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2016年, 第47卷, 第12期　刊出日期：2016-12-30
  

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    热点·关注
  • 硅氮薄膜的摩擦性能与其表面能的相关性
    石志锋,黄 楠,王 琳,宁成云,王迎军
    功能材料. 2016, 47(12): 12001-12006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.001
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    采用非平衡磁控溅射沉积技术,在钴合金表面制备了一系列硅氮薄膜。借助接触角、原子力显微镜考察了离子轰击能量对硅氮薄膜表面形貌和能态的影响;并在不同的测试环境中对薄膜摩擦学性能进行了研究。结果表明,通过调整离子轰击能量,能影响薄膜的表面润湿性,改善薄膜的摩擦学性能。随基体负偏压的提高,色散分量对薄膜表面能的贡献提高,薄膜的亲水性提高;大气环境下,薄膜与SiC球的摩擦系数维持在0.4～0.6之间,湿环境下,薄膜的摩擦系数大幅下降,稳定在0.18左右。硅氮薄膜是一类具有两性分子特性的功能材料,表现出良好的湿环境摩擦学性能,是一类极具潜力的人工关节生物机械保护薄膜。
  • 透明混凝土的透光性能研究
    周 智,申 娟,焦思雨,杨明洁,阳环宇
    功能材料. 2016, 47(12): 12007-12013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.002
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    透明混凝土作为一种新型功能材料,是由大量的光纤或透明树脂等透光材料与普通混凝土制成,具有高透明度,可透过太阳光的特点,为了便于透明混凝土材料进一步的推广应用,达到节省光纤和混凝土材料、提高分析效率、为其透光性能的分析提供可靠数据的目的,本文结合透明混凝土的透光性能实验,利用ZEMAX对透明混凝土透光实验进行仿真模拟,建立了用于预测光纤透光效能的评估预测模型,通过分析总结出透明混凝土的透光性能评价指标和计算方法以及透光率与光纤类型和空间分布的关系,并得出结论,透明混凝土的透光性能与光纤排布密度、光纤的特性以及试块端面的抛光程度有关,透光率与光纤间距是单调递减的指数函数关系,与光纤半径是单调递增的指数函数关系。
  • 稀土Y对Mg-6Zn-1Mn合金显微组织和力学性能的影响
    张红菊,张丁非,潘复生
    功能材料. 2016, 47(12): 12014-12018. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.003
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    利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能力学试验机等手段,系统研究了不同含量Y(1%～6%(质量分数))对Mg-6Zn-1Mn合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着Y的不断增加,Mg-6Zn-1Mn系铸态合金主要物相演变规律为α-Mg+ Mg7Zn3→α-Mg+I→α-Mg+W→α-Mg+X,这主要归因于不同的Zn/Y原子比。研究发现,当Y含量低于2%时,挤压可使晶界和晶粒内部析出细小弥散的第二相,同时提高了合金强度和室温延展性。而随着Y的进一步增加,第二相颗粒变大,且主要存在于晶界,热挤压过程中晶粒不易被挤碎,弱化了析出相与基体的界面能,最终使得挤压态合金综合力学性能降低。
  • 复合盐类侵蚀对硅酸盐水泥固化氯离子影响研究
    肖 佳,郭明磊
    功能材料. 2016, 47(12): 12019-12024. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.004
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    研究了硫酸盐、碳酸盐和硝酸盐与氯盐复合侵蚀下硅酸盐水泥固化氯离子性能,采用水溶法测定了水泥净浆中自由氯离子含量并计算得出其氯离子固化率,对试样进行了XRD物相分析以及其水溶液的pH值测定。结果表明,水泥浆体的氯离子固化率随水化龄期的增长而增加;随氯离子浓度增大,水泥浆体中F盐的生成量增加,其氯离子固化率先增大后减小。随硫酸盐和碳酸盐浓度增大,水泥浆体的氯离子固化率均降低,硫酸盐的降低程度稍微比碳酸盐大。硫酸盐和碳酸盐通过结合AFm分别生成钙矾石(3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O)和单碳硫铝酸钙(3CaO·Al2O3·CaCO3·12H2O)提高了水泥浆体的pH值,减少了F盐的生成量。硝酸盐对水泥浆体的氯离子固化率和F盐的生成没有影响。
  • 水泥-沥青-环氧树脂复合胶结材料微结构模型及形成机理研究
    黄绍龙,金 帆,沈 凡,胡曙光
    功能材料. 2016, 47(12): 12025-12028. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.005
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    水泥-沥青-环氧树脂(CAE)复合胶结材料具有很好的粘结性能、高温稳定性以及柔韧性,适于钢箱梁桥面铺装材料的使用。通过路用性能研究及SEM微观形貌进行分析,结果表明,CAE混凝土中沥青与环氧树脂形成相互交织的连续网络结构,通过水泥联接。提出CAE的形成包括机械分散、互相作用、网络形成、强度发展4个过程。并通过实验验证了所提出的CAE微观结构和形成过程。
    • 综述·进展
  • 聚合物包覆金属纳米粒子的制备研究进展
    徐国园,李爱香,陈复强,李秋红
    功能材料. 2016, 47(12): 12029-12037. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.006
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    近年来,金属纳米粒子,尤其是金、银和铜,由于独特的热学、光学和电学性质及在纳米电子、纳米光学、信息存储、催化、生物和生物医学方面的潜在应用吸引了重大的研究兴趣。目前,聚合物包覆金属纳米复合粒子的研究得到广泛关注。一方面可以保持金属纳米粒子的特殊性质和功能,另一方面聚合物作为壳层材料可以增强纳米粒子的长期稳定性,调控纳米粒子的溶解性,提高纳米粒子与聚合物基体的相容性和可加工性等。本文综述了聚合物包覆金属纳米粒子的制备研究进展,主要包括乳液聚合法、沉淀聚合法、原位聚合法、配体交换法、壳交联法等,提出和分析了每种方法的优缺点,并对该材料的发展做了展望。聚合物包覆金属纳米粒子的工业化应用仍然是一个重要的挑战,有待进一步发展更适合工业化生产的方法。
  • 锂离子电池负极材料钛酸锂研究进展
    温书剑,张熠霄,陈 阳,宋春阳,崔晓莉
    功能材料. 2016, 47(12): 12038-12049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.007
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    锂离子电池被广泛应用于移动电子设备,在电动汽车和各类储能系统有良好的应用前景,是未来最具发展前途的储能电池之一。作为一种锂离子电池负极材料,钛酸锂因具有高的脱嵌锂平台电位,优异的循环性能,突出的热稳定性和安全特性而备受重视。总结了钛酸锂负极材料在结构形貌和电化学性能方面的研究进展,对其微纳米化、表面改性和离子掺杂等方面新的研究成果进行了概述。微纳米化可以赋予材料更大的表面积,有助于锂离子迁移,电极材料与电解液可以更好的接触,产生更大的锂离子迁移电流,有利于提升钛酸锂材料倍率性能;表面改性手段主要以碳包覆、金属-钛酸锂复合材料和形成新表面相为主,通过这些手段可以改善材料导电性和提高电池的循环性能;离子掺杂可使部分Ti4+转变为Ti3+,提高钛酸锂材料的电子导电性。对钛酸锂作为锂离子电池负极材料未来的发展方向进行了展望。
  • 表面修饰金刚石薄膜导电性研究进展
    刘峰斌,陈文彬
    功能材料. 2016, 47(12): 12050-12057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.008
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    表面经过不同化学修饰,金刚石薄膜会表现出不同的表面导电性能。这使得其在平面微电子、微电化学器件开发方面有着广阔的应用前景。总结国内外的研究,结合近年来的研究成果,详述了不同表面修饰金刚石薄膜的实现方法,讨论了表面修饰金刚石薄膜的几何结构和电子结构,并对当前有关表面修饰金刚石薄膜导电机理的主要观点进行了分析。在此基础上,提出了今后不同表面修饰金刚石薄膜导电性的研究重点。
  • 钙钛矿材料太阳电池发展的关键问题
    柯小龙,王小平,王丽军,宁仁敏,陈海将,宋明丽,廉吉庆
    功能材料. 2016, 47(12): 12058-12063. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.009
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    钙钛矿太阳能电池凭借制造成本低、效率高等显著优点迅速成为近些年全球太阳能电池领域的研究热点。然而,钙钛矿太阳电池在高效电池器件的稳定性、重现性以及性能评估等多方面存在较多的问题, 另一个严重限制其今后研究发展的因素是如何制备出连续、致密高质量的铅卤钙钛矿薄膜层。本文简单介绍了有机-无机杂化钙钛矿的结构和性能,综述了基于此类材料的太阳能电池的研究进展,介绍了其工作机理并总结了影响钙钛矿太阳电池性能的关键问题,指出了进一步提高钙钛矿太阳电池性能的努力方向,并展望了钙钛矿太阳电池的发展前景。
  • 静电纺丝技术在锂离子电池正极材料中的应用与展望
    罗 标,张永新,肖启振,李朝晖,雷钢铁
    功能材料. 2016, 47(12): 12064-12070. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.010
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    静电纺丝技术是一项新兴的制备纳米纤维、纳米带及纳米纤维膜等结构的技术,近些年来,越来越广泛地应用到生物医药、材料工程中。主要介绍了静电纺丝技术的原理、发展过程及其在锂离子电池正极材料中的应用与展望。
  • 氮化硼纳米片制备方法研究进展
    赵 迪,柯瑞林,邹 雄,毛 琳,胡行兵,王金合
    功能材料. 2016, 47(12): 12071-12075. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.011
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    近年来,由于氮化硼纳米片独特的结构和性能,在物理、化学、电子及材料学界引起了广泛的研究兴趣。综述了氮化硼纳米片的制备方法,包括:化学气相沉积、化学剥离、超声剥离和球磨等方法,分析比较了各种方法的优缺点,并指出了氮化硼纳米片制备方法的发展趋势。
  • 掺杂型Bi2WO6可见光光催化材料的最新研究进展
    郑化杰,孟繁梅,关 毅,朱 娇
    功能材料. 2016, 47(12): 12076-12082. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.012
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    Bi2WO6的禁带宽度窄(2.7 eV),能吸收紫外光和可见光,同时具有形貌可控,氧化性强,耐光腐蚀,无毒无污染等优点,是一类非常有前途的可见光光催化材料。近年来的相关研究,主要是通过改性来解决单质Bi2WO6的光量子效率一般和光生电子-空穴易复合问题。最为常用的是掺杂改性,其对Bi2WO6的电子结构、外观形貌、粒子尺寸、比表面积、表面特性的调控均有重要作用,能够提高该类催化剂的量子效率、缩小禁带宽度、降低电子-空穴复合率以提高其光催化性能。从金属掺杂、非金属掺杂、共掺杂等方面集中介绍了各种掺杂手段对Bi2WO6光催化性能的研究进展,阐明了光催化反应机理,并对其下一步的研究重点进行了展望。
  • 纳米ZnO材料在染料/量子点敏化太阳能电池中的研究进展
    胡璟璐,徐婷婷,陈立新,马腾博,卫鹏丽
    功能材料. 2016, 47(12): 12083-12089. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.013
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    ZnO是一种性能优异的环保半导体材料,其具有合成原材料来源丰富、制备条件简单、形貌结构易调控等优点,被广泛应用于能源、信息、环境等领域。在染料/量子点敏化太阳能电池中,ZnO通常被用作光阳极材料,负载光吸收剂,同时接收和传输电子。通过发挥其结构易控制的优点,一系列不同的ZnO纳米结构,如纳米球,纳米线,纳米片或纳米花等被用于敏化太阳能电池的光阳极,从而极大地提高了敏化太阳能电池的性能。综述将主要从单一纳米结构和复合结构两方面对纳米ZnO材料进行介绍,讨论了不同ZnO结构在染料/量子点敏化太阳能电池中的最新研究进展,并对电池光电性能的进一步提升提出新的展望。
    • 研究·开发
  • 微重力双向温差作用下Czochralski法硅熔体中的热毛细对流
    魏程星云,彭 岚,张全壮
    功能材料. 2016, 47(12): 12090-12096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.014
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    采用数值模拟的方法研究了微重力条件下Czochralski法生长硅晶体过程中熔体热毛细对流的基本特征,探讨了水平和垂直温度梯度的耦合对熔体流动的影响。熔体自由表面与外界辐射换热,水平温度梯度Marangoni(Ma)数选取(0～3 000),底部热流Q选取(1.39×10-2～1.76×10-2)。结果表明,当Q和Ma数均较小时,流动为稳态,液池内产生3个流胞,熔体流动由Q主导,减小Q或增大Ma数可使流动更稳定。当Ma数增大到一定值时,流动从稳态转变为非稳态,流动的临界Mac数随Q的增大而显著减小。流动失稳后,出现了新的流动转变方式,Ma数为影响表面波动形式的关键因素, Q会改变热流体波数,是晶体附近的热流体波产生的决定因素。随着Ma数和Q的不断增强,自由表面最终形成弯曲条幅状热流体波。
  • 载VEGF的肝素-PLL纳米颗粒改性表面对抗凝血性及内皮细胞行为的影响
    谭建英,刘 涛,陈俊英,黄 楠
    功能材料. 2016, 47(12): 12097-12103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.015
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    利用生物分子间的相互作用制备载VEGF的肝素-多聚赖氨酸(PLL)纳米颗粒,将该纳米颗粒固定于多巴胺涂覆的316L不锈钢表面,研究其对表面抗凝血性能以及内皮细胞行为的影响。通过阿辛蓝染色和甲苯胺蓝定量肝素的方法对改性表面的理化性质进行表征;用荧光染色法和扫描电镜观察表面血小板的粘附数量及形态;通过APTT检测不同样品表面的凝血时间;通过荧光染色法和CCK-8细胞增殖活性检测对改性表面的内皮细胞生长行为进行评价。结果显示,构建的纳米颗粒成功固定于316L不锈钢表面,改性后的表面具有良好抗凝效果(1 h),且样品体外浸泡0,5和15 d后,依然保持良好的持续抗凝血性;同时,改性后的样品表面内皮细胞数量、形态、活性等生物学行为保持良好,具有明显促内皮再生的潜能。纳米颗粒引入心血管材料表面为其生物功能化提供了一种可行方法。
  • 热循环对铜包铝母排显微组织与力学性能的影响
    王 冰,刘 平,刘新宽,王子延,陈小红,刘小稚
    功能材料. 2016, 47(12): 12104-12109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.016
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    在自主开发的热循环试验机上对铸轧法生产的铜包铝母排进行了热循环试验。为了研究不同热循环温度与热循环次数对结合界面显微组织与力学性能的影响,在200,250和300 ℃的热循环温度下分别完成了2 000,600和100次的热循环试验。采用ZWICK-Z050电子万能材料试验机测试界面结合强度,用扫描电子显微镜(SEM)和偏光显微镜(PM)观察界面形貌,用电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)进行物相分析。结果表明,热循环温度为200 ℃时,随着循环次数的增加,界面结合强度先增大后减小,界面结合层宽度先减小后增大;热循环温度为250或300 ℃时,随着循环次数的增加,界面结合强度显著减小,界面结合层宽度明显增大;界面结合层宽度越大,结合强度越低;界面中间化合物主要为Al2Cu、Cu9Al4和CuAl,其中铜侧主要是Cu9Al4和CuAl相,铝侧主要是Al2Cu相;200～300 ℃范围内的热循环并未引起中间化合物质或量的改变。
  • ZrW2O8薄膜的合成及结构表征
    孙秀娟,左方圆,焦 雷,程晓农,杨 娟,刘芹芹
    功能材料. 2016, 47(12): 12110-12113. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.017
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    以溶胶凝胶法制备负热膨胀性ZrW2O8薄膜。以X射线粉末衍射,扫描电子显微镜、X射线光电子能谱对产物结构及形貌进行表征,结果表明所得薄膜为单一立方结构ZrW2O8相。所得ZrW2O8薄膜无明显裂纹,但存在孔洞。从整体上看,薄膜由棒状颗粒组成,其间分布由小颗粒构成的、连接成片的薄膜。薄膜厚度约为500 nm。ZrW2O8薄膜在可见光区域是完全透光的,在紫外光区域有两个吸收峰,分别位为348.3和277.2 nm。
  • Sr0.5Ba0.5TiO3/La0.5Sr0.5CoO3双层薄膜的微观结构
    王明光,祁 阳
    功能材料. 2016, 47(12): 12114-12117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.018
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    采用脉冲激光沉积法在(001)LaAlO3衬底上制备了Sr0.5Ba0.5TiO3/La0.5Sr0.5CoO3薄膜,利用透射电子显微镜对薄膜的微观结构进行了研究。结果表明,底电极La0.5Sr0.5CoO3在LaAlO3衬底上外延生长并形成立方-立方取向关系。不同于块体结构,LSCO薄膜发生了结构转变,形成一种氧缺位有序调制结构。整个薄膜由大量取向畴组成,其中包含一些层错与反相畴界等缺陷。生长温度为500 ℃时,Sr0.5Ba0.5TiO3薄膜为柱状多晶结构;当温度升高至820 ℃时,薄膜为缺陷较少的单晶结构。
  • CrAlN/WS2纳米多层膜的微观结构和力学性能研究
    刘京京,李 伟,孟 佳,刘 平,张 柯,马凤仓,刘新宽,陈小红,何代华
    功能材料. 2016, 47(12): 12118-12123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.019
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    采用反应磁控溅射工艺在Si基体上沉积了不同调制周期的CrAlN/WS2纳米多层膜,采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、纳米压痕仪和HSR-2M涂层摩擦磨损试验机、扫描电子显微镜(SEM),研究了调制周期对CrAlN/WS2纳米多层膜微观结构和力学性能的影响。研究结果表明,WS2层厚度低于0.8 nm时,六方结构的WS2在CrAlN的模板作用下转变为B1-NaCl型面心立方结构并与CrAlN层发生共格外延生长,使薄膜得到强化,在WS2层厚度为0.8 nm时,薄膜硬度和弹性模量达到最大,分别为37.3和341.2 GPa。随着WS2层厚度的进一步增加,WS2又转变回六方结构,使薄膜共格外延生长结构破坏,结晶度降低,耐磨性增强,硬度和弹性模量减小。CrAlN/WS2纳米多层膜的摩擦系数均在0.2~0.3之间,远低于单层CrAlN的摩擦系数的0.6,磨损率亦明显减小。获得了综合力学性能优异的CrAlN/WS2纳米多层膜。
  • 磷酸盐水泥碳纤维复合材料的导电性能研究
    易 峰,丁 铸,夏玉莹
    功能材料. 2016, 47(12): 12124-12128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.020
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    以高掺量粉煤灰磷酸盐水泥为基体,短切碳纤维为功能材料,制备出了磷酸盐水泥碳纤维复合材料(PCFC),同时制备了碳纤维硅酸盐基复合材料(CFRC),并利用压力试验机、交流电桥和SEM对二者的基本力学性能、导电性能及内部碳纤维分布进行了对比研究。此外还考察了碳纤维掺量、龄期对PCFC导电性能的影响。结果表明,PCFC相比CFRC在同等碳纤维掺量的情况下力学增强效果更好、导电性能更为优越;机理分析表明PCFC中存在二次“渗流”现象,而CFRC试体中则没有。SEM照片显示碳纤维掺量较高时,PCFC中的碳纤维分散得更好;龄期实验结果表明,当碳纤维掺量超过1.4%时,龄期对PCFC的导电性影响较小,具有良好的导电稳定性。
  • 碳纳米管包覆量对天然石墨负极材料的电化学性能的影响
    邓凌峰,彭辉艳,覃昱焜,吴义强
    (中南林业科技大学 材料科学与工程学院,长沙 410004)
    功能材料. 2016, 47(12): 12129-12133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.021
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    用溶胶-凝胶法将碳纳米管(CNT)包覆到天然石墨的表面,提高其充放电比容量和循环寿命性能,并研究了不同含量的碳纳米管对天然石墨电化学性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电化学测试等对CNT/天然石墨复合材料进行表征。结果表明,碳纳米管能在电极中构建空间三维导电网络,同时保留了天然石墨的晶体结构。随碳纳米管含量增加,复合材料的充放电比容量和循环稳定等电化学性能先升高后降低。碳纳米管包覆的质量分数为7%时,复合材料的综合性能最佳。在0.1 C,CNT/天然石墨负极材料放电比容量为427 mAh/g,比纯天然石墨(356 mAh/g)提高了20%,循环100次后容量保持率仍有93.6%。
  • m(M)/m(P)比值对磷酸镁水泥干燥收缩的影响及机理研究
    戴丰乐,齐召庆,汪宏涛,姜自超,张时豪,丁建华
    功能材料. 2016, 47(12): 12134-12138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.022
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    研究了m(M)/m(P)比值对磷酸镁水泥干燥收缩行为的影响,采用温度记录仪、压汞仪、X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪等分析手段探讨了m(M)/m(P)比值对磷酸镁水泥干燥收缩的作用机理。结果表明,随着m(M)/m(P)比值的增大,磷酸镁水泥水化初期的膨胀量以及干燥收缩减小;水化8 h左右水泥开始收缩,龄期达到20 d左右收缩趋于稳定;磷酸镁水泥收缩量的减少,是由于m(M)/m(P)比值的增大导致磷酸镁水泥水化温度降低,孔隙率增大,水化产物MgKPO4·6H2O减少,水化产物结构趋于疏松。
  • N空位、Ga空位对GaN∶Mn体系电磁性质和光学性质影响的第一性原理研究
    蒋联娇,符斯列,秦盈星,李健翔
    功能材料. 2016, 47(12): 12139-12146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法分别计算了VGa和VN距掺入Mn原子为近邻、次近邻、远近邻各3种情况下GaN体系的电子结构和光学性质,分析比较了空位的不同位置对Mn掺杂GaN体系磁性的影响。计算结果表明,Mn掺杂会导致GaN体系带隙增大且体系表现为半金属铁磁性;VN的存在会增强缺陷复合物体系的铁磁性,且随着VN相对杂质Mn距离越近,体系总磁矩增加;而VGa的存在会降低缺陷复合物体系的铁磁性,且随Ga空位相对杂质Mn距离越近,体系总磁矩减少。不同位置的VGa和VN均会导致缺陷复合物体系主吸收峰和光吸收边相对于单Mn掺杂而言向低能方向移动,出现红移现象。
  • 半导体P-N型温差发电器件热电性能研究
    王长宏,李 娜,林 涛,吴浩东
    功能材料. 2016, 47(12): 12147-12151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    区熔法工艺制备的Ti2Be3温差发电材料,以PN结为研究对象。通过有限体积法对单对半导体PN结模型的温度、流场进行模拟,并用热阻分析法对传热过程进行计算,考虑热电转换过程受PN结空腔内气体对流、热传导和辐射的影响。研究结果表明,数值模拟和热阻分析法所得结果吻合,芯片传热过程中陶瓷基板热阻耗散46%的温差,且当热端温度达1 000 K时,辐射传热量占总传热量的37%;因此对半导体PN结模型进行优化,适当降低陶瓷基底热阻有利于提高半导体PN结实际温差和应用价值。
  • 磁控溅射铜薄膜微观结构对其电爆性能的影响
    胡云钦,邱林俊,代 波,魏贤华,任 勇,葛妮娜,龙 震
    功能材料. 2016, 47(12): 12152-12156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用直流磁控溅射法在不同溅射功率和工作气压条件下沉积Cu薄膜,对其进行X射线衍射、原子力显微镜、电阻率测试,分析了工艺参数对Cu薄膜的沉积速率、微观结构和电阻率的影响。通过紫外光刻技术将Cu薄膜制成桥箔,采用电爆测试平台获得Cu桥箔的电爆参数,研究了Cu薄膜的晶粒尺寸、择优取向对其电爆性能的影响。结果表明:随溅射功率的增大,Cu薄膜的沉积速率增加、晶粒尺寸增大、Cu(111)晶面择优取向特性变差,且电阻率降低;随溅射工作气压增大,Cu薄膜的沉积速率降低、晶粒尺寸减小、Cu(111)晶面择优取向越明显,且电阻率增加。对于相同桥区参数的Cu桥箔,晶粒尺寸越小,其爆发时刻就越早;Cu(111)晶面择优取向越明显,其爆发电流和峰值功率就会越大。
  • 微掺杂Ni对纳米多孔铜微观结构和电化学性能的影响
    王子玉,刘旭燕,潘 登
    功能材料. 2016, 47(12): 12157-12161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    利用高频感应熔炼和熔融快淬方法制备出Cu-Al-Ni快淬条带。在稀盐酸高温水浴条件下对所得条带进行脱合金,成功制备出纳米多孔铜。采用XRD和SEM对脱合金前后条带的相组成和微观形貌进行分析。结果表明,快淬合金条带物相由四方Al2Cu和立方Al4Cu9相组成。条带经脱合金后获得双连续结构的纳米多孔铜,而且所得纳米多孔铜孔径会随Ni含量的增加而减小。电化学测试表明,掺杂Ni的Cu-Al合金条带所制备出的纳米多孔铜在碱性条件下,电氧化甲醇的电流密度较未掺杂Ni制备出的纳米多孔铜有一定程度的提升,其中Ni掺杂量为5%(原子分数)时纳米多孔铜电氧化甲醇的电流密度可提升3.5倍。
  • 钠离子电池用膨胀石墨的电化学法制备及性能探究
    李 欢,曹晓燕,韩晓琪,王 玮
    功能材料. 2016, 47(12): 12162-12168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    为了探究膨胀石墨的储钠性能,利用电化学法制备了膨胀石墨,采用XRD对其结构进行了表征,并利用恒电流充放电、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)对其储钠性能进行了分析。结果表明,鳞片石墨经过电化学氧化再经过高温瞬时膨胀之后,层间距略微增大,但依然保持着石墨的层状结构。以二乙二醇二甲醚(DEGDME)为电解液,膨胀石墨对钠离子表现出较好的嵌/脱钠容量、倍率性能和循环性能:当电流密度为700 mA/g时,其可逆比容量为110.9 mAh/g,是10 mA/g时容量的66.8%。在100 mA/g电流密度下循环100次时,其第100次循环时的放电比容量为154.8 mAh/g,第一次循环时的放电比容量为134.8 mAh/g,容量保持率为114.8%。通过PITT测试,得出钠离子在膨胀石墨中的化学扩散系数为DNa+=7.7×10-8 cm2/s。
  • 苯胺-对苯二胺共聚物纳米材料的合成和结构表征
    侯婧莉,沈一丁,王海花,费贵强,胡苗苗,王 雪
    功能材料. 2016, 47(12): 12169-12172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.028
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用化学氧化无模板法,以苯胺和对苯二胺为单体,盐酸为掺杂剂,过硫酸铵为氧化剂,经氨水脱掺杂合成出聚苯胺(PANI)、聚对苯二胺(PPDA)、苯胺-对苯二胺共聚物P(ANI-PDA)纳米材料。用红外光谱(FT-IR)、紫外可见分光光谱(UV)、X-衍射光谱仪(XRD)、热重分析仪(TGA)和扫描电镜(SEM)对3种聚合物的结构、结晶度、热稳定性和微观形貌进行表征分析,并测试了3种聚合物在水中的分散性。结果表明,与PANI相比,PPDA和P(ANI-PDA)中醌式结构较少,PANI的热稳定性最好;PANI的形貌为无规则的多孔颗粒团聚结构,PPDA和P(ANI-PDA)的微观形貌中出现了大量的纳米片状和棒状结构,通过XRD分析和聚合物在水中分散性测试得出P(ANI-PDA)的结晶度最高,在水中的分散性最好,说明纳米片状结构有利于提高聚合物的结晶度和在水中的分散性。
  • 掺加卤化钠改善金属镁的初始活化性能
    邱树君,马星宇,王二锐,黄建灵,张 湛,褚海亮,邹勇进,向翠丽,
    徐 芬,孙立贤,Huot Jacques
    功能材料. 2016, 47(12): 12173-12177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.029
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    金属镁用作储氢材料时由于表面存在氧化膜,在首次吸氢反应过程中需要一定的时间活化,即存在着吸氢孕育期。为了消除这个孕育期,本文利用高能机械球磨法在金属镁中掺杂卤化钠(NaCl和NaBr)。结果表明,加入NaCl、NaBr添加剂后,样品Mg-NaCl和Mg-NaBr在2 000 kPa氢气压力下,573和608 K时的首次吸氢反应中均没有检测到孕育期的存在,吸氢量分别为5.6和5.0%(质量分数)。虽然利用高能机械球磨法掺杂卤化钠能显著改善金属镁的首次吸氢反应动力学性能,但在调控热力学性能方面没有发挥太大的作用。
  • 氧化石墨烯增强聚苯乙烯/硬脂酸丁脂微胶囊相变材料的研究
    郭军红,张鹏中,慕 波,邵竞尧,杨保平,崔锦峰
    功能材料. 2016, 47(12): 12178-12183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.030
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)对氧化石墨烯(GO)进行功能化改性,得到改性氧化石墨烯(MGO),以MGO和苯乙烯单体的复合体系为囊壁,硬脂酸丁酯为芯材,通过种子微悬浮聚合法制备氧化石墨烯增强聚苯乙烯/硬脂酸丁酯微胶囊相变材料(MGO-MicroPCMs)。利用红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、接触角测试仪、粒度分析仪、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)和纳米压痕仪等表征了MGO-MicroPCMs的化学组成、微观结构、热性能和力学性能。结果表明,MGO-MicroPCMs为粒径分布均匀的球形结构,随着MGO含量增加,平均粒径减小,分布变窄,密封性逐渐提高,当添加0.6%(质量分数)MGO时微胶囊渗透性降低了32.17%,微胶囊的硬度从5.83 MPa增大到11.79 MPa,同时热稳定性和亲水性也明显改善。
  • 类仙人球状Ag3PO4/ZnO纳米棒阵列异质结的构筑及光催化性能研究
    杨 欣,蒋冰心,朱立国
    功能材料. 2016, 47(12): 12184-12188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.031
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用晶种异质外延生长法合成制备结构新颖、性能稳定的类仙人球状的Ag3PO4立方微晶(MC)/ZnO纳米棒阵列(NRs)异质结。利用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)表征样品形貌,X射线衍射仪(XRD)表征晶体结构。通过有机染料罗丹明B(RhB)的降解率及循环降解能力测试,研究其催化活性及稳定性。实验结果表明,制备的Ag3PO4 MC/ZnO NRs异质结表现出良好的光催化活性及稳定性;在可见光区域催化降解RhB的实验中,降解率高达98%。Ag3PO4 MC/ZnO NRs异质结独特的复合结构为催化反应提供大量的催化活性位点,有效提高催化反应的活性,同时降低了光生电子-空穴电荷对的复合率,从而极大地增强了光催化效率。
  • W元素对CrWMn铁基TIG焊熔敷层耐液态PbBi腐蚀性能的影响
    黄 飞,雷玉成,张 鑫,刘发强,朱 强
    功能材料. 2016, 47(12): 12189-12194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    研究了550 ℃时, CrWMn铁基熔敷层在动态液态PbBi共晶合金(LBE)中的耐磨耐蚀性能以及钨化物对其的影响。4个W含量不同的试样放置在相同流速处。4个试样均出现明显的腐蚀,元素溶解,以及少量的PbBi渗透。熔敷层表面均生成双氧化层,外层为疏松多孔的Fe3O4,内层为致密的FeCr2O4和(Fe0.6Cr0.4)2O3,且内外层均含少量的钨化物。WC添加量在3.73%～5.33%时,熔敷层显微硬度值最大,外层厚度较大,磨损较少,内层厚度较小。含量适中的钨化物提高了熔敷层耐蚀耐磨性能,保护熔敷层下铸造316L构件表面。
  • 微波法制备石墨烯包覆硅材料及其性能研究
    王力臻,刘静杰,方 华,高海丽
    功能材料. 2016, 47(12): 12195-12201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    利用XRD、Raman、FT-IR、TEM、循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等方法研究了微波法制备的石墨烯包覆硅材料(Si/RGO)的结构、形貌及其电化学性能。XRD、Raman、FT-IR结果表明,微波加热能够将氧化石墨烯还原为石墨化程度较低且无序度增加的石墨烯;TEM显示石墨烯均匀包覆着纳米硅,包覆厚度大约为4 nm;充放电结果表明,石墨烯包覆硅材料具有较高的可逆比容量、良好的倍率性能和较好的循环稳定性,在400 mA/g电流密度下,首次脱锂比容量为1 747 mAh/g,库伦效率为67.4%,经3次循环之后,每一循环电量转换效率均在98%以上,循环100周后,可逆的嵌脱锂比容量仍可达1 175 mAh/g。
  • 涂层溶液粘度对SmBa2Cu3O7-x超导薄膜结构和性能的影响
    王 振,王文涛,张 欣,雷 鸣,王明江,赵 勇
    功能材料. 2016, 47(12): 12202-12205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.034
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用自主开发的无氟化学溶液沉积法在(00l)LaAlO3单晶片上制备了SmBa2Cu3O7-x(SmBCO)超导薄膜,研究了涂层溶液的粘度对SmBCO超导薄膜织构、微结构及超导性能的影响。通过调节前驱溶液中高分子的添加量来调控涂层溶液的粘度。结果表明,不同高分子添加量的涂层溶液制备的薄膜均具有较好的c轴单晶取向,其中高分子添加量为4%的涂层溶液制备的超导薄膜表面更加平整、致密,显示了良好的晶粒连接性。此外,该粘度的涂层溶液制备的薄膜超导转变温度为89.5 K,临界电流密度(65 K,自场)达到1 MA/cm2以上,显示了较好的超导电性。
  • 疲劳加载因素对橡胶钢丝复合体粘合性能的影响
    李 利,刘潇冬,肖培光,王江忠
    功能材料. 2016, 47(12): 12206-12211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.035
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    为了探究疲劳加载对橡胶钢丝复合体粘合性能的影响,采用动态测量与静态测量相结合的办法,研究疲劳频率、疲劳加载次数和动态疲劳后停放时间对橡胶钢丝复合体粘合性能的影响,结果表明,随着疲劳频率的逐渐提高,试样断裂时拉伸伸长量表现出明显降低的趋势;橡胶钢丝复合体试样抽出粘合力和钢丝帘线的表面附胶量均随着疲劳次数的增加先增大后减小;同样,粘合力随着停放时间的延长也是先增大后减小,并且橡胶钢丝复合体疲劳后粘合力的恢复主要发生在停放初期。
  • 加成型高折射纳米ZrO2/有机硅杂化涂层的制备和性能研究
    钟敏花,杭建忠,孙小英,金鹿江,施利毅,陈 伟
    功能材料. 2016, 47(12): 12212-12216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.036
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以甲基乙烯基二甲氧基硅烷(MVDMS)、二苯基二甲氧基硅烷(DPS)和正丁醇锆为原料,异丙醇为反应介质,采用溶胶-凝胶法制得纳米ZrO2/乙烯基有机硅杂化树脂。然后在铂催化剂作用下,由乙烯基杂化树脂与苯基含氢硅油通过加成缩合,制得加成型纳米ZrO2/有机硅杂化涂层。研究了ZrO2摩尔分数对涂层的光学性能和热稳定性能的影响。结果表明,所有涂层在可见光区的透过率均在99%以上;涂层的折射率随ZrO2摩尔分数的变化在1.583~1.628内连续可调;涂层的热稳定性随着ZrO2摩尔分数的增加而降低。树脂的TEM显示ZrO2粒子均匀分散于杂化树脂中,粒径＜15 nm,无团聚现象。另外,LED灯具的封装结果显示,以ZrO2摩尔分数为30%的杂化树脂封装的LED出光效率可达125.1%。
  • 铈氧化物包覆金红石型钛白粉的耐候性研究
    陈 隆,侯清麟,段海婷,王靖文,侯熠徽
    功能材料. 2016, 47(12): 12217-12221. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.037
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用溶胶-凝胶法,制备了二氧化铈包覆金红石型钛白粉颗粒。采用罗丹明b紫外老化实验法,研究了氧气、表面包覆结构、表面包覆量以及铈、硅和锆无机盐氧化物对金红石型钛白粉耐候性的影响。结果表明,致密均匀的铈氧化物表面包覆能改善金红型钛白粉的耐候性,阻隔与周围氧气的接触;当铈氧化物包覆量为3%时,金红石型钛白粉的耐候性最好;铈氧化物比硅、锆无机盐氧化物能更好的改善金红石型钛白粉的耐候性能。
  • AZO@TiO2纳米晶须的制备及性能研究
    马 慧, 高 强, 刘卫华, 刘婉婉, 葛明桥
    功能材料. 2016, 47(12): 12222-12226. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.038
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    导电纳米晶须作为导电填料添加到材料中达到抗静电目的的研究在纳米技术兴起后发展迅速。其中开发色浅、环境友好、导电性好的导电纳米晶须受到广泛关注。通过化学共沉积法在TiO2晶须表面包覆一层AZO导电膜层,制备出导电AZO@TiO2晶须。采用四探针测试仪、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光分光光度计对晶须以及晶须修饰的织物进行测试表征,结果表明AZO@TiO2纳米晶须不仅具有优良的导电性能,而且具有良好的抗紫外性能。
  • Mg掺杂对Gd2Ce2O7热导率的影响
    单春阳,陈晓鸽,张红松,任 波,汤 安,党旭丹
    功能材料. 2016, 47(12): 12227-12229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.039
    摘要 ( ) 可视化 收藏
    以Gd2O3、MgO和Ce(NO3). 6H2O为原料,采用溶胶凝胶法制备了(Gd1-xMgx)2Ce2O7-x/2固溶体。用X射线衍射法分析了固溶体的相组成,用扫描电镜观察了其致密块体样品的显微组织,用激光脉冲法测试了固溶体的热扩散系数。结果表明,成功制备了纯净的具有萤石结构的(Gd1-xMgx)2Ce2O7-x/2固溶体,其致密块体结构致密,晶界清晰,较多的氧空位使(Gd0.95Mg 0.05)2Ce2O6.95具有最低的热导率,(Gd1-xMgx) 2Ce2O 7-x/2固溶体有潜力用作热障涂层表面陶瓷层材料。
    • 工艺·技术
  • 甲基丙烯酸电气石酯-乙酸乙烯酯共聚物的制备与表征
    李梦灿,胡应模,李云华,候春燕,刘 权,刘雨航
    功能材料. 2016, 47(12): 12230-12234. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.040
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    为了合成含电气石功能聚合物,采用甲基丙烯酸酐对电气石进行表面改性,在电气石表面引入双键,制备了甲基丙烯酸电气石酯,而后与乙酸乙烯酯进行共聚反应,合成了甲基丙烯酸电气石酯-乙酸乙烯酯共聚物。通过IR、XRD、SEM等手段对其进行结构和形貌表征,结果表明,电气石粉体成功引入到共聚物中,具有优良的分散性和储存稳定性。且甲基丙烯酸电气石酯-乙酸乙烯酯共聚物成膜后具有良好的力学性能和优异的负离子释放量、远红外辐射性等性能。
  • MPEE-CVD法可控多层石墨烯制备
    陈鑫耀,田 博,蔡伟伟
    功能材料. 2016, 47(12): 12235-12239. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.041
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    石墨烯是有着诸多优异的物理和化学性能的蜂窝状二维晶体材料,在多个领域展现出令人振奋的应用前景。然而,可控制备高质量、大面积石墨烯仍然是一个难题。通过使用市售微波炉改造成的微波等离子体刻蚀辅助化学气相沉积系统(MPEE-CVD),研究等离子体刻蚀对石墨烯生长机制的影响,优化生长条件,成功实现了可控多层石墨烯的制备,为进一步研究多层石墨烯的应用提供了有效和可靠的可控制备方法。
  • 3层结构抗菌型牙槽骨修复膜的制备和检测
    张 良,谭铭浩,阳范文,朱继翔,田秀梅,陈晓明
    功能材料. 2016, 47(12): 12240-12245. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.042
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    设计和制备一种适合口腔牙槽骨缺损修复的多层功能膜。利用溶液铺展法和静电纺丝法制备3层多功能膜;通过扫描电镜得到修复膜微观形貌结果,力学性能测试结果得到拉伸强度为6.5 MPa;进行模拟体液的药物释放发现释放时间可持续3 d。结果表明,3层多功能膜引入致密PCL层获得更高的机械强度,添加明胶抗菌层获得了抗菌功能。
  • Fe-Cr合金连接体NiMn2O4涂层的制备及性能研究
    张 勇,柴杭杭,支 龙,赵之彧,蒲 健,邢亚哲
    功能材料. 2016, 47(12): 12246-12249. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.043
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    Fe-Cr铁素体合金是中低温固体氧化物燃料电池理想的连接体材料,但其在高温下缺乏良好的抗氧化性能,影响了电池的高效安全运行。采用传统溶胶-凝胶提拉技术在预氧化处理Fe-Cr合金连接体表面制备NiMn2O4保护涂层,并系统研究了涂层对合金连接体高温微观组织结构、抗氧化性能及导电性能的影响规律。研究结果表明,溶胶-凝胶提拉法能够在预氧化处理Fe-Cr合金连接体表面制备出均匀致密,与基体结合良好的NiMn2O4保护涂层。经800 ℃空气中168 h高温氧化,涂覆NiMn2O4涂层后合金连接体的高温氧化速率仅为涂覆前的1/3,且涂覆涂层后合金连接体较涂覆前具有较低的长时间稳定的面比电阻(10 mΩ·cm2)。
  • 分散剂对PZTS-SZTS压电陶瓷组织与性能的影响
    程 程,彭贵贵,郑德一,张 浩,胡顺敏,张 静
    功能材料. 2016, 47(12): 12250-12254. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.044
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    选择了Pb0.88Sr0.12Zr0.54Ti0.44Sb0.02O3作为研究的基础配方,采用氧化物混合烧结工艺制备压电陶瓷片。在球磨前加入柠檬酸铵分散剂,研究添加柠檬酸铵分散剂对锆钛酸铅锶系压电陶瓷Pb0.88Sr0.12Zr0.54Ti0.44Sb0.02O3组织与性能的影响。通过X射线衍射(XRD)和电子扫描显微镜(SEM)分别对压电陶瓷的晶体结构以及材料的内部组织进行了分析。结果表明,柠檬酸铵分散剂的加入促进钙钛矿相的出现,获得了三方相与四方相共存的准同型相界;研究了添加不同浓度分散剂对压电陶瓷的压电性能一致性的影响。添加分散剂柠檬酸铵后,压电陶瓷综合性能变好,同一批次多片陶瓷样品的各参数一致性变好,当分散剂柠檬酸铵w=5%时,压电陶瓷的压电常数d33为597.75 pC/N,机电耦合系数Kp为0.662,介电损耗tanδ为2.09%。
  • 锂铝基类水滑石的制备及其光催化性能表征
    孔婷婷,张颖萍,张亚刚,周安宁
    功能材料. 2016, 47(12): 12255-12260. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.045
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    CO2作为温室气体的主要成分,其捕集与光催化利用已成为减排的主要手段。高效节能的CO2吸附剂和光催化剂的制备成为近年来研究的热点。本文采用共沉淀法,制备了一系列类水滑石Li/Al-LDHs(Li/Al- layered double hydroxides)催化剂。通过原子吸收光谱(AAS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)、紫外可见分光光度计(UV)等技术对样品进行表征。考察了不同制备条件(pH值、水浴时间)及Ti4+的添加对类水滑石的结构、形貌及CO2光催化性能的影响。结果表明,pH值在7~8,水浴时间为36 h时的Li3Al1-LDHs结晶度最好。不同摩尔比的Li/Al-LDHs均具有光催化反应活性;Ti1Li3Al1-LDHs的光催化性能较好,CH4产率较高。
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