功能材料

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温度梯度溶液法生长ZnTe晶体时生长界面的优化设计

殷利迎, 介万奇, 王涛, 周伯儒, 杨帆, 査钢强

功能材料. 2017, 48(4): 4001-4006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.001

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为了优化用温度梯度溶液法(TGSG)生长ZnTe晶体时的生长界面,设计了一种由莫来石圆筒及其内部的圆柱形石墨芯组成的安瓿支撑结构。用有限元的方法数值模拟了这种支撑结构对生长过程中各种传输现象及生长界面形貌的影响。模拟结果显示,晶体生长开始时,溶液内存在上下两个顺时针方向的涡流。随后,靠近生长界面的涡流很快消失,远离生长界面的涡流逐渐缩小,并向溶液顶部移动。生长界面前的对流消失后,ZnTe溶质以扩散形式向生长界面传输。生长界面最开始为凸界面,待生长至晶锭总长度的1/3处时转为平直界面,之后转为凹界面。生长界面深度始终明显小于未采用本支撑结构时的生长界面,也没有出现生长界面的分段现象。这样的生长界面将有利于提高ZnTe晶体的单晶率及结晶质量。

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硅藻土调湿材料的性能及调湿机理研究

胡明玉, 付超

功能材料. 2017, 48(4): 4007-4012. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.002

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通过实验测试了硅藻土调湿材料的强度、耐水性、调湿性能,并根据扫描电镜微观分析及材料的吸附/解吸理论研究了硅藻土材料的调湿机理。研究表明,通过无机改性掺合料的作用,可以使硅藻土调湿材料28和60 d抗压强度分别大于5和6 MPa,软化系数分别达到0.65和0.74。硅藻土调湿材料的最大平衡含湿率近20%,且吸放湿速率高,具有优异的调湿性能。硅藻土调湿材料对空气中水分子的作用主要为毛细孔道效应和表面化学作用,其次为表面物理吸附作用。

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一种新型纳米转光膜的制备及增温效应

邵毛妮, 周宁琳, 李文秀, 袁平, 苏玉天, 张明, 池铖

功能材料. 2017, 48(4): 4013-4017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.003

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通过熔融插层法制备了具有光转换功能的纳米聚乙烯薄膜,用XRD、UV-Vis、FL、TGA等方法对转光膜的性能进行了分析研究,结果表明新型纳米转光膜能有效地吸收对植物有害、对温室棚膜有破坏作用的206～360 nm的紫外光,发射360～500 nm的蓝紫光,且其具有良好的抗荧光衰减性能。转光膜在红橙光和蓝紫光区的光质比例分别比对照高2.43%和1.82%,有利于植物进行光合作用,且在UV-A、UV-B、UV-C光区的光质比例分别低于对照1.35%,4.97%,5.54%,这在一定程度上会降低紫外线对塑棚温室内作物及棚膜的损害。与对照膜相比,纳米转光膜有良好的保温性能,且可有效提高塑棚温室内的空气温度和土壤温度,利于作物生长,农田试验结果表明,新型纳米转光膜可有效促进生菜的生长,用其处理的生菜鲜重比对照增加了14.03%,可有效提高作物的产量。

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超亲水超疏油聚合物膜处理含油废水的研究进展

沈舒苏, 张干伟, 杨晶晶, 周晓吉, 白仁碧

功能材料. 2017, 48(4): 4018-4024. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.004

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对近年来国内外对具有油水分离能力的有机聚合物膜的研究进行了综述,从聚合物的合成、膜的制备及膜的性能等方面进行了总结。

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钛钢复合板界面特征研究述评

王宽, 朱海平, 宋振莉, 陶勃然, 王莹, 何维均, 栾佰峰

功能材料. 2017, 48(4): 4025-4032. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.005

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钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性,被广泛应用于各种化学反应容器制造、热交换器材料等防腐蚀领域,但其应用范围因成本过高而受到限制。钛钢复合板同时兼具钛的耐蚀性和钢的强韧性,又具有良好的性价比,拥有广泛的工程应用前景,成为近年来的研究热点。对国内外近十几年来关于钛钢复合板的研究情况进行综合评述,概括了钛钢复合板的典型制备方法,重点讨论了界面组织特征和界面结合机理,以及热处理温度对界面特征和结合强度的影响规律。最后结合相关文献的分析以及实际工程的需求,指出了钛钢复合板未来的研究方向和发展前景。

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石墨烯量子点的表征分析技术

程朝歌, 李敏, 吴琪琳

功能材料. 2017, 48(4): 4033-4040. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.006

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石墨烯量子点自首次发现以来便受到广泛的关注,然而由于石墨烯量子点结构的异质性,目前对于其发光机理的研究仍不明晰。借助现代分析表征技术全方位地解析石墨烯量子点的微观结构,对深入研究其发光机理具有重要意义。介绍了用于石墨烯量子点微观结构研究的一些常规表征手段及其发展现状,并对近期用到的一些先进表征技术(特别是联用技术)在石墨烯量子点微观结构和生物成像方面的研究进行了综述。最后对石墨烯量子点的表征技术以及研究趋势进行了展望。

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L1₀相Fe/Co基磁性纳米粒子的研究进展

张真荣, 刘进军

功能材料. 2017, 48(4): 4041-4048. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.007

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面心四方(fct)结构的L1₀相Fe/Co基磁性纳米粒子具有高的磁晶各向异性、极小的超顺磁临界尺寸、优异的化学稳定性,在生物医药、数据存储、磁流体、催化、永磁体等方面具有广泛的应用价值,成为当前纳米科技研究的热点。针对近年来L1₀相Fe/Co基磁性纳米粒子的化学制备方法进行了概述分析,并介绍了化学无序的面心立方(fcc)结构Fe/Co基纳米粒子在有序化退火方面的研究进展。对目前研究中存在的问题进行了探讨,并就其今后的发展方向进行了展望。

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生物分子“盖帽”的介孔硅药物控释系统

曾胚羡, 郑少秋, 曹婷, 朱春玲

功能材料. 2017, 48(4): 4049-4059. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.008

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介孔硅纳米颗粒在药物控释系统中具有重要的科研价值和广阔的应用前景,这方面的研究已成为当今生物医药领域共同研究热点之一。而生物分子由于其生物相容性好、可降解、无毒副作用、靶向性强等优点被广泛应用于修饰介孔硅纳米颗粒。综述了用不同种类生物分子作为“帽子”修饰介孔硅的研究进展,着重介绍生物分子与介孔硅表面的连接作用方式及脱离机制。最后还对当前研究的热点及研究中存在的问题进行了评述与展望,希望为药物控释体系未来的研究提供借鉴与思路。

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纳米铜的湿化学合成及其应用

谢汉文, 田宇, 杨万亮, 付伯艳, 田蒙奎

功能材料. 2017, 48(4): 4060-4065. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.009

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纳米铜因其原料价格低廉、性能稳定及特殊的物理化学性质,在催化、电子、抗菌、润滑剂等领域都有着广泛的应用。湿化学法制备纳米铜对于实验条件制约较小,反应过程中容易对变量进行控制。对湿化学法制备纳米铜进行了综述,重点介绍了溶剂、前体、活性剂、分散剂以及还原剂等的选择,描述了纳米铜的尺寸,形貌等特征,阐明了其生长机理。另外,对纳米铜在不同领域如透明导电电极、导体、传感器、生物医药和催化剂等方面的应用进行了综述。

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纳米多孔PtTiCu催化剂的制备及其电化学性能的研究

赵圆圆, 印会鸣, 何美凤, 周凯, 潘登

功能材料. 2017, 48(4): 4066-4071. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.010

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采用单辊旋淬方法制备了成分和结构均匀的铂钛铜合金条带,通过脱合金方法进行选择性腐蚀得到了具有三维双连续孔洞结构的纳米多孔铂钛铜(np-PtTiCu)催化剂。将np-PtTiCu作为三电极测试体系中的工作电极,利用循环伏安法表征了其对甲酸、乙醇和甲醇的电催化氧化性能以及抗CO中毒能力,利用恒电位极化方法表征了其电催化稳定性。结果表明,np-PtTiCu催化剂比Pt/C催化剂具有更高的电催化活性,更好的抗CO中毒能力和稳定性,这些性能的改善与电极材料的多孔结构有关。

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纳米多孔金薄膜的电催化氧化水合肼性能研究

王艳, 印会鸣, 周凯, 潘登

功能材料. 2017, 48(4): 4072-4074. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.011

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通过脱合金方法对金银合金薄膜进行选择性腐蚀得到了具有三维双连通结构的纳米多孔金(NPG)。将NPG作为三电极测试体系中的工作电极,利用循环伏安法表征了其在碱性条件下对10 mmol/L的水合肼溶液的电催化性能。结果表明,纳米多孔金对水合肼的电催化氧化不仅峰电流强度比纯金电极高一个数量级以上,而且起峰电位很低,表现出很高的电催化氧化性能,这种优越的电催化性能和它的高比表面积以及多孔结构紧密相关。

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化学水浴沉积制备三维V₂O₅薄膜电极及其电容性能

田颖, 刘宗宇, 刘晓, 黄丽萍

功能材料. 2017, 48(4): 4075-4079. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.012

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采用化学水浴沉积法在泡沫镍表面原位生长V₂O₅薄膜,以扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征电极的形貌和晶体结构,采用氮气物理吸脱附测量样品的比表面和孔分布。形成的斜方晶系V₂O₅呈现三维花状形貌,比表面和平均孔径分别为68.7 m²/g和7.2 nm。采用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电技术考察了V₂O₅薄膜电极在3 mol/L KNO₃溶液中的电化学电容性能。结果表明,三维花状结构形成的较大的比表面和大孔隙使得电极具有较好的赝电容性能,在电流密度为1,2和3 A/g时比电容分别达到392,338和276 F/g,且具有良好的循环稳定性。

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静水作用下沥青混合料强度衰减规律

高俊启, 徐渊, 鲁洪强, 盛余祥

功能材料. 2017, 48(4): 4080-4084. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.013

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将现场取芯的沥青混合料试件真空饱水后长期放置于静水中,定期测定试件的吸水率,采用劈裂试验和冻融劈裂试验测定试件的劈裂强度和TSR,采用60 ℃劈裂试验及无侧限抗压强度试验测定粘结力和内摩擦角,运用两种拟合方法对沥青混合料粘结力和内摩擦角变化趋势进行拟合。结果表明,沥青混合料试件初期阶段吸水率迅速增加,后期水分进入微空隙,吸水率增加缓慢;长期静水作用下沥青混合料的劈裂强度和冻融劈裂强度比均下降,前6个月下降速率较大,后期逐渐变慢,前期的下降速率是后期的3～4倍。在长达12个月的静水作用下,沥青混合料粘结力下降0.08 MPa,呈线性变化;内摩擦角下降10.3°,呈二次抛物线变化。

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咪唑-1-乙酸改性壳聚糖仿生合成碳酸钙

陈彰旭, 郑炳云, 黄晓丹, 连小花, 吴宝蓉

功能材料. 2017, 48(4): 4085-4089. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.014

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以咪唑-1-乙酸改性壳聚糖(IACS)为生物模板仿合成碳酸钙,探讨了体系pH值和陈化时间等因素对碳酸钙的晶型和形貌的影响,利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线粉末衍射分析仪(XRD)、傅里叶红外光谱分析仪(FT-IR)对所合成的碳酸钙进行表征。结果表明,在纯水体系中所合成单一的立方体方解石晶型,而在组氨酸、咪唑-1-乙酸、咪唑-1-乙酸改性壳聚糖单独体系中则还有球状球霰石晶体呈现。在投加咪唑-1-乙酸改性壳聚糖有机基质体系中,当pH值从6.00升至9.00时,仿生合成球状球霰石的含量从75.9%缓慢降至54.6%;而缩小陈化时间,则有利于形成球霰石晶体。因此,利用IACS有机基质可以有效调控碳酸钙的晶型和形貌,也为仿生合成其它生物矿物提供借鉴。

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纳米氧化铜与氧化锡复合物(SnO₂-CuO)催化剂的制备及CO₂电催化还原性能研究

马承愚, 孙唯, 查向浩, 范梦阳, 张晏静

功能材料. 2017, 48(4): 4090-4095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.015

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采用共沉淀法制备SnO₂-CuO复合纳米催化剂,用于温室气体CO₂电催化还原。实验结果表明:催化活性的强弱取决于复合催化剂中的SnO₂和CuO的摩尔比。催化剂SnO₂(50%)-CuO(50%)的催化条件为最优,起峰电位可达到-0.75 V,而在-1.25 V时的最大电流密度能达到约-24 mA/cm²。测试结果表明,SnO₂(50%)-CuO(50%)/GDL的电容为200 μF/cm²,比无负载的气体扩散电极(GDL)面积增加了30 μF/cm²。复合催化剂平均粒径约为50 nm,颗粒间隙为100 nm,其疏松的结构对CO₂与催化剂的接触非常有利。离子色谱与电流-时间的关系表明SnO₂(50%)-CuO(50%)在-1.0 V (vs SHE)电位下电解1 h,可得到最优法拉第效率,高达74.1%。SnO₂(50%)-CuO(50%)复合催化剂的稳定性可高达30 h。复合SnO₂-CuO纳米催化剂具有优良的CO₂电化学还原催化性能。

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直流反应磁控溅射制备单一相Cu₂O薄膜及光电性能研究

王进霞, 洪瑞金, 张涛, 陶春先, 张大伟

功能材料. 2017, 48(4): 4096-4099. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.016

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室温下,采用直流反应磁控溅射法制备透明导电氧化亚铜(Cu₂O)薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、四探针测试仪及拉曼光谱仪分别研究不同沉积时间下制备的Cu₂O薄膜的晶体结构、表面形貌、电阻率及表面增强拉曼散射特性。实验结果表明,沉积时间为3和6 min时,获得单一相的透明导电Cu₂O薄膜;随着沉积时间的增加,薄膜由非晶态转变为(111)方向择优生长,薄膜致密且颗粒呈球状,其粗糙度的均方根(RMS)值增大,薄膜电阻率呈下降趋势;以罗丹明B(RhB)为探针分子,表征样品表面增强拉曼活性,通过对比不同样品表面RhB的拉曼光谱,其散射强度随薄膜表面粗糙度的增大而增强。

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碳纤维织物增强树脂基摩擦材料摩擦学性能研究

李辉, 杜建华, 王浩旭, 吕莹莹, 杨宏伟

功能材料. 2017, 48(4): 4100-4104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.017

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采用2.5D浅交弯联碳纤维整体织物作为预制体,以酚醛树脂为基体,通过热压成型工艺制备了碳纤维整体织物结构增强树脂基复合材料。通过MST-3001摩擦磨损试验机分别考核了干式与湿式条件下复合材料的摩擦磨损性能;采用扫描电子显微镜(SEM)、3D激光扫描形貌仪观测了材料的表面形貌。结果表明,干式摩擦条件下,动摩擦系数波动范围0.12～0.26,随着转速的增加摩擦系数先降低后升高,随着载荷的增加摩擦系数变化不明显。湿式摩擦条件下,动摩擦系数波动范围0.08～0.13,随着转速和载荷的增加,摩擦系数降低。在连续摩擦状态,干式工况条件下动摩擦系数波动较大,湿式工况条件下动摩擦系数非常平稳。干式摩擦状态时,材料的主要磨损形式为磨粒磨损,而湿式摩擦时主要发生磨粒磨损和疲劳磨损。

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纳米晶NiO薄膜的电化学沉积及其光学性能研究

吴朝晖, 甘小燕, 杜湘军, 刘克永

功能材料. 2017, 48(4): 4105-4109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.018

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以Ni(NO₃)₂水溶液为沉积液,采用阴极电化学沉积法在FTO导电玻璃上制备了纳米晶NiO薄膜。通过X射线衍射、紫外-可见光透过谱等手段表征薄膜结晶性、表面微观形貌以及光学特性。结果表明,沉积电位以及沉积时间均对电化学沉积法薄膜沉积过程存在重要影响。在优化条件下(沉积电压为-0.9 V、沉积时间为2～5 min),所获薄膜致密均一,无裂纹,对可见光的透过率高达85%。

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化学气相沉积制备毫米级单晶石墨烯的生长条件调控研究

周国庆, 胡林, 魏凌志, 张发培

功能材料. 2017, 48(4): 4110-4115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.019

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石墨烯的形核和生长动力学过程的控制对于单晶石墨烯的制备有着至关重要的影响。采用低压化学气相沉积(CVD)方法,通过优化生长条件参数,在铜箔衬底上生长出4 mm左右的大尺寸单晶石墨烯。通过一系列形貌和结构的表征,证明了样品为高质量的单层单晶石墨烯。同时观察到CVD生长的亚毫米级、A-B型堆垛的多层单晶石墨烯畴,以及由单晶石墨烯共生形成的叠层结构。此外通过采用3种类型的铜箔衬底生长石墨烯,发现铜箔特性如体氧含量等对石墨烯成核密度和单晶石墨烯形貌有重要的影响,并观察到不同类型铜箔的晶面择优取向在CVD生长前后发生不同的转变。最后,利用所生长的大尺度单晶石墨烯制备场效应晶体管,实现高的载流子迁移率。

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TiO₂/Cu₂O膜覆木材的表面及负氧离子释放特性

高丽坤, 李坚

功能材料. 2017, 48(4): 4116-4121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.020

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以两步水热合成法,以木材为基质,制备微纳米结构的二氧化钛和氧化亚铜复合薄膜,并通过进一步表面修饰制备超双疏的表面。采用场发射电子扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、光电子能谱仪(XPS)、紫外光分光光度计(UV-Vis)和接触角测试,对制备的二氧化钛/氧化亚铜薄膜负载的木材基材料的微观形貌、晶型结构、化学状态、光学性能及润湿性进行表征,通过实验证明该复合薄膜负载的木材在紫外光的照射下具有释放负氧离子的作用。结果表明,在紫外光照射下,相比单纯的二氧化钛薄膜负载的木材,二氧化钛/氧化亚铜薄膜负载的木材释放负氧离子的性能显著提升。同时,二氧化钛/氧化亚铜薄膜负载的木材被赋予了超疏水和超疏油特性、对大肠杆菌具有抑菌性及紫外光照射下释放负氧离子的多种功能。

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Pd/SnO₂复合材料制备及室温下氢敏性质研究

齐天骄, 王慧, 郝晓飞, 刘晓锋

功能材料. 2017, 48(4): 4122-4126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.021

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采用沉淀法制备出Pd/SnO₂的纳米复合材料,分别利用SEM、XPS和XRD对样品表面形貌、元素化学态和晶体结构进行分析表征;利用浆液法制备旁热式平面传感元器件,利用恒电位法测试了样品的在氢敏性能。结果表明,用此种方法制备的Pd/SnO₂的纳米复合材料在室温下具有良好的氢气敏感性能,且对H₂具有较好的选择性,同时对不同浓度的H₂具有良好的灵敏性且随着H₂浓度的变化有一定的线性关系。

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贮存金属铀的力学性能及腐蚀行为

邱志聪, 邹东利, 何立峰, 赵雅文, 肖大武, 郭亚昆

功能材料. 2017, 48(4): 4127-4130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.022

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研究了金属铀在室温大气环境经15年贮存后,力学性能及表面腐蚀状况的变化。结果表明,与未经存贮的试样相比,存贮后金属铀的屈服强度提高了13.0%、抗拉强度、冲击韧性、断后伸长率和断面收缩率分别降低了0.8,10.4,14.0和33.3%。在大气环境中表面腐蚀形貌主要呈斑状,环境中的水汽是导致金属铀在贮存中发生腐蚀的主要因素,硅杂质在水汽存在条件会促进铀表面点蚀的形成。

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Na(Y_1.5Na_0.5)F₆∶Eu³⁺的热稳定橙色发光及荧光增强

庞涛, 周元

功能材料. 2017, 48(4): 4131-4135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.023

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采用简单的水热工艺制备了六方相Na(Y_1.5Na_0.5)F₆:Eu³⁺荧光粉。300 K温度下利用394 nm光波长激发,观察到Eu³⁺的⁵D_n(n=0,1,2)→⁷F_J(J=1,2,3,4)跃迁,对应主波长590 nm,色彩饱和度约为0.97。当温度升高到420 K时,仅观察到微小的色漂移。进一步拟合Ln(I₀/I-1)和10 000/T的关系曲线,确定发光的热猝灭激活能约为0.324 eV。良好的热稳定性,表明Na(Y_1.5Na_0.5)F₆∶Eu³⁺适合于功率器件的封装。在Na(Y_1.5Na_0.5)F₆∶Eu³⁺表面包覆二氧化硅后,可观察到Eu³⁺增强的发光,但这种荧光增强依赖于二氧化硅壳层的厚度。利用荧光增强与荧光猝灭的竞争模型解释了上述现象。

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超细AlN粉体合成与陶瓷制备研究

王宇, 谢建军, 汪暾, 丁毛毛, 章蕾, 雷芳, 施鹰

功能材料. 2017, 48(4): 4136-4140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.024

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采用湿化学法,将异丙醇铝盐与有机碳源蔗糖混合,在一定温度及pH值下制成干凝胶,然后在高温下将干凝胶中的铝盐与碳源进行化学分解,并通过碳热还原发生氮化反应,制得中位粒径约为1.0 μm,含氧量低、无杂相的超细AlN粉体。最后,通过添加CaF₂-Y₂O₃二元烧结助剂,利用无压烧结技术成功制得相对密度超过99.0%,热导率＞180 W/(m·℃)的AlN陶瓷。

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苯酚-三聚氰胺-甲醛气凝胶的制备与表征研究

易东, 刘秘, 周贵方, 徐振洋, 彭宇, 石贤盼, 朱家艺, 毕于铁

功能材料. 2017, 48(4): 4141-4144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.025

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通过溶胶-凝胶工艺及超临界干燥过程制备了苯酚-三聚氰胺-甲醛(PMF)气凝胶,考察了不同反应物配比对凝胶时间和气凝胶密度的影响,所制备的PMF气凝胶在85 ℃时凝胶时间在2～6 h之间,密度可低至38 mg/cm³,与传统的三聚氰胺-甲醛(MF)气凝胶体系相比,凝胶时间和密度都大大降低。采用场发射扫描电镜、N₂吸脱附、红外和热重对气凝胶的结构进行了表征,结果表明,PMF气凝胶具有典型的三维网络骨架结构,其骨架是由大量纳米级的颗粒组成的;气凝胶的比表面积可达383.03 m²/g,其孔径分布主要集中在19 nm左右,是典型的介孔材料。热重分析表明,PMF气凝胶在380 ℃以下具有较好的热稳定性。

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磁场退火对纳米晶Fe_74.5Cu₁Nb₂Si_17.5B₅合金饱和磁致伸缩系数和μ_i-T曲线的影响研究

史瑞民, 王治, 郑燕, 卢建敏

功能材料. 2017, 48(4): 4145-4148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.026

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研究了不同退火温度下形成的纳米晶Fe_74.5Cu₁Nb₂Si_17.5B₅合金经过磁场退火后,其饱和磁致伸缩系数λ_S、矫顽力H_C和μ_i-T曲线的变化。研究表明,经过磁场退火后,纳米晶合金的矫顽力出现不同程度的降低,温度在350 ℃以下时,初始磁导率表现出明显的提高,这些性能的改善归因于合金饱和磁致伸缩的减小。

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液体天然橡胶对湿法混炼制备NR/白炭黑复合材料的增容机理研究

何凡, 吴雨阳, 袁天元, 廖双泉

功能材料. 2017, 48(4): 4149-4153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.027

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采用液体天然橡胶(liquid natural rubber)为增容剂,基于湿法混炼工艺制备天然橡胶/白炭黑(W(NR/SiO₂))复合材料。利用FT-IR、SEM、万能拉力机分别对复合材料的微观结构、拉伸断裂形貌及力学性能进行分析,通过Mooney-Rivilin方程和界面相互作用方程对橡胶-填料界面相互作用定量计算,并探讨了LNR的增容机理。结果表明,使用LNR增容后,NR与白炭黑两相界面变得模糊,断面表现为韧性断裂;硫化胶力学性能在LNR改性后得到改善,白炭黑用量为60 phr时表现最为明显,拉伸强度提高了25.73%;不同方程计算结果表明,白炭黑用量一定情况下,使用LNR增容后复合材料两相界面相互作用增强。LNR具有良好的增容效果,复合材料良好的相容性是LNR与NR和白炭黑两相同时发生作用形成增容界面的结果。

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边界热通量作用下枝晶生长相场模型的有限元法模拟

方鹏均, 刘芯宇, 张雷, 徐轶

功能材料. 2017, 48(4): 4154-4158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.028

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基于Beckermann和Karma枝晶生长相场模型,建立耦合溶质场、温度场的相场模型,采用有限元法对控制方程进行求解,研究凝固过程Al-3.0%(质量分数)Cu合金在边界热通量作用下的枝晶生长行为。结果表明,边界热通量作用能够显著改变凝固前沿的传热和传质,影响枝晶生长形貌。在边界抽热条件下,枝晶前沿温度降低,实际过冷度增大,从而促进二次枝晶生长发育,界面前沿溶质扩散层薄,枝晶微观偏析严重。而边界加热条件下,枝晶前沿温度升高,实际过冷度减小,抑制枝晶生长发育,界面前沿扩散层厚,枝晶微观偏析减弱。

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吐温20对两性修饰膨润土的复配修饰及结构特征

任爽, 孟昭福, 马麟莉, 李文斌, 刘伟, 白丹

功能材料. 2017, 48(4): 4159-4163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.029

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采用批处理法,以不同修饰比例的两性修饰剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)修饰膨润土为基质,研究pH值、温度及离子强度对BS-12修饰膨润土吸附非离子修饰剂吐温20(TW20,T)的影响,并对两性-非离子复配修饰膨润土进行结构表征,和对Cd²⁺和苯酚的吸附。结果显示,BS-12按50%CEC修饰膨润土(50BS)对TW20的吸附能力显著高于BS-12按100%CEC修饰膨润土(100BS)。BS-12修饰膨润土对TW20的吸附量随pH值增大呈U型变化,随温度降低、离子强度增加而下降,TW20在BS-12修饰土的吸附是静电吸附和分配吸附共存。TW20修饰比例增大,有机碳含量增高,层间距增大,比表面积减小。TW20在50BS上通过插层进入膨润土层间,在100BS上以外表面吸附为主。在修饰比例为100BS-0.25T时对苯酚和Cd²⁺的吸附效果最好。

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C194铜合金连续挤压典型变形区析出相的分析

李明亮, 刘平, 刘新宽, 苏宏林, 陈小红

功能材料. 2017, 48(4): 4164-4167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.030

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采用透射电镜对C194铜合金连续挤压过程中的典型变形区粘着区、直角弯曲前变形区、直角弯曲后变形区、扩展成形区组织进行取样分析研究。结果表明,在粘着区,未发生第二相析出,仅出现了形变所致的晶粒拉伸以及少量位错缠结;在直角弯曲前变形区,晶界处出现少量尺寸在30 nm左右的圆形或椭圆形第二相析出颗粒,析出物为Fe₃P化合物,在一些区域位错缠结发展成位错胞;在直角弯曲后变形区,晶粒内部出现了数量较多且分布弥散均匀的第二相颗粒,尺寸在3～5 nm左右,同时,在前变形区出现主要分布在晶界位置的较大尺寸第二相析出颗粒的数量也出现上升,且尺寸有所增长,平均可达45～50 nm左右;在扩展成形区,此区域内析出较小颗粒的数量明显增多,呈弥散状态分布在晶粒中,同时尺寸较前变形区有所增长,达到约10～15 nm左右。

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GH925高温耐蚀合金升温相态转变行为及热处理工艺研究

张玉碧, 杨晓亮, 高小丽, 汤安

功能材料. 2017, 48(4): 4168-4173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.031

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采用差示扫描量热法(DSC)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EMPA)等表征方法,对GH925合金的锻态相转变行为、固溶时效态热处理工艺性能及显微组织进行了研究。研究表明合金从室温25～1 100 ℃升温区间的相转变序列为:MC相(转变温度为540 ℃-终止析出温度为1 043 ℃,下同);γ′相(578～978 ℃);M₂₃C₆-M₇C₃(679～758 ℃);σ相(723.5～879 ℃);η相(807～978 ℃)。合金锻态组织经(990～1 010 ℃)×2 h固溶+740 ℃-760 ℃×8 h时效处理,可以获得最佳的综合力学性能。1 000 ℃×2 h固溶+780 ℃×8 h时效热处理,沿晶界有大量的脆硬针片状σ相析出,造成合金冲击韧性的急剧下降。

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温度制度对BaTiO₃的制备及其电磁性能的影响

高乔, 孙诗兵, 黄石明, 田英良, 任龙芳

功能材料. 2017, 48(4): 4174-4178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.032

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采用溶胶-凝胶法制备四方相纳米BaTiO₃粉末。利用XRD、SEM、矢量网络分析仪等手段对不同温度制度下试样的相结构、形貌、电磁参数进行了表征,并通过电磁参数采用MATLAB编程计算得出试样在2～18 GHz范围内反射率随频率的变化曲线。实验结果表明,随热处理温度的提高,BaTiO₃中四方相含量先增加后减少,且其晶粒粒径逐渐长大;当热处理温度为1 000 ℃时,试样具有最优的介电损耗性能,并采用MATLAB编程计算得出其反射率能够优于-10 dB的带宽达3.8 GHz,最小反射率出现在14 GHz,峰值为-25.13 dB。

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表面金属化稻壳基陶瓷颗粒制备及其摩擦学性能研究

俞东瑞, 胡恩柱, 胡献国, 胡坤宏, 汤玉超, 胡恩宝

功能材料. 2017, 48(4): 4179-4183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.033

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稻壳基陶瓷颗粒(RHC)是实现稻壳综合利用的有效途径之一,采用常规化学镀方法将稻壳基陶瓷颗粒进行化学镀镍,可扩展其应用范围。利用单因素和正交实验,确定了镀镍的最佳工艺参数,将表面镀镍稻壳基陶瓷颗粒添加入铝基材料中,研究对复合材料的抗磨减摩特性的影响。利用X射线衍射仪和高分辨率透射电镜等分析手段对镀镍稻壳基陶瓷颗粒进行了表面分析。结果表明,稻壳基陶瓷颗粒表面镀镍的最佳工艺为,温度为60 ℃、时间为180 min、镀液pH值为11以及次亚磷酸钠浓度为180 g/L。稻壳基陶瓷颗粒表面分布着大量直径约为40～50 nm之间的镍纳米颗粒;镀镍的稻壳基陶瓷颗粒可明显的改善铝基材料的抗磨减摩特性。

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色酮衍生席夫碱镁离子荧光探针的制备与表征

潘博雅, 梁卫东, 苏策, 李冠斌

功能材料. 2017, 48(4): 4184-4188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.034

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通过6-羟基-3-甲酰基色酮和烟酸酰肼的缩合反应,合成了一种新型席夫碱配体6-羟基-3-甲酰基色酮-(烟酸酰基)腙(L)并对其与镁离子配位的荧光探针的性能进行研究利用荧光光谱、核磁共振氢谱、红外光谱等方法对该荧光探针分子的结构进行表征和荧光性能进行探究。结果表明,该配体在431 nm处具有较弱的荧光发射峰,镁离子的加入会使431 nm处的荧光发射强度降低,而在529 nm处产生一个新的很强的荧光发射峰,但该配体对其它金属离子无明显的荧光响应;经计算,其检测限可达到9.16×10^-7 mol/L,结合常数为5.65×10^-8 mol/L。该配体与镁离子之间形成配位比为1∶1的配合物(L-Mg)其对镁离子的识别机理是基于光诱导电子转移(PET)现象。

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低温等离子体处理对纤维毡润湿性能的影响

宋扬, 李方

功能材料. 2017, 48(4): 4189-4193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.035

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通过低温等离子体技术对纤维毡进行表面改性,提高其表面润湿性。对未经过任何处理的熔喷聚乙烯纤维毡进行低温等离子体处理,通过接触角测量仪、红外光谱仪和扫描电镜对经过空气等离子体及丙烯酸气相等离子体处理的纤维毡进行表面接触角、官能团以及纤维表面形貌等特征进行表征。结果显示,随着放电时间和放电功率的增加,纤维毡表面亲水性得到了不断提升,改性后的纤维表面接枝了羟基(—OH)、醛基(—CHO)及羰基(CO)等亲水性官能团,且表面形貌发生了一定的变化,表面微观粗糙度有所增大。这些一系列变化最终使纤维毡表面润湿性得到了有效改善。

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刷形接枝共聚物HPS-g-PCL的合成及其药物控释行为研究

谭中元, 周建萍, 刘志雷, 刘文杰, 马玉民

功能材料. 2017, 48(4): 4194-4198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.036

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以直链淀粉为起始物,先通过羟丙基化反应得到羟丙基淀粉(HPS),然后以三氟甲磺酸亚锡(Sn(OTf)₂)为催化剂,通过接枝共聚反应合成了聚己内酯与HPS的刷形接枝共聚物HPS-g-PCL。考察了反应温度和反应时间对产物接枝率的影响,并采用红外光谱(FT-IR)和核磁共振谱(¹H NMR)对接枝产物的分子结构进行了表征。结果表明,Sn(OTf)₂是一种比Sn(Oct)₂更为理想的催化剂;产物的接枝率随反应时间的延长或反应温度的升高而不断增大;随着接枝率的提高,接枝聚合物膜的表面接触角也逐渐增大。透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)观察结果表明,接枝聚合物在选择性溶剂水或者丙酮中能自组装形成核壳结构的球状胶束。HPS-g-PCL胶束对药物布洛芬表现出较高的负载效率和良好的可控释放行为,接枝率越高,药物缓释速率越慢,但释放量都高于80%。

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碳纳米管表面苯唑西林印迹聚合物的制备及应用

张英英, 王兵, 鲁佩佩

功能材料. 2017, 48(4): 4199-4204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.037

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以乙烯基改性的多壁碳纳米管(MWNTs)为固相载体基质,苯唑西林(OXA)为模板分子,丙烯酰胺(AM)为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为交联剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,乙醇为溶剂,采用沉淀聚合法合成了印迹聚合物。通过紫外光谱﹑傅里叶红外光谱﹑热重分析﹑扫描电子显微镜和氮吸附实验进行表征,并通过动力学吸附和选择性吸附实验研究其吸附性能。结果表明,MWNTs@SiO₂@MIPs的吸附量高于MIPs、MWNTs@SiO₂@NIPs,最高能达到92 μmol/g,选择性吸附后分配系数为20.36,对苯唑西林有更好的结合能力,印迹效率更高。产品在短期内可循环使用,具有再生性。

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原生矿物直接制备锰钡铁氧体材料研究

赵扬, 刘作华, 舒建成, 张兴然, 陶长元, 刘仁龙

功能材料. 2017, 48(4): 4205-4210. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.038

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以重庆市城口县碳酸钡矿、碳酸锰矿为原料,采用化学共沉淀法制备了锰钡铁氧体(Mn_xBaFe_12-xO₁₉)材料。重点研究了沉淀pH值、煅烧温度、煅烧时间等工艺条件对锰钡铁氧体形成的影响。通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微分析(SEM)和振动样品磁强计(VSM)等手段对锰钡铁氧体的性能进行了表征。实验结果表明,煅烧温度对锰钡铁氧体的形成具有决定性的影响,当沉淀pH值=9,煅烧温度1 000 ℃,煅烧时间为2 h时,制备出的锰钡铁氧体具有结晶度高、微观形貌好,最大饱和磁化强度(M_S)和最大矫顽力(H_C)分别为40.5 A·m²/kg和3.58×10⁵ A/m。

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麦秸/木材复合无机碎料板的性能对比研究

潘亚鸽, 朱凌波, 唐钱, 黄清华, 卢立, 郑霞

功能材料. 2017, 48(4): 4211-4215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.039

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以麦秸、木材和环保阻燃的镁系无机胶粘剂为主要原料,通过麦秸与木材均匀混合以及麦秸、木材分层复合两种方式,采用热压工艺分别制备均质结构板、以木材为表层、麦秸为芯层的3层结构板-1和以麦秸为表层、木材为芯层的3层结构板-2,对比分析了3种板材的物理力学性能和阻燃性能。结果表明,3层结构板-2的静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)高于其它两种板材,内结合强度(IB)小于均质结构板,2 h吸水厚度膨胀率(TS)大于均质结构板,增加麦秸与木材配比可以提高3层结构板-2的内结合强度;与其他两种板材相比,3层结构板-2的热释放速率(HRR)、总热释放量(THR)较小,点燃时间较长,阻燃性能较好,增加麦秸与木材配比,可以提高板材阻燃性能;较优的板坯结构为以麦秸为表层、木材为芯层的3层结构板,适当增加麦秸与木材配比可以提高3层结构板的综合性能。

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有线无源PDC-SiCN陶瓷基温度传感器的设计与制备

余煜玺, 李燕, 夏范森, 韩清凯

功能材料. 2017, 48(4): 4216-4220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.04.040

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针对航空发动机高温恶劣环境监测对耐高温传感器的需求,提出采用新型耐高温聚合物先驱体陶瓷(PDC-SiCN陶瓷)为温敏介质材料,制备被动式有线无源微波温度传感器,实现温度信息的有线无源传输。以PDC-SiCN陶瓷为填充介质,金属银作为表面层,形成谐振器;以共面波导线和共面天线为传输线,实现微波信号的传输;在谐振器的侧面开槽,实现宽频激励信号和谐振信号在传输线和谐振器之间的传输。采用HFSS软件进行结构尺寸的仿真和优化,设计出了满足最大传输效率的被动式有线无源PDC-SiCN耐高温温度传感器结构。通过以上结构设计,制备出了有线无源温度传感器。结果表明,所设计传感器的工作频率为10.16 GHz,依据材料的变化特性该传感器可实现频率在500 MHz变化范围内的测量。

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2017年, 第48卷, 第4期　刊出日期：2017-04-28

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