功能材料

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TiO₂/ACF复合光催化材料研究进展

吴苗苗,李洺阳,刘佳昊,刘宇丹,李国华

功能材料. 2017, 48(10): 10001-10008. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.001

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将纳米TiO₂粉末负载于活性炭纤维(activated carbon fibers,ACF)上,可以解决纳米TiO₂颗粒的分离和再生等工业应用难题。通常,活性炭纤维负载TiO₂主要有两种途径;物理法(粉体烧结法、偶联法等)和化学法(溶胶-凝胶法、溶剂热、化学气相沉积法等)。综述了近年来TiO₂/ACF复合光催化材料的制备方法以及该类材料的研究进展,分析TiO₂/ACF复合光催化材料对污染物的降解过程,阐述TiO₂与活性炭纤维之间的协同作用机制,探索制备TiO₂/ACF复合光催化材料的最佳方法。

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Co和Fe的添加对(TiZr)_1.1Cr₂合金结构和吸氢性能的调控

徐丽,盛鹏,李吉刚,姜晓静,李星国,刘海镇,刘双宇,赵广耀,王博,韩钰,陈新

功能材料. 2017, 48(10): 10009-10012. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.002

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采用氩等离子体电弧熔炼(Ti_0.9Zr_0.1)_1.1Cr_2.0-xM_x(M=Co、Fe,x=0～0.1)合金,并使用XRD、PCT、DSC研究了该系合金的相结构和吸放氢性能。研究结果表明,(Ti_0.9Zr_0.1)_1.1Cr_2.0-xM_x(M=Co、Fe,x=0～0.1)合金结构为C14型Laves相,PCT测试表明,吸放氢的滞后效应较弱。使用少量Co、Fe分别替代(Ti_0.9Zr_0.1)_1.1Cr_2.0合金中部分Cr,减小了合金的晶胞体积,增大了合金的吸氢平台压。Co替代部分Cr在293～304 K对合金的最大储氢量影响不明显,但是可逆储氢量略有降低,Fe替代部分Cr在293～304 K对合金的最大储氢量影响不大,但是可逆储氢量增大。Co对合金中残余氢的放出温度影响不明显,Fe取代部分Cr使合金中残余氢的放氢温度从613～713 K转变为653～733 K。

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直链烷基修饰的疏水氧化石墨烯的制备与表征

姜云,林润,张弢

功能材料. 2017, 48(10): 10013-10016. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.003

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利用十二烷基异氰酸酯上异氰酸酯基的高反应活性与氧化石墨烯(GO)上的羟基、羧基进行反应,在氧化石墨烯边缘接枝疏水性的高分子长链制备了直链烷基修饰的疏水氧化石墨烯(C12-GO)。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱分析(XPS)、X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)以及原子力显微镜(AFM)对已修饰材料的结构和形貌进行了表征,结果表明,长链烷基成功接枝到GO上。与GO相比,经长链烷基修饰的氧化石墨烯呈现出明显的疏水性。

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纳米晶Cu-Ag双峰合金材料热导率的分子动力学模拟研究

张静,张士兵

功能材料. 2017, 48(10): 10017-10023. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.004

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描述了一种制备纳米晶合金的方法,获得纳米晶Cu-Ag双峰材料。采用分子动力学方法研究了温度在100～300 K范围内纳晶Cu-Ag双峰材料的热导率随尺寸和温度的变化关系。在对初始截断半径和时间步长进行设置和优化的条件下,计算并分析了平均晶粒尺寸热导率的影响规律。同时,对模拟结果和实验测试结果进行对照,结果表明:模拟结果与实验数据基本一致,纳晶Cu-Ag双峰材料热导率明显低于单晶Cu/Ag块体,存在明显的尺寸效应。其原因主要与细晶组织中热输运载流子浓度的降低以及载流子在Cu/Ag纳晶晶粒界面上的强烈散射有关。

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助催化剂Pt-Co合金纳米颗粒的合成及光催化制氢活性

段丽璇,陆盼,张金星,吴强,姚伟峰

功能材料. 2017, 48(10): 10024-10028. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.005

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采用水热法合成了粒径在4 nm左右的不同比例的Pt-Co合金纳米颗粒,作为助催化剂负载在商业CdS表面。用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、能谱分析(EDS)等技术对其进行表征。结果表明,确实合成了Pt-Co合金且负载良好。样品在模拟太阳光的条件下,测试其可见光分解水制氢性能,结果表明,n(Pt)∶n(Co)=3∶1时产氢性能最佳,为1 049 μmol/h,光量子效率达到36%,与纯铂性能相当。

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场致电阻材料在强电磁脉冲防护中的应用展望

刘嘉玮,王建江,许宝才

功能材料. 2017, 48(10): 10029-10035. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.006

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为同时实现电子信息装备正常电磁环境下工作和强电磁脉冲下电磁防护的双重功能,介绍了一种在电磁场下具有变阻抗特性的智能电磁防护材料,场致电阻材料。该防护材料利用其在强电磁场下发生绝缘体/导体相变的特性,可以实现在强电磁脉冲辐射下防护材料由高阻抗向低阻抗的转变。场致电阻材料用于电磁防护具有电磁能量选择特性,对于低功率的安全电磁波可以高效透射,而对高功率的电磁脉冲则有效屏蔽,从而达到快速感知电磁环境变化并迅速调节电磁性能的要求。介绍了几种场致电阻材料,分析了其在电磁脉冲防护领域中应用的优缺点,并对未来强电磁脉冲防护材料的发展进行了展望。

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织物表面超疏水化的研究进展

李杰

功能材料. 2017, 48(10): 10036-10041. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.007

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超疏水织物因具有非润湿和自清洁的特性成为功能性纺织品的研究热点而引起学者的广泛关注。首先介绍了超疏水的基本理论与2类接触模型及其相互关系,对2种模型下表面微细结构对接触角的影响进行了讨论。着重综述了近年来对织物表面进行超疏水化的制备工艺,并对超疏水织物的前景进行了展望。

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白光LED用硅基氮氧化物荧光粉的研究进展

陈晖,李海利,张娜,张偌雨

功能材料. 2017, 48(10): 10042-10045. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.008

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着重介绍了白光LED用硅基氮氧化物荧光粉的特点、种类、制备方法以及应用,指出了这类荧光粉目前存在的问题并提出了未来研究的方向。

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地聚合物耐久性能研究进展及改善途径

郭晓潞,伍亮,施惠生

功能材料. 2017, 48(10): 10046-10054. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.009

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地聚合物作为一种新型的胶凝材料,近年来一直受到广泛的关注与研究。针对地聚合物材料的耐久性问题,分别从抗碳化性能、耐热性、抗酸腐蚀性和抗硫酸盐侵蚀性4个方面,阐述了国内外的研究现状,比较了地聚合物与普通硅酸盐水泥在宏观性能上的差异;分析了钙含量和碱激发剂种类对地聚合物抗碳化性能和抗硫酸盐侵蚀性能的影响,水含量对其抗酸腐蚀性的影响,以及高温下无定型N-A-S-H凝胶的分子动力学模拟过程。综述了纳米改性、高温固化、掺加纤维材料等地聚合物耐久性的改性途径。

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金属三维点阵结构拓扑构型研究及应用现状综述

易长炎,柏龙,陈晓红,刘富樯,张俊芳,龙樟

功能材料. 2017, 48(10): 10055-10065. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.010

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金属三维点阵结构是一种具有轻质、高比强度、高比刚度以及多功能潜力的新型结构材料,近年来受到了国内外研究领域及工程技术领域的广泛关注。概述了不同拓扑构型的金属三维点阵结构,包括体心立方结构(BCC)、面心立方结构(FCC)和其衍生而来的拓扑结构、金字塔拓扑结构、变密度结构、钢丝绕织结构及几种针对加工限制而提出的拓扑结构,介绍了金属三维点阵结构的应用现状,分析了目前拓扑构型研究及应用研究所存在的问题。并在此基础上,指出金属三维点阵结构研究的发展趋势和可能的研究方向,为金属三维点阵结构及相关研究提供了参考。

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基于核磁共振技术对不同粗骨料混凝土孔隙特征试验研究

刘倩,申向东,薛慧君,王仁远,刘政,韩超

功能材料. 2017, 48(10): 10066-10070. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.011

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基于核磁共振(NMR)测试技术,选取红浮石、黑浮石和碎石为粗骨料,研究不同粗骨料混凝土内部孔隙特征,并对混凝土进行抗压强度试验。结果表明,龄期为28 d混凝土强度由高到低顺序为碎石混凝土＞黑浮石混凝土＞红浮石混凝土,浮石混凝土T₂谱分布主要为2个峰,碎石混凝土T₂谱分布主要为3个峰,且T₂谱面积由大到小为红浮石混凝土＞黑浮石混凝土＞碎石混凝土,浮石混凝土中毛细孔和非毛细孔总和所占比例大于碎石混凝土。

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新型隔热弹衣材料热防护效应研究

王洪波,钱立新,牛公杰,魏雪婷,卢永刚,路中华,张中礼,张鹤

功能材料. 2017, 48(10): 10071-10076. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.012

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基于烤燃试验和数值计算研究了一种新型隔热弹衣材料的热防护性能。通过包覆隔热弹衣无装药试验件烤燃试验获得了新型隔热弹衣材料的热防护效果,基于试验结果通过数值计算获得了新型隔热弹衣材料的热物理参数,基于此开展新型隔热弹衣材料热防护性能分析,数值计算结果表明新型隔热弹衣材料热防护效果显著,可有效延迟装药热点火反应时间,为火灾环境条件下的弹药救援处置赢得时间。

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BiVO₄/rGO的水热控制合成及其光催化性能研究

刘乃亮,庞波,理莎莎,连欣巧,姚秉华

功能材料. 2017, 48(10): 10077-10081. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.013

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以氧化石墨烯(GO)为模板,以乙二胺四乙酸(EDTA)为络合剂,采用水热控制合成方法制备了矾酸铋/还原氧化石墨烯(BiVO₄/rGO)复合光催化剂。利用XRD、FT-IR、SEM、TEM、UV-Vis和BET对BiVO₄/rGO复合光催化剂进行了表征与分析。结果表明,GO较大的比表面积有利于单斜相多面体结构的BiVO₄晶体在其表面的分散,BiVO₄颗粒尺寸约在80～100 nm;BiVO₄/rGO的禁带宽度为2.21 eV,低于BiVO₄的2.32 eV,更利于电子和空穴的产生;BiVO₄的平均孔径为3.54 nm,比表面积为12.17 m²/g,而BiVO₄/rGO的平均孔径为4.32 nm,比表面积为16.04 m²/g;BiVO₄/rGO复合光催化剂对亚甲基蓝(MB)的降解在100 min达到稳定,降解率为88.49%,而相同条件下的纯BiVO₄对MB的降解率为65.56%,BiVO₄/rGO复合光催化剂的活性更高的原因是rGO为电子受体为光生电子和空穴提供了转移通道,可以抑制电子和空穴的复合。

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P含量波动对DH36船板钢机械性能的影响

吴建中,李宏亮,杨文晟,郭汉杰

功能材料. 2017, 48(10): 10082-10088. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.014

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通过对国内某钢厂实际生产的DH36船板钢工业大数据进行挖掘,借助Matlab数学软件建立不同元素含量下P含量与DH36船板钢各机械性能之间的数学模型。研究发现DH36船板钢的冲击功、屈服强度、抗拉强度随着P含量的升高呈先增后减的趋势,断面收缩率呈先减后增的趋势。控制P含量在0.02%附近时,抗拉强度、屈服强度、抗拉强度达到极大值,断面收缩率在此区间内虽呈下降趋势,但变化范围很小。

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磁性液体肿瘤热疗的磁场设计和温度分布研究

杨晓锐,杨庆新,杨文荣,刘丹

功能材料. 2017, 48(10): 10089-10093. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.015

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磁性液体是一种液态的磁性材料,在交变磁场作用下可以吸收磁场能量转化为热量,具有良好的生物相容性,非常适合作为肿瘤热疗的热介质。根据磁性液体的磁热效应,设计了实验用C型线圈,并仿真计算了线圈磁场的大小和均匀性;建立了磁性液体肿瘤热疗的三维仿真模型,分析了磁性液体注入量和注入点数对肿瘤组织中温度场的影响,仿真结果说明肿瘤组织的温度随磁性液特体注入量和注入点数的增加而增加;搭建磁性液体肿瘤热疗的离体生物组织实验装置,得到生物组织内部的升温曲线,实验结果与仿真结果吻合性较好。

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Mn掺杂浓度对Mn-N共掺ZnO电子结构及磁性的影响

秦盈星,符斯列,蒋联娇,丁罗城,吴先球

功能材料. 2017, 48(10): 10094-10098. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.016

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采用第一性原理的超软赝势法,分别计算单掺杂Mn、Mn-N按1∶1和2∶1共掺杂ZnO掺杂体系的形成能、能带结构、态密度以及铁磁性。计算结果表明,单掺Mn并不能得到稳定的ZnO,Mn-N共掺会形成p型ZnO。相对Mn-N以1∶1共掺(Mn掺杂浓度6.25%),Mn-N以2∶1共掺(Mn掺杂浓度12.5%)具有更低的形成能,更高的化学稳定性。进一步对ZnO掺杂体系的磁性研究表明,单掺Mn及Mn-N共掺均使ZnO体系呈现铁磁性,其磁性主要来源于Mn3d态电子;在Mn-N以2∶1共掺ZnO体系中,由于Mn掺杂浓度提高,导致总磁矩增加,铁磁性增强明显。

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左手材料对谐振腔内部电磁场分布的影响

段吉明,王辅忠,张慧春,张光璐

功能材料. 2017, 48(10): 10099-10103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.017

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在谐振腔的设计过程中,由于填充介质引起的损耗以及模式干扰导致谐振腔内部电磁场分布的优化受到限制,因而使得设计高品质因数的谐振腔变得困难。根据“左手材料”的特殊性质,运用电动力学理论对谐振腔内部电磁场分布进行计算研究,通过high frequency structure simulator(简称HFSS)仿真软件对谐振腔内的场分布进行模拟。计算结果显示,左手材料的填充可以改善谐振腔内部电磁场的分布。相对于传统材料而言,左手材料的填充可以使谐振腔内部中心部位的电磁场分布集中、电磁场强度增加,其中,电场强度可达到3.5009×10^-1 V/m,比真空情况提高了13%,比填充空气时提高了4%;磁场强度可达到5.8722×10^-3 A/m,比真空时提高了156%,比填充空气时提高了134%,高频仿真器的仿真数据与以上结果相吻合。该方法克服了传统材料对谐振腔内电磁场分布优化的局限性,为设计新型的谐振腔提供了一定的理论指导作用。

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Mn双掺间距对ZnO磁光性能的影响

王磊,关玉琴,侯清玉

功能材料. 2017, 48(10): 10104-10112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.018

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采用自旋密度泛函理论(DFT)下的广义梯度近似(GGA)平面波超软赝势法构建了含氧空位以及不含氧空位的Mn双掺ZnO超胞模型,分析了电子自旋极化处理下两个磁性Mn离子之间的距离变化(分为沿c轴和沿垂直c轴方向变化)对ZnO的结构稳定性、磁性以及吸收光谱的影响。随着磁性离子距离逐渐增大,无氧空位掺杂体系ZnO超胞的形成能沿着c轴和垂直c轴都逐渐减小,而含氧空位掺杂体系ZnO超胞的形成能沿垂直c轴方向逐渐减小,沿c轴方向逐渐增大;含氧空位和不含氧空位ZnO体系的反铁磁性随着Mn-Mn间距增大而减弱,沿着c轴方向减弱更加明显,而且氧空位促进体系的反铁磁性减弱;不含氧空位组态沿c轴方向吸收光谱发生了红移现象,而沿垂直c轴方向吸收光谱发生了蓝移现象;但是含氧空位组态沿c轴和沿垂直c轴方向吸收光谱都发生了红移。

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多元离子共聚物-银修饰碳纤维复合电驱动材料的制备及性能研究

杨波,唐建国,王瑶,刘继宪,黄林军

功能材料. 2017, 48(10): 10113-10118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.019

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采用半连续乳液聚合法合成出poly(St-co-BA-co-SAS)离子共聚物,进行了结构和形态表征;在其表面覆盖银修饰碳纤维(SM-CF)电极层,制得了新型离子共聚物复合电驱动材料(IPCEDM),降低了制备成本,并对其电驱动性能进行了研究。结果表明,以poly(St-co-BA-co-SAS)为基体的IPCEDM具有良好的电能—机械能转化机制,其初始形变速度、形变时间和最大形变角度均随工作电压(3～7 V)的升高而增大;含水量是影响其电驱动性能的重要因素,提高含水量(38%,42%,51%)能够有效提升其电驱动性能和离子交换性能。

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纳米粒子改性二苯乙烯型荧光增白剂的制备及性能研究

张光华,卢玉群,郭明媛

功能材料. 2017, 48(10): 10119-10125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.020

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以4,4’- 二氨基二苯乙烯-2,2’-二磺酸(简称DSD酸)为荧光母体,利用三聚氯氰的交联反应,经过亲核取代将乙醇胺、3-氨基丙基三甲氧基硅烷(KH-540)与荧光母体连接起来,制备了一种荧光增白剂。然后将其作为原料,采用改进的stober水解法,制备出了含有二苯乙烯型荧光增白剂的SiO₂荧光纳米复合粒子。利用红外光谱仪测定了其结构,用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、纳米粒度分析仪、热重(TG)分别对其形貌和热稳定性进行了观察,用紫外-可见光谱、荧光光谱对产物的光物理化学进行了表征,并利用紫外老化实验考察了荧光纳米粒子对纸张的返黄抑制效果。结果表明,在使用性能上,相同量的荧光增白剂,用纳米粒子改性后其对纸张的增白效果及光抑制效果更好。

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不同氧化剂制备的聚苯胺/中间相炭微球复合物电化学性能研究

何明基,钟新仙,黄寒星,王红强,毛全元,李庆余

功能材料. 2017, 48(10): 10126-10129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.021

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室温下,以二氧化锰和过硫酸铵为氧化剂,采用原位化学聚合法合成聚苯胺/中间相炭微球(PANI/MCMB)复合物。采用场发射扫描电镜(FE-SEM)和X射线粉末衍射(XRD)对其形貌结构进行表征。以PANI/MCMB复合物为电极活性物质,1.0 mol/L H₂SO₄水溶液为电解液组装对称型超级电容器,用循环伏安法(CV)、电化学交流阻抗(EIS)、恒流充放电等测试手段测试超级电容器的电化学性能。结果表明,以二氧化锰为氧化剂制备的聚苯胺/中间相炭微球复合物(MPANI/MCMB),在电流密度为0.1 A/g时,单电极比容量为336.4 F/g。1 000次循环后比容量保持率为92.3%,比以过硫酸铵为氧化剂制备的聚苯胺/中间相炭微球复合物(NPANI/MCMB)具有更好的循环性能和更高的比容量。

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一种双邻苯二酚类衍生物的合成与螯合性能研究

张青春,时召涛,金波,彭汝芳

功能材料. 2017, 48(10): 10130-10136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.022

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为获得具有高效率、低毒性以及选择性的铀酰配体,采用邻苯二酚配位单元拼接柔性烷基链β-二酮分子骨架,合成了一种双邻苯二酚配体。目标化合物结构经FT-IR、¹H NMR、¹³C NMR及APCI-MS确证。采用光谱滴定和电位滴定法研究了其对UO₂²⁺、Cu²⁺和Zn²⁺的螯合性能。结果显示,该配体与UO₂²⁺和Cu²⁺有较好的络合能力,同时与Zn²⁺络合能力较弱,其pM值分别为20.98,15.14,7.31,表明该配体对UO₂²⁺具有一定的选择性络合能力,有望成为一种潜在的促排剂。

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镍粉填充型磁流变弹性体压敏与温敏电阻特性研究

文慧,廖昌荣,廖干良,谢磊,樊玉勤

功能材料. 2017, 48(10): 10137-10141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.023

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磁流变弹性体具有良好的压致电阻敏感特性和温度-电阻敏感特性,在柔性触觉传感领域表现出应用潜力。以羰基镍粉作为导电填充颗粒,硅橡胶作为基体,分别制备了镍粉随机分散和磁致链化的磁流变弹性体样品,测试了磁流变弹性体在不同温度下的压力-电阻特性和定值压力下的温度-电阻特性。分析了镍粉体积分数、外加电压、镍粉磁致链化对磁流变弹性体压阻特性的影响和不同温度下磁流变弹性体的压敏电阻规律。研究表明,体积分数为26%的磁流变弹性体在较低加载电压下,不仅其对数电阻与压力具有较好的线性关系,而且压力感知范围较宽;磁致链化可显著提高MRE压阻灵敏度;在不同恒定压力下,温度-电阻曲线具有一致的变化规律,呈现出先降后升的特性。

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基于DMBA反应活性形状记忆聚氨酯的制备与表征

雷国娇,罗彦凤,王锦峰,王远亮

功能材料. 2017, 48(10): 10142-10148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.024

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通过溶液聚合法,将既作为扩链剂又作为改性剂且富含COOH功能性基团的二羟甲基丁酸(DMBA)引入到聚氨酯硬段中,合成了一种反应性的形状记忆聚氨酯(PUU-COOH)。随后,以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)为缩合剂,使四肽(RGDS)中NH₂与PUU-COOH中COOH反应合成PUU-RGDS生物活性材料,对PUU-COOH的中COOH可反应性进行了验证。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、核磁共振仪(¹H NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、差示扫描量热法(DSC)、拉伸测试及罗丹明染色法和酸碱滴定法表征了PUU-COOH的结构和基本性能。结果表明,DMBA成功引入到聚氨酯中,且合成的PUU-COOH既含有活性功能团又具有形状记忆性,可进一步接入生物活性分子,从而为制备促细胞生长和削弱应力遮挡的生物活性形状记忆性智能材料提供一种基础材料。

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改性硅藻土/脂肪酸定形相变材料的制备及性能

孟多,王东旭,王立久,张丹

功能材料. 2017, 48(10): 10149-10153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.025

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采用癸酸和月桂酸的二元低共熔混合脂肪酸为相变芯材,以经过高温焙烧和酸浸法进行改性处理的硅藻土作为基体材料,通过真空浸渍法制备改性硅藻土/脂肪酸定形相变材料,并采用不同的固-液分离工艺对定形相变材料进行干燥。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TG)和热循环实验等方法对改性硅藻土以及定形相变材料的物质成分、化学结构、热性能及稳定性等进行表征。结果表明,500 ℃高温焙烧5 h和50%硫酸酸浸5 h对硅藻土的改性效果良好,改性硅藻土的孔隙率和吸附性能明显提高;经抽滤干燥处理的定形相变材料热性能最优,改性硅藻土对脂肪酸相变材料的吸附率为42.7%,定形相变材料相变温度为17.68 ℃,相变潜热为66.65 J/g,改性硅藻土能够对脂肪酸产生吸附和固定作用,定形相变材料表现出良好的热稳定性,可以用作保温、蓄热建筑材料。

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钇掺杂量和膜厚对HfO₂纳米薄膜相结构的影响

杨喜锐,王雪霞,周大雨,徐进,闫泳,梁海龙

功能材料. 2017, 48(10): 10154-10158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.026

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二氧化铪(HfO₂)是广泛应用于微电子器件制备的电介质绝缘材料,其高介电系数四方相或立方相的稳定受掺杂元素含量和薄膜厚度的共同影响。采用纯水基溶胶-凝胶法在低阻硅基底上制备不同厚度的钇掺杂HfO₂薄膜,通过对薄膜晶相结构的X射线衍射分析,明确了四方/立方相在室温下稳定的临界钇掺杂量和临界膜厚条件,并对薄膜介电系数随晶相结构的演变以及漏电流进行了测试分析,研究结果对于HfO₂材料的微纳电容器件应用具有重要参考价值。

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PDGF/BMP-2-CMs/nHA/PLGA复合支架的制备及性能

白燕,白丽娟,陈华黎

功能材料. 2017, 48(10): 10159-10164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.027

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将壳聚糖缓释微球与可降解多孔支架复合,构建可次第释放不同生长因子的骨组织工程支架,并进行表征和性能研究。首先,制备载骨形态发生蛋白-2的壳聚糖微球(BMP-2-CMs),然后将微球与纳米羟基磷灰石/羟基乙酸(nHA/PLGA)及血小板衍生生长因子(PDGF)按照一定的比例混合,通过粒子沥虑-冷冻干燥复合工艺制备PDGF/BMP-2-CMs/nHA/PLGA复合支架。BMP-2-CMs呈规则球形,粒径分布在4～10 μm之间,BMP-2包封率为65.9%,载药量为0.134%。PDGF/BMP-2-CMs/nHA/PLGA复合支架孔径为100～200 μm,孔隙率为51.2%,抗压强度为7.7 MPa,8周降解率为20.1%。7 d时,PDGF和BMP-2累计释放率分别为75.0%和42.2%;14 d时,PDGF和BMP-2累计释放率分别为79.9%和53.5%。分析可知,复合支架中释放的PDGF和BMP-2能够持续有效地促进人脐静脉血管内皮细胞(HUVEC)和成骨细胞(MG63)的增殖和分化,具有良好的生物活性。由此可得,PDGF/BMP-2-CMs/nHA/PLGA复合支架能够次第释放PDGF和BMP-2,且能够显著促进HUVEC和MG63的增殖和分化。

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三相固体浮力材料的制备与应用研究

周云,王东胜,王莉萍,尹衍升,董丽华

功能材料. 2017, 48(10): 10165-10168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.028

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隔水管系统是海洋石油钻采的重要技术装备,而浮力材料是深水条件下钻井隔水管系统的必备部件。针对以深海石油钻采为重大应用背景的特种固体浮力材料,使用碳纤维增强聚合物中空球,与环氧树脂、空心玻璃微珠以适当比例混合,采用真空浇注工艺研发了一系列密度和强度的三相固体浮力材料,其密度为0.29～0.52 g/cm³,压缩强度为8.27～32.35 MPa,耐静水压为10～45 MPa,吸水率＜3%。同时结合海洋石油981平台南海钻采作业要求,系统开展了深海石油钻采隔水管浮力块的设计与制备研究,形成了隔水管浮力材料的国产化产品。

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Sb₂S₃纳米线的合成以及其在光降解和光电传感方面的应用

崔小静,何欧,李林洪,杨力

功能材料. 2017, 48(10): 10169-10173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.029

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通过低温溶剂热法合成出氯化锑(Sb₂S₃)纳米线。通过XRD、SEM、TEM、SAED等微纳测试技术表征合成的Sb₂S₃样品,显示出合成的样品是单晶正交相的Sb₂S₃纳米线。此外,利用XPS分析技术研究了Sb₂S₃的电子价态,并通过紫外-可见光反射谱来计算Sb₂S₃纳米线的带隙大约为1.55 eV。为了开拓Sb₂S₃的应用,研究了Sb₂S₃在可见光照射下催化降解罗丹明B(RhB),证明了Sb₂S₃纳米线具有良好的光催化降解效果。并且基于Sb₂S₃纳米线制作了一个光电器件,在间歇的光照下,该器件表现出了明显的光开关效应,响应时间和恢复时间都很短,低于280 ms。这些研究成果表明所合成的Sb₂S₃纳米线在光催化、光电传感等领域具有潜在的应用价值。

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TiO₂@SiO₂的制备及其对水泥基材料表层光催化和吸水性的影响

王涵,王丹,侯鹏坤

功能材料. 2017, 48(10): 10174-10177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.030

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水泥基建筑材料量大面广,改善其表层质量并赋予其光催化功能可延长材料服役寿命并有效改善环境质量。利用Stober法在商用纳米TiO₂表面合成纳米SiO₂,制备TiO₂@SiO₂核壳纳米材料,在对其光催化性能进行表征的基础上用于硬化水泥砂浆表面处理,利用高火山灰反应活性的纳米SiO₂与硬化水泥砂浆表层反应,提高TiO₂光催化材料在水泥基材料表层的有效附着,并提高表层水泥基材料性能。结果显示,TiO₂@SiO₂对有机染料的光催化降解效能比商用P25约高20%,经TiO₂@SiO₂处理的硬化水泥砂浆的吸水率较空白样品降低约10%。研究表明,TiO₂@SiO₂在赋予水泥基材料表面光催化能力的同时,具有提高水泥基建筑材料表层质量和耐久性的潜能,为该材料表面功能化改性提供了新思路。

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聚丙烯酸钠在氯化法钛白粉砂磨分散中的工艺研究

杨易邦,李海艳,杨振,龙翔,张建林,赵丽娟

功能材料. 2017, 48(10): 10178-10182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.031

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以氯化法工艺生产的钛白粉为原料,研究聚丙烯酸钠对钛白粉悬浮颗粒的砂磨分散,并与传统的硅酸钠和六偏磷酸钠分散剂进行比较,通过测试砂磨分散后的稳定性、粘度和粒度分布,确定聚丙烯酸钠对氯化法钛白粉具有较好的分散效果。同时,以钛白粉悬浮颗粒的稳定性和粘度,优化聚丙烯酸钠的用量,确定聚丙烯酸钠的最佳用量为钛白粉质量分数的0.2%,在该用量下的粒度分布均匀,其D(0.5)为0.331 μm、D(0.9)为0.527 μm,对钛白粉颗粒的团聚有较好分散作用。

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壳聚糖基可注射纳米复合凝胶的制备及表征

王亚男,苏红,李艳,王园园,杨鑫磊,冯昊天,吴坚,赵安莎

功能材料. 2017, 48(10): 10183-10187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.032

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传统的水凝胶支架面临伤口创伤、感染以及对缺损部位不适应等问题,从而导致支架的失效。可注射温敏水凝胶在注射前为流动的液体,通过注射器注入皮下组织或肌肉组织后,可在注射部位原位凝胶化,具有微创易治疗、可修复深层组织损伤、不破坏修复区供血等优点。通常血管内皮生长因子(VEGF)和基质细胞衍生因子-1(SDF-1)的半衰期较短,若将其装载到纳米颗粒复合凝胶中则可起缓释效果。因此实验制备了壳聚糖基水凝胶,保持壳聚糖和明胶体积比不变,通过加入不同体积的β-甘油磷酸钠,制备出不同组分的壳聚糖基温敏水凝胶体系,研究了不同凝胶的成胶时间、孔隙率以及细胞毒性;并制备了壳聚糖和岩藻聚糖的纳米颗粒,对VEGF和SDF-1进行了装载,并对纳米颗粒的粒径、电位及因子释放做了检测。结果表明壳聚糖基水凝胶具有温敏性且增加β-甘油磷酸钠的量会降低凝胶时间,凝胶电镜观察呈三维网络状,无细胞毒性;纳米颗粒粒径分布较均匀且稳定,在凝胶中有缓释效果。因此,制备安全可靠、有合适响应速度的壳聚糖基纳米复合水凝胶是提高材料性能的一种有效方式,将为今后满足不同需求的医用生物材料提供新的研究方向。

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稀土配合物/MCM-41分子筛杂化发光材料的制备

江元汝,甘俊羊,张璇卓一,黄元,孙强强

功能材料. 2017, 48(10): 10188-10191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.033

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以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,采用水热法制备了晶粒平均尺寸8 nm纳米MCM-41;以稀土铕为中心,水杨酸为第一配体,邻菲罗啉为第二配体,合成了稀土配合物Eu(Sal)₃ Phen。用浸渍法将Eu(Sal)₃ Phen组装到MCM-41分子筛中成为Eu(Sal)₃ Phen/MCM-41杂化发光材料。红外分析表明稀土配合物成功组装到MCM-41分子筛的孔道中,X射线衍射表明MCM-41的结晶性好,组装后MCM-41的晶面衍射峰强度稍减弱,扫描电镜表明产品为六方均匀有序结构。在365 nm激发波长,发射波长为621 nm,为典型红光,是(⁵D₀-⁷F₂) 发射的结果,Eu³⁺掺量9%时发光强度达最大,稀土配合物组装后性能更加稳定,在浓度＜12%未发生浓度猝灭。

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一步法制备银打印墨水中颗粒形貌对导电性能的影响

蔡雯君,张哲娟,胡强,才滨,孙卓

功能材料. 2017, 48(10): 10192-10197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.034

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引入了一种操作简便的制备高固含量银纳米墨水的方法,以月桂酸作为保护剂,水合肼作为还原剂,一步发制备出粒径均匀,尺寸为20 nm,且固含量可达14%的银导电墨水。分别探究了硝酸银用量,水合肼含量等因素对产物形貌和固含量的影响。采用冷场发射扫描电子显微镜和紫外可见分光光度计对产物的形貌和尺寸分布进行了测试。最后,银墨水经小于200 ℃的低温烧结后,获得电阻最低为17 mΩ/□的银薄膜层,为纳米银墨水在柔性电路中的应用奠定了基础。

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烷基磷酸单酯表面改性无水硫酸钙晶须及其对PP力学性能的影响

洪天增,许乃才,乃学瑛,刘鑫,吕智慧,李武,董亚萍

功能材料. 2017, 48(10): 10198-10203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.035

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采用烷基磷酸单酯改性剂对无水硫酸钙晶须进行了有机表面改性的研究,通过接触角(CA)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)等多种测试手段对样品进行表征分析。结果表明,烷基磷酸单酯对无水硫酸钙晶须具有较好的表面改性效果,改性产品的接触角可达97°,改性后晶须表面包覆层厚度为20～50 nm。由FT-IR和XPS分析结果可知,烷基磷酸单酯中的磷酸基团与晶须表面的Ca化学成键达到表面改性的目的,改性后晶须表面存在—Ca—SO₄和—Ca—O—PO₂K—O—R。最后,通过制备无水硫酸钙/PP复合材料,考察了无水硫酸钙晶须改性前后对PP力学性能的影响。结果表明无水硫酸钙晶须的加入对PP复合材料的力学性能有明显的提高,改性无水硫酸钙晶须与PP有较好的界面相容性,改性无水硫酸钙晶须对PP力学性能的提高优于未改性无水硫酸钙晶须。

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稀土改性氧化石墨烯的制备及表征

李勇,赵亚茹,李焕

功能材料. 2017, 48(10): 10204-10209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.036

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石墨烯独特的物理、化学和力学性能为复合材料的开发奠定了重要基础,是各种复合材料的理想增强体,但石墨烯分散性和湿润性差的问题严重限制了其在复合材料中的进一步应用。采用浸润法和加热改性剂法制备了稀土改性氧化石墨烯(RE-M-GO),利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM),能谱仪(EDS)对RE-M-GO的形貌和相结构进行了表征;并结合傅里叶变换红外(FT-IR)和紫外光谱仪器(UV),分析了改性氧化石墨烯的官能团结构的变化,探讨了其改性机理。结果表明,稀土改性的氧化石墨烯的分散性有明显的改善,主要是由于稀土元素与氧化石墨烯的含氧官能团进行反应形成配位键,生成了新的官能团,降低了氧化石墨烯的界面能及表面能,从而改善了氧化石墨烯的分散性。

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Ag纳米粒子在一维壳核式P3HT/CdS/TiO₂太阳电池中的应用

孙宝,裴娟,郝彦忠,杜静文,张赛,李英品

功能材料. 2017, 48(10): 10210-10214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.037

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采用水热法在FTO导电玻璃上生长TiO₂纳米棒阵列膜,然后在CdCl₂和Na₂S水溶液中循环浸泡反应制备CdS/TiO₂壳核式纳米结构,利用电化学方法于光敏层CdS中引入了贵金属Ag纳米粒子,并将Ag纳米粒子沉积于两层CdS纳米晶壳层之间形成三明治结构,以避免Ag纳米颗粒直接暴露成为光生电荷的复合中心。在不同CdS/Ag/CdS光敏层厚度的TiO₂纳米阵列中旋涂P3HT薄膜组装杂化太阳电池,探索了Ag纳米粒子沉积量对电池光吸收性能及光伏性能的影响。结果表明,在光敏层中适量电沉积Ag纳米粒子电池光电转换效率可以达到0.13%,与没有贵金属沉积的电池结构相比可以提高28%。

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PES/HA多孔生物材料的制备及其生物相容性

倪卓,杨莎

功能材料. 2017, 48(10): 10215-10220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.10.038

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制备PES/HA复合材料,红外光谱分析显示该复合材料主要是物理结合;以氯化铵为制孔剂,制备复合材料与制孔剂质量比为1∶0.25,1∶0.5,1∶0.75,1∶1的多孔复合材料。测定PES/HA孔结构复合材料吸水率。当复合材料与制孔剂质量比为1∶0.25时吸水率为40%。制孔剂含量比例越高,复合材料吸水率越高,当复合材料与制孔剂质量比为1∶1时PES/HA复合材料吸水率为88%。通过光学显微镜和电镜比较发现4组复合材料孔径多数分布在200～300 μm之间,最小孔径约为40 μm,最大孔径约为470 μm;体外培养MG-63细胞,通过噻唑蓝(3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltet razolium bromide, MTT)研究PES/HA复合材料对细胞毒性的影响,PES/HA复合材料毒性级别为I,该材料对MG-63细胞无毒性,这种细胞在PES/HA多孔材料表面和孔结构中粘附良好,细胞伸出多个伪足贴附在材料表面及孔壁上。

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2017年, 第48卷, 第10期　刊出日期：2017-10-31

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