分子引发剂二聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸甲酯(DEGMA)和OVZG有效结合,制备相对分子质量(简称分子量) 分散系数 (PDI) 较低的温敏性含半乳糖嵌段共聚物PDEGMA-b-POVZG。通过核磁共振氢谱(¹H NMR),傅里叶变换红外光谱 (FT-IR),凝胶渗透色谱 (GPC) 对聚合物结构进行了确认表征。通过紫外-可见光谱 (UV-Vis) 研究表明,共聚物的低临界溶解温度(LCST)可以通过共聚单体的比例进行调控,当PDEGMA与OVZG的物质的量之比为1∶63时,含糖共聚物的LCST值为33 ℃。在37 ℃生理温度下,PDEGMA-b-POVZG可以自组装形成纳米胶束,透射电子显微镜 (TEM) 显示自组装形成的聚合物胶束是结构均匀、形貌规整的球形,通过动态光散射 (DLS) 测得纳米微球的粒径约为167 nm,该温敏性半乳糖嵌段共聚物在药物载体方面具有潜在的应用前景。

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时效温度对Mn20Cu5Ni2FeCe合金组织性能的影响

卢凤双,吴滨,张建福,李平,赵栋梁

功能材料. 2016, 47(9): 9163-9165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.031

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MnCu合金通过合适的热处理,可以获得出色的阻尼性能,同时还具有优良的力学性能。本文采用真空熔炼制备了Mn20Cu5Ni2FeCe合金。采用XRD、TEM及DMA等分析测试手段,研究了时效温度对合金微观组织及阻尼性能的影响。结果表明,固溶态合金具有单相fcc面心立方结构,其阻尼能力tanδ值小于0.01,不具备明显的阻尼能力。时效后合金发生调幅分解,析出富Mn相,合金的阻尼能力显著提升。当时效温度为400 ℃时,合金的tanδ值达到0.045,呈现出高阻尼能力。不同温度条件下合金阻尼能力测试结果表明,在-50~80 ℃温度范围内,合金的阻尼能力随温度的降低明显升高,表明该阻尼合金在低温下具有重要的应用前景。

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可膨胀石墨的功能化改性及其在阻燃聚丙烯中的应用

王德钊,张译尹,钟德玮,伍稳心,漆飞,陈晓浪,廖秋涵

功能材料. 2016, 47(9): 9166-9170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.032

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研究了1种有机协效阻燃剂(OSF)表面功能化可膨胀石墨(EG)及其在阻燃聚丙烯(PP)中的应用。通过红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、极限氧指数(LOI)、UL-94垂直燃烧、热失重分析(TG)和差示扫描量热(DSC)等表征方法对EG的功能化效果、阻燃PP复合材料的阻燃性能、热稳定性、结晶行为与力学性能进行了研究。结果表明OSF成功地接枝到了EG表面。改性后的EG是1种有效的阻燃剂,能显著提高PP的阻燃性能,其阻燃性能达UL-94 V0级。改性EG的加入,PP的热稳定性得到改善,高温时的残炭量增加。改性EG对PP有异相成核作用,PP结晶温度向高温方向偏移。阻燃剂的加入劣化了PP的力学性能,且随着其含量的增加而逐渐降低。

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连续稳定分散状态下制备石墨烯

邓钏,尹力,葛晓陵

功能材料. 2016, 47(9): 9171-9175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.033

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为了研究并消除石墨团聚对石墨烯产量的影响,在连续性稳定分散状态和非连续性稳定分散状态下采用机械剥离法制备了石墨烯溶液,通过zeta电位表征了制备过程中石墨的团聚情况,利用吸光度测试研究了石墨溶液的分散状态,并通过原子力显微镜表征了制备出的石墨烯结构。结果表明,石墨片层结构被剥离使石墨表面积被释放,导致石墨的团聚势能增加,剥离效果和石墨烯产率下降;连续性稳定分散状态克服了随剥离过程剧增的团聚势能,经4 h机械剥离制备,上层清液石墨烯产量提高率达到21.9%;制备出的厚度为1~2 nm的单层石墨烯结构完好且处于良好分散状态;该方法为大规模制备石墨烯提供理论和工程指导。

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双盐复合激发炉底渣基地质聚合物的制备

张耀君,柴倩,杨梦阳,范博文,李鑫

功能材料. 2016, 47(9): 9176-9181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.034

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将炉底渣作为唯一原料,探索采用双盐Na₂SiO₃/Na₂SO₄复合激发剂制备力学性能优良的炉底渣基地质聚合物;在双盐复合激发剂中,当Na₂SiO₃掺量为7.74%(质量分数),Na₂SO₄掺量为0.5%(质量分数)时,制备的炉底渣基地质聚合物试件在室温养护28 d龄期的抗压强度高达46.94 MPa,较单一Na₂SiO₃激发制得试件的抗压强度增加了15.8%。XRD、SEM以及IR结果表明,双盐复合激发加速了炉底渣中莫来石、石灰的水化反应,生成了纤维状的钙矾石(AFt)以及大量无定形的地质聚合物凝胶,导致Si—O的非对称伸缩振动吸收以及Si—O的弯曲振动吸收均发生了位移。

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阳离子、两性壬基酚系列沥青乳化剂的合成与性能表征

梁博,王伟华,鲁德才,张伟,李忠,刘淑杰,李军平,梁月,王美

功能材料. 2016, 47(9): 9182-9186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.035

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对壬基酚(NP)与二乙胺反应制备了阳离子和两性沥青乳化剂。通过红外光谱,溴酚蓝实验验证了产物的结构;合成的沥青乳化剂在沥青含量,粘度,稳定性,乳化效果,拌合稳定度,筛上残留物与粗集料的裹符性都达到国家标准,结果表明其中3种沥青乳化剂的乳化效果较好,其中1种为中裂型沥青乳化剂, 2种为慢裂型沥青乳化剂。

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1Cr18Ni9Ti不锈钢表面Al₂O₃阻氚涂层磁控溅射-微弧氧化法制备技术研究

吴艳萍,王庆富,蒋驰,王勤国, 巫泉文

功能材料. 2016, 47(9): 9187-9191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.036

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采用磁控溅射技术在1Cr18Ni8Ti不锈钢表面制备出铝镀层,并对其进行微弧氧化处理,获得了氧化铝阻氚涂层。采用XRD,SEM表征涂层的结构和形貌。结果表明,磁控溅射制备的铝镀层非常致密,微弧氧化得到的氧化铝涂层由外层的疏松层和内层的致密层组成,微弧区瞬间高温烧结作用使微弧氧化膜具有晶态氧化物陶瓷相结构。氧化铝涂层由α-Al₂O₃相和γ-Al₂O₃相组成,冷却速率大,外层形成γ-Al₂O₃相,由于外层γ-Al₂O₃包覆和热扩散阻挡作用,内层的氧化铝冷却速度小,生成稳态相α-Al₂O₃的含量增加,随着涂层厚度增加,α-Al₂O₃相含量提高。

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含氢苯基硅树脂的制备及其在涂层中的应用

王婷婷,安秋凤,张蓓,潘家炎

功能材料. 2016, 47(9): 9192-9196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.037

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在固体酸催化下,以苯基三乙氧基硅烷(PTES)、二甲基二乙氧基硅烷(DMES)、四甲基环四硅氧烷(D₄^H)、八甲基环四硅氧烷(D₄)、六甲基二硅氧烷(MM)和四甲基二硅氧烷(D₂^H)为主要原料,通过水解缩聚法合成了一系列Si—H键、D链节含量分别不同的含氢苯基硅树脂HPSR。用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(¹H NMR)对其进行了结构表征。将所制的HPSR与乙烯基硅橡胶VPS以n(Si—H)∶n(Vi)=1.2∶1.3的摩尔比混合,并加入剂量的络合铂催化剂、铂抑制剂,以及占总质量10%的白炭黑和钛白粉,在160 ℃下固化10~15 min即制得透明的耐高温硅橡胶涂层,并对其耐热性和力学性能进行研究。结果表明,当HPSR分子中Si—H键含量为5 mmol/g,M_D∶M_R=10%时,对应制备的涂层耐热性、柔韧性以及力学性能最佳。

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柠檬酸改性棉纤维铁配合物的制备及其对染料的光催化降解作用

崔桂新,董永春,王鹏,李冰,李甫

功能材料. 2016, 47(9): 9197-9201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.038

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使用工业化的轧-烘-焙工艺对棉织物进行柠檬酸改性以引入羧基,然后与Fe³⁺进行配位反应制备柠檬酸改性棉纤维铁配合物。在经过SEM、FT-IR、DRS和TGA表征的基础上,将柠檬酸改性棉纤维铁配合物作为非均相Fenton反应催化剂应用于偶氮染料的降解反应中,重点考察了其催化性能。结果表明,Fe³⁺初始浓度和反应温度的提高均有利于柠檬酸改性棉织物与Fe³⁺之间的配位反应,并能够显著增加配合物的铁离子含量。柠檬酸改性棉纤维铁配合物作为非均相Fenton反应催化剂在暗态时能够促进偶氮染料的降解反应,辐射光能明显加强其催化活性,而增加其铁离子含量或引入Cu²⁺具有进一步改善其催化活性的作用。

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两亲性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚乙烯吡咯烷酮自组装制备多孔材料

李营,韩晗, 袁金芳

功能材料. 2016, 47(9): 9202-9206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.039

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采用可逆加成—断裂链转移(RAFT)聚合方法,合成了不同嵌段比的两亲性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚乙烯基吡咯烷酮(PSt-b-PVP)。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振(¹HNMR)、凝胶渗透色谱(GPC)等测试手段对其结构进行表征。将PSt-b-PVP与添加剂在选择性溶剂中进行自组装,然后采用水洗除去添加剂,得到聚合物孔结构。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)研究聚合物孔材料的形态和尺寸。探讨了添加剂,温度,溶剂和嵌段比对孔尺寸的影响。结果表明,采用含—OH官能团或者单体本身为添加剂可以减小孔径,采用易挥发溶剂有利于孔的形成,降低温度有利于孔径尺寸减小,亲疏水嵌段为PSt₁₀₁-b-PVP₇₉有利于小尺寸孔的形成。

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改性Hummer法制备高羧基化多壁碳纳米管及其性能研究

梁绍磊,史乐,李广芬,田润, 耿宏章

功能材料. 2016, 47(9): 9207-9210. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.040

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采用了1种新的三成分氧化体系(浓硫酸/高锰酸钾/过氧化氢)对多壁碳纳米表面进行羧基化改性,并对比分析了反应过程中采用超声辅助的方式对碳纳米管羧基化程度的影响。红外和X射线光谱分析结果证实了改性多壁碳纳米管表面引入了含氧官能团如—COOH、—OH、—CO等,且采用超声辅助的氧化体系氧化效果更好,所改性的羧基化多壁碳纳米管中氧含量高达20.98%(原子分数),明显高于文献中及市场上的羧基化多壁碳纳米管氧元素含量;通过对比改性前、后多壁碳纳米管在乙醇水溶液的分散性,结果表明采用本研究中的氧化体系进行改性的多壁碳纳米管的分散性有明显的提高;场发射扫描电镜观察改性后多壁碳纳米管的表面形貌进一步表明改性前、后的多壁碳纳米管结构长度未发生明显的缩短,而且羧基化过程中采用超声辅助获得的多壁碳纳米管未发生明显的团聚现象。

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烧结温度对粉末冶金法制备M2052阻尼合金性能的影响

王铸博,卢凤双,吴滨,徐然,张建福,赵栋梁,罗丰华
(1. 中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙 410083; 2. 钢铁研究总院功能材料研究所,北京 100081;
3. 精密合金技术北京市重点实验室,北京 100081)

功能材料. 2016, 47(9): 9211-9215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.041

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采用单质Mn、Cu、Ni、Fe粉末,通过反应烧结过程可制备M2052合金。主要研究了烧结温度对密度、孔隙率和力学性能的影响,同时对烧结样品的相组成进行了分析。M2052合金在950 ℃烧结时基本为γ-MnCu固溶体,合金的密度为6.23 g/cm³,致密度为87.2%,抗弯强度达到了487 MPa,并具有良好的阻尼性能,不同频率下的阻尼性能表现稳定,损耗因子tanδ达到0.11~0.12。

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水性油墨用环氧改性聚氨酯乳液的合成研究

朱可可,张旭东,王月

功能材料. 2016, 47(9): 9216-9219. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.042

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以环氧树脂(CYD-011)为改性树脂,甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚醚二元醇(GE-210)等为主要原料,采用丙酮法制备了环氧改性聚氨酯复合乳液(PUE)。并以炭黑为颜料,改性树脂为连接料树脂配制成凹版水性油墨。讨论了初始R (NCO/OH)对乳液和胶膜性能的影响与环氧树脂种类及用量对乳液和水性油墨性能的影响,通过FT-IR、DSC对树脂分子结构进行了分析和表征。研究表明,环氧树脂与聚氨酯发生共聚反应,达到改性目的。当初始R (NCO/OH)为7.5,环氧树脂CYD-011用量为6%时,所得PUE乳液性能最优,由其配制的水性油墨光泽度、耐摩擦性能好,耐水、耐碱性可达5级,满足实际应用要求。

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胺基化改性D301树脂对AuCl₄^-的吸附及识别性能

安富强,岳晓霞,郭旭东,王何阳,李敏,杜瑞奎,王靖雯,袁志国

功能材料. 2016, 47(9): 9220-9225. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.043

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以D301树脂为载体,先接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯再用乙二胺进行改性,制得胺基化改性树脂D301-g-APGMA。对D301-g-APGMA进行了FTIR及XPS表征,并考察了D301-g-APGMA对AuCl₄^-的吸附性能及识别选择性能。研究结果显示,D301-g-APGMA对AuCl₄^-表现出了优良的吸附性能和识别选择能力,在25 ℃、pH值为2的条件下,静态吸附量可以达到276.74 mg/g;相对于Cu²⁺与Fe³⁺,选择性系数分别为713,374。此外,D301-g-APGMA具有优良的再生与重复使用性能。

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软段含磺酸盐的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯的制备及性能研究

邢波,王廷平,赖小娟

功能材料. 2016, 47(9): 9226-9230. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.044

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以异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、磺酸型聚酯二元醇(SPOL)、1,4丁二醇(BDO)、丙烯酸羟乙酯(HEA)和乙二胺(EDA)为原料,制备了磺酸型水性聚氨酯(SWPU)。然后用丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)混合单体对SWPU共聚改性,得到了不含有机溶剂无胺类刺激性气味的高固含量磺酸型水性聚氨酯-聚丙烯酸酯(SWPUA)。利用透射电镜(TEM)、粒径分布仪对乳液的胶束形态、粒径进行了表征;利用X射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TGA)、拉力试验机对胶膜的结晶度、热稳定性、力学性能进行了分析。分析结果表明,所制备的SWPUA为核壳结构,胶膜的结晶强度为3.76%,耐热性比SWPU提高了22 ℃。当SPOL含量为40%、n(NCO)/n(OH)(R值)为1.7时,乳液稳定期达到12个月,平均粒径为44 nm,固含量可达50%以上。

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Cu-Mg-Al层状超分子材料的制备及去除碘的研究

郑劼,朱霞萍,李品,白德奎,李铭

功能材料. 2016, 47(9): 9231-9236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.045

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共沉淀法制备了Cu-Mg-Al层状超分子化合物,X射线衍射图谱和热重分析表征了材料的结构,并研究了材料对溶液中碘离子的吸附去除性能。制备的材料为具有层状结构的Cu-Mg-Al的超分子化合物,具有结构“记忆效应”,层间可以吸附碘,层板上的铜对碘也有特异化学作用,增强材料对碘的吸附能力。在优化制备和吸附条件下,Cu-Mg-Al层状超分子化合物对碘离子的饱和吸附量为279.15 mg/g,远高于普通层状氢氧化镁铝的66.61 mg/g。材料可作为碘及放射性碘污染的吸附去除剂。

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2016年, 第47卷, 第9期　刊出日期：2016-09-30

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