功能材料

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氮化钛纳米颗粒作为锂氧电池正极催化剂的电化学行为

陈明珠, 吴爱民, 靳晓哲, 秦振海, 黄昊

功能材料. 2019, 50(3): 3001-3007. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.001

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采用直流电弧等离子体法在氮气和氢气气氛下制备氮化钛纳米颗粒,作为锂氧电池正极催化剂。通过透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等对材料进行微观结构表征,结果显示纳米氮化钛呈现立方结构,晶粒尺寸为30.00～60.00 nm,晶化程度良好。氮化钛纳米颗粒作为锂氧电池正极催化剂,电流密度为50 mA/g时,放电比容量达到3 037 mAh/g;在定容500 mAh/g,电流密度为75 mA/g时,电池可稳定循环,能量效率维持在62%左右。此外,充放电循环后电极片的XRD、SEM结果证明锂氧电池的主要反应为过氧化锂的生成与分解。

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漆酶/TEMPO修饰壳寡糖及其制备产物对黑色素抑制效果的研究

甄小琴, 郝东昭, 裴继诚, 张方东, 刘海棠, 王菁, 刘坤, 周子寅, 李智, 代利豪

功能材料. 2019, 50(3): 3008-3013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.002

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为了寻求安全有效的美白材料,采用漆酶/TEMPO氧化法对壳寡糖(COS)分子结构的C6位进行修饰制备羧基化壳寡糖(C-COS),并对C-COS进行核磁共振(¹³C NMR)、黑色素抑制效果检测及其对酪氨酸酶的抑制动力学测试。结果表明,核磁共振谱图中,在化学位移为181.46×10^-6处出现了明显的C6位羧基吸收峰,表明漆酶/TEMPO体系成功将壳寡糖C6位氧化并制得C-COS;在一定浓度范围内,C-COS对黑色素的抑制率随羧基含量的增加而增强,当羧基含量为0.6451 mmol/g时,C-COS对黑色素的抑制率达到52.92%;C-COS对酪氨酸酶抑制的动力学研究结果显示它对酪氨酸酶的抑制作用属于可逆抑制中的竞争型抑制。通过探究C-COS对黑色素的抑制效果及机理,为其提供能够作为皮肤美白添加剂的直接依据。

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新型硅藻土调湿材料温湿度调节效果及机制

胡明玉, 刘章君, 樊财进, 李晔

功能材料. 2019, 50(3): 3014-3019. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.003

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通过小室试验研究新型硅藻土调湿材料对室内温湿度的调节效果,根据X射线衍射、环境扫描电镜分析及材料的吸附/解吸理论研究材料的改性机制和调湿机制。研究表明,小室内表面涂覆0.5 mm厚硅藻土调湿材料时,密闭条件下,调湿材料对单位空间的最大吸、放湿量分别为2.51和1.76 g/m³,能将小室内相对湿度维持在50%～60%。与外界有换气条件下,随着预留缝隙的增大,材料对小室内湿度有效调节作用逐渐减弱,但对温度仍有1～2 ℃的调节作用。硅藻土调湿材料具有纳米级微孔特征及微孔内壁的缔合羟基作用,在毛细孔道效应、化学吸附和表面物理吸附的共同作用下,材料具有优异的吸放湿功能。

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多功能纳米分子材料的制备及其性能

于婷, 光善仪, 徐洪耀

功能材料. 2019, 50(3): 3020-3023. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.004

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利用八环氧基笼型倍半硅氧烷(E-POSS)与不同种类的胺类化合物反应,控制反应温度和时间,以AlCl₃为催化剂一步法制备了分别含有不同数量羟基、环氧基系列多功能纳米固体材料。其结构和性能经过固体核磁、红外光谱、热重分析等表征。结果表明,其初始分解温度最高为271.4 ℃。

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银纳米线/聚乙烯醇导电复合材料的逾渗特性研究

卢聘, 曲兆明, 王庆国, 何长安, 赵世阳, 成伟, 王妍

功能材料. 2019, 50(3): 3024-3027. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.005

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采用多元醇法制备了长径比约为240的银纳米线(AgNWs),以聚乙烯醇(PVA)为基体、AgNWs为导电填料制备了导电复合材料;基于排斥体积理论和几何相变理论对银纳米线/聚乙烯醇导电复合材料的逾渗阈值进行了分析和预测。结果表明,基于排斥体积理论计算得到的逾渗阈值(0.5816%)小于实际复合材料的实测数据;基于几何相变理论模型对材料逾渗阈值的拟合数据约为1.25%～1.31%,与实验测试得到的复合材料逾渗转变浓度范围一致性较好。因此,利用几何相变理论进行复合材料逾渗阈值和电导率的预测对于AgNWs/PVA导电复合材料的设计、制备及性能评价具有重要的指导作用。

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锰酸锌锂离子电池负极材料的研究进展

张天戈, 张竹柳, 李延伟, 姚金环

功能材料. 2019, 50(3): 3028-3032. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.006

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综述了近年来国内外关于锰酸锌(ZnMn₂O₄)作为锂离子电池负极材料的研究进展。重点探讨了改善ZnMn₂O₄电化学性能的几种方法,即电极材料纳米化、表面包覆、碳材料复合。在此基础上还简要介绍了ZnMn₂O₄全电池的研究进展。最后对今后要重点开展的研究工作进行了展望。

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钙钛矿镧基氧化物超级电容器的研究进展

南浩善, 刘淼, 李延根, 胡小颖, 田宏伟

功能材料. 2019, 50(3): 3033-3041. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.007

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对近年来国内外对基于氧阴离子嵌入型钙钛矿超级电容的研究做了一定的归纳和总结。通过以往人们对钙钛矿超级电容理论和影响因素的研究的分析,对钙钛矿电容阴离子嵌入理论做了概括,并总结了影响其电化学性能的因素。通过对以往实验设计思路的归纳,提出了钙钛矿材料研究的大体方向。同时结合超级电容器应用于汽车动力源时需满足的实际条件,为以后汽车超级电容中钙钛矿材料的设计提供一定的思路。

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铜铟铝硒太阳能电池研究进展

王孝侠, 谢华清, 吴子华, 翟涵, 张佳

功能材料. 2019, 50(3): 3042-3048. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.008

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具有黄铜矿结构的铜铟硒(CIS)类薄膜太阳电池随着其转换效率的进一步提高,受到日益广泛的关注。相对于CIS材料,由于铜铟铝硒(CIAS)具有更高的禁带宽度,可用比Ga合金更小的相对浓度来实现更可观的带隙,另外具有材料价格相对低廉,理论转化率高等优点使其成为太阳能电池材料目前的研究热点。对CIAS材料基本特点、制备方法及其在太阳能电池中的应用的研究进展进行了综述,并针对目前研究中存在的问题进行了总结和分析。

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SLM成形镍基高温合金及其数值模拟的研究进展

秋大闯, 李多生, 叶寅, 江五贵, 柯黎明, 秦国华, QinghuaQin, 何俊杰

功能材料. 2019, 50(3): 3049-3058. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.009

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镍基高温合金在高温高压条件下具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力,广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机最热端部件。首先介绍了用选区激光熔化成形技术(SLM)3D打印镍基高温合金零件及其数值模拟的国内外研究现状,然后介绍了SLM技术成形的镍基高温合金的力学性能和微观组织结构以及后处理对其微观组织及性能的影响。其次介绍了通过有限元对增材制造过程的模拟,以及其对工艺过程指导意义。最后进一步介绍了SLM成形镍基高温合金领域的研究热点以及数值模拟在这一领域的应用。

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多孔活性炭孔径调控研究现状

刘俊科, 孙章, 樊丽华, 许立军

功能材料. 2019, 50(3): 3059-3063. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.010

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随着活性炭在各个领域的广泛应用,对其孔结构的要求越来越高,孔结构的调控成为研究热点和难点。主要综述了目前国内外关于活性炭孔径调控技术的研究进展,分别介绍了微孔、中孔和大孔调控孔结构方面的研究成果及指出了不同调控技术的优缺点,重点介绍模板法、物理-化学联合活化法、催化活化法对孔结构调控的研究,并对孔径调控技术的发展进行展望。

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表面印迹聚合物的制备及其在药物分离分析中的应用

何红芳, 李延斌, 余佳照, 胡译之

功能材料. 2019, 50(3): 3064-3070. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.011

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表面分子印迹技术是在载体表面上发生聚合反应,将分子识别位点建立在载体的外层或者表面。从而使表面分子印迹聚合物具有结合速度快、识别选择性强、结合容量高、提高印迹材料的效率等优点。近年来表面分子印迹技术在药物分离分析中的应用引起人们的关注。简要介绍了表面分子印迹聚合物的原理及4种制备方法(溶胶-凝胶法、接枝共聚法、牺牲载体法、聚合加膜法、活性可控自由基聚合法),并对其在药物分离分析的4个方面(中药提取分离中;药物传感器方面;手性药物拆分中;药物释放中)的应用进行了综述。

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不同制备方法对VOCs催化燃烧催化剂活性中心结构形成的调变

胡玥玥, 张海东, 熊昆, 申渝, 陈佳, 孔莹, 周玉凤, 唐源桃, 李晓捷

功能材料. 2019, 50(3): 3071-3080. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.012

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挥发性有机物(VOCs)可以对环境和人体健康造成重大危害。当前我国VOCs的年排放量已经达到和NO_x及SO₂年排放量相当的水平,成为我国主要大气污染物之一。VOCs催化燃烧可将VOCs转化成水和二氧化碳,是一种高效、无二次污染的VOCs消除方法,特别适合消除低浓度的VOCs,而且可以在封闭空间内实现连续不断的VOCs消除。VOCs催化燃烧催化剂的制备方法直接决定了其活性中心的结构,对得到催化活性高、性能稳定、制备方便、价格低廉的催化剂具有核心作用。
VOCs催化燃烧催化剂的制备方法包括浸渍法(impregnation)、溶胶-凝胶法(sol-gel)、共沉淀法(coprecipitation, CP)、沉积-沉淀法(deposition-precipitation, DP)、嫁接法(grafting)、水热合成法(hydrothermal synthesis)、微乳法(microemulsion)等。分析对比了各种制备方法的特点及适用性,着眼于分析不同制备方法对催化剂活性中心的适配关系和调变可能性,以及获得不同化学成分和结构的活性位所需的针对性制备方法,以及制备方法对催化剂性能的影响,以期提供一个VOCs催化燃烧催化剂制备方法和催化性能之间关联的总体图像,为开发高效的VOCs催化燃烧催化剂提供参考。

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汽车缸套表面磁场辅助电沉积Ni-SiC纳米复合镀层研究

张肇伟, 杜全斌

功能材料. 2019, 50(3): 3081-3084. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.013

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在汽车缸套表面使用磁场辅助电沉积法制备Ni-SiC纳米复合镀层。利用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)及X射线衍射仪(XRD)对Ni-SiC纳米复合镀层的表面结构及成分进行研究。当镀液中SiC含量为6 g/L时,SiC纳米粒子团聚倾向最小,Ni-SiC纳米复合镀层表面平整、紧密。当SiC纳米颗粒含量为6 g/L时,Ni-SiC纳米复合镀层表面颗粒粒径进一步减小,并均匀分布于镀层表面。XRD分析可知,在汽车缸套表面镀层中存在Ni晶粒和SiC粒子。当镀液中SiC纳米颗粒含量为6 g/L时,Ni-SiC镀层中Ni晶粒和SiC粒子的平均晶粒尺寸分别为50.62 nm和39.32 nm。

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石墨烯在GaN表面的直接制备及其在GaN-LED中的应用研究

樊星, 郭伟玲, 熊访竹, 董毅博, 王乐, 符亚菲, 孙捷

功能材料. 2019, 50(3): 3085-3089. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.014

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石墨烯具有优良的光电特性,它能够替代传统的ITO材料用作GaN-LED的透明导电层。为了使上述应用实现工业化生产,利用热壁CVD研究了石墨烯在GaN表面直接生长的最佳条件,解释了直接生长的机理,直接生长的最佳条件为生长温度800 ℃,生长时间60 min,CH₄和H₂的分压比分别为1.59%和3.17%,该条件下得到具有明显2D峰的多层石墨烯。利用冷壁CVD研究了石墨烯在GaN表面的低温生长并制造了相应的GaN-LED,测试了其性能,结果表明生长温度高于700℃时器件的性能明显降低。该研究对实现石墨烯在LED中的工业化应用具有积极意义。

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大孔磁性聚合物载体的制备及其固定化硫酸盐还原菌的研究

张婷, 李昀, 冯新慧, 周晓龙

功能材料. 2019, 50(3): 3090-3095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.015

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化学共沉淀法制备了油酸修饰的Fe₃O₄颗粒,以苯乙烯为连续相,水为分散相,Fe₃O₄颗粒为稳定剂,采用高内相乳液模板法合成了磁性大孔聚合物小球(MPMS),并对MPMS的形貌、疏水性、结构、热稳定性、磁性等进行了表征。将硫酸盐还原菌(SRB)固定于MPMS,以模拟硫酸盐废水,比较了固定化SRB与游离SRB的脱硫性能。结果表明,大孔材料MPMS呈现多级孔道结构,具有丰富的泡孔和窗孔,MPMS的饱和磁化强度为2.043 A·m²/kg,固定化SRB后的MPMS饱和磁化强度为0.188 A·m²/kg,聚合物载体在负载后仍保留一定磁性;SRB在MPMS上固定化一周左右,可生成稳定的生物膜,对比固定化SRB和游离SRB的脱硫性能,可得出:固定化SRB生长状态优于游离SRB,当硫酸根浓度为2 000 mg/L时,脱硫速率达到2 597.76 mg/(L·d)。

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La掺杂TiO₂/改性石英砂复合光催化材料的制备及其光催化性能

陈超, 刘欣伟, 陈勇

功能材料. 2019, 50(3): 3096-3100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.016

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采用超声强化溶胶-凝胶法,以硝酸镧和钛酸丁酯为前驱体,选取石英砂作为载体,对载体石英砂进行涂FeCl₃改性,制备了系列La-TiO₂/改性石英砂复合光催化材料,通过XRD、DSC-TG和SEM等测试手段对复合材料的结构和理化性质进行了表征分析,并选取TNT废液作为目标污染物,考察复合了光催化材料的光催化性能。结果表明,在紫外光照射下,镧掺杂量为1.5%(摩尔分数),载体石英砂经FeCl₃溶液浸渍负载5次后,比表面积增大近10倍;焙烧温度400 ℃时,1.5%La-TiO₂/改性石英砂的吸附性能明显优于TiO₂/石英砂,吸附30 min后,提高了4.5%。

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以2,5-二羟基-1,4-对苯二甲酸为配体的稀土配合物的合成、晶体结构和磁学性质

谷兴业, 崔瑞琪, 吕薇, 杨燕, 佘世雄

功能材料. 2019, 50(3): 3101-3106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.017

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以2,5-二羟基-1,4-对苯二甲酸(H₄DHBDC)和Ln(NO₃)₃·6H₂O(Ln=Dy,Tb)为原料,通过溶剂热反应得到了两个新的配合物｛[Ln₂(H₂-DHBDC)₃(DMF)₄]｝_n(Ln=Dy(1),Tb(2))。通过单晶X射线衍射、红外光谱、热重分析和粉末X射线衍射对配合物进行了表征。结果表明,配合物1和2是完全同构的化合物,结晶于三斜空间群P-1中。配合物的次级结构单元中含有2个中心离子、6个去质子的配体和4个N,N-二甲基甲酰胺分子,并进一步通过周围的羧酸根基团以两种不同的桥连模式,形成了三维框架结构。磁性测试结果表明,配合物1在80 kA/m外加直流场条件下具有慢磁弛豫性质。

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过渡金属氟化物对Mg-Al合金储氢性能的改性研究

卿培林, 蓝志强, 蔡芳芳, 黄显吞, 李柳杰

功能材料. 2019, 50(3): 3107-3111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.018

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采用热处理工艺并结合机械合金化制备Mg-Al合金,研究过渡金属氟化物(TiF₃、VF₄以及ZrF₄)的添加对Mg-Al合金储氢性能的影响。研究发现,所有合金均主要由Mg₁₇Al₁₂相组成,Mg₁₇Al₁₂的氢化产物为MgH₂和Al,在过渡金属氟化物的催化作用下,Mg-Al合金的综合储氢性能得到明显提高。Mg-Al合金的初始吸/放氢温度约为180和300 ℃,添加TiF₃、VF₄以及ZrF₄后,合金的初始吸氢温度分别下降了80,30和30 ℃,初始放氢温度则分别下降了80,80和25 ℃,其中TiF₃显示出了良好的催化性能,尤其是在Mg-Al合金添加TiF₃后,Mg-Al合金氢化物的吸氢反应焓和脱氢反应焓从59.9和84.2 kJ/mol分别下降到了到了45.8和55.4 kJ/mol。

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明胶-壳聚糖-纳米SiO₂复合微胶囊的制备及结构

侯雪艳, 赵文博, 张玉琦, 张恩生, 王项项, 王记江, 张耀霞

功能材料. 2019, 50(3): 3112-3117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.019

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以石蜡和壳聚糖作为囊芯材料,以明胶作为壁材,制备明胶-壳聚糖-纳米SiO₂复合微胶囊。通过油水比、壳聚糖和明胶中分别引入纳米SiO₂等因素的调节,研究了其对微胶囊性能、结构的影响。采用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)对微胶囊形貌等微观结构进行表征。结果表明,油水比为3∶1时,制备的微胶囊结构和性能较好,在此基础上分别以不同的方式在壳聚糖和明胶中引入不同粒径的纳米SiO₂。结果表明,未引入纳米SiO₂制备的微胶囊呈球形结构,部分为多核微胶囊;当在壳聚糖或明胶中加入SiO₂时,微胶囊壁材出现多孔结构,球形度降低,随着SiO₂量的增加,微胶囊壳层孔状结构增多,微胶囊的热损失率也随之增大;不同粒径的纳米SiO₂无论引入壳聚糖还是明胶中,微胶囊的热损失率都是随着SiO₂含量的增加而增大;较大粒径的纳米SiO₂引入后微胶囊热损失率小于小粒径纳米SiO₂引入后微胶囊的热损失率。

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聚乳酸接枝淀粉原位固相聚合工艺优化研究

何啸宇, 徐冰杰, 李萍, 吴义强, 左迎峰

功能材料. 2019, 50(3): 3118-3122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.020

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为减少淀粉分子链中的亲水羟基,从而提高其与聚乳酸(PLA)树脂的界面相容性,以玉米淀粉为原料,乳酸为接枝单体,辛酸亚锡为催化剂,通过原位固相聚合法制备得到具有一定疏水性能的聚乳酸接枝淀粉(PLA-g-淀粉)。采用正交试验法研究了单体比例、反应温度和反应时间对PLA-g-淀粉接枝率的影响,通过直观分析和显著性分析优化了原位固相聚合工艺,并对疏水性、分子量及分布、糊化粘度进行了分析。结果表明,PLA-g-淀粉制备的最优工艺条件为单体比例25%、反应温度100 ℃和反应时间为2 h,在此工艺条件下制得PLA-g-淀粉的接枝率为20.78%。经过原位固相接枝改性后,淀粉的疏水性能得到显著改善,数均分子量(M_n)、重均分子量(M_w)、z均分子量(M_z)和分布指数(DI)都不同程度增大,糊化粘度也相应得到增大。

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热等静压法制备TiNiNb合金管工艺及其微观组织研究

刘军, 刘俊伟, MasaakiOtsu, 鲁世强, 万俊

功能材料. 2019, 50(3): 3123-3127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.021

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利用热等静压法将TiNiNb预合金粉末制备成了大尺寸TiNiNb合金管(外径35 mm,内径15 mm,高为100 mm)。对制备出的TiNiNb合金管的微观组织、力学性能及马氏体相变行为进行了探究。结果表明,热等静压工艺参数为1 100 ℃、110 MPa、保温保压3 h时,可制备出微观组织较均匀的大尺寸TiNiNb合金管。热等静压TiNiNb合金管微观组织主要有TiNi基体相、β-Nb相、少量的(Ti,Nb)₂Ni相及TiC相。热等静压态TiNiNb合金管硬度高于锻态TiNiNb合金这可能是存在TiC相导致。在研究其马氏体相变行为时,发现该合金马氏体相变为两步相变,但其马氏体逆相变行为并不明显。

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Ti_54.7Ni_30.7Cu_12.3Co_2.3合金形状记忆效应及力学性能的研究

蒋烨, 寇生中, 杨慧妮, 翟逸玥

功能材料. 2019, 50(3): 3128-3134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.022

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采用二辊热冷轧机将Ti_54.7Ni_30.7Cu_12.3Co_2.3形状记忆合金试样轧至预定厚度后将其加热到马氏体逆相变结束温度A_f以上200 ℃进行2 h保温处理,测试每个试样的回复程度,研究表明在预变形量为4%时,该形状记忆合金在此回复温度下保温2 h后具有最大的回复率,回复率达到了88.89%,在预变形量超过4%以后,合金在此回复温度下保温2 h后的回复效果逐渐削弱,这表明该形状记忆合金在200 ℃的回复温度下保温2 h后的极限预应变量在4%左右,如果预应变量超过这个极限,在此温度下保温2 h后该合金就无法完全回复;经过465 ℃保温30 min热处理后,Ti_54.7Ni_30.7Cu_12.3Co_2.3形状记忆合金具有最高的断裂强度(2 475 MPa)以及较高的屈服强度(1 586 MPa)与塑性应变(13.5%),这表明Ti_54.7Ni_30.7Cu_12.3Co_2.3形状记忆合金热在处理温度为465 ℃时具有最佳的室温压缩性能,且对其硬度值具有最大的提升效果。

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Mn-Ce-Co复合氧化物催化剂的制备及其催化燃烧氯苯性能研究

姚琳, 刘志英, 朱磊, 李溪, 张潇, 徐炎华

功能材料. 2019, 50(3): 3135-3141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.023

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采用溶胶-凝胶法制备了一系列不同Mn含量的Mn-Ce-Co复合氧化物催化剂,通过X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)手段表征了催化剂的物理化学性能,并探讨了Mn含量、焙烧温度对催化剂催化燃烧氯苯性能的影响。结果表明:适量Mn的添加促使Co进入到CeO₂立方萤石结构中形成Mn-Ce-Co-O三元固溶体,增加了催化剂的比表面积和表面活性氧物种的量,使催化剂表面的氧化能力大幅度强化。此外,适宜的焙烧温度使得催化剂向无定形态转变,进一步提高了催化剂的比表面积和活性组分的分散度,从而提高了催化剂的活性。

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双钙钛矿氧化物Pr_(2-x)Tb_xCoMnO₆(x=0.00,0.05,0.10)的磁性研究

李晓欣, 刘娇, 王婷, 田野, 云慧琴, 邢茹, 赵建军

功能材料. 2019, 50(3): 3142-3146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.024

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利用传统高温固相反应法制备了钙钛矿钴氧化物Pr_(2-x)Tb_xCoMnO₆(x=0.00,0.05,0.10)系列多晶样品,通过样品的XRD谱线、磁化强度随温度、外加磁场的变化曲线(M-T、M-H)等对样品的晶体结构和磁性进行了研究.结果表明:系列样品Pr_(2-x)Tb_xCoMnO₆(x=0.00,0.05,0.10)呈现良好的单相性,空间点群为P2₁/n;由于Co²⁺与Mn⁴⁺之间的铁磁超交换相互作用和少量无序的Co³⁺与Mn³⁺之间的铁磁超交换相互作用,3个样品均出现两个铁磁转变点(T_C1和T_C2),观察到系列样品存在类Griffiths相,温度T＞T_G则为纯顺磁态;在T_C2-T_G之间属于顺磁-铁磁共存状态;在低温区(T＜T_N时),铁磁态与反铁磁态相互竞争,出现了自旋团簇玻璃行为;随着Tb的掺杂,T_C1、T_C2、T_N和T_G均下降。在测量温区内,随着温度的降低,3个样品均先后经历了纯顺磁态、顺磁-铁磁共存态、铁磁-反铁磁相互竞争的过程。

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石墨烯对聚氨酯/Al-Sm₂O₃复合涂层耐盐水性能的影响

吕丹丹, 陈永婷, 郑建东, 张伟钢

功能材料. 2019, 50(3): 3147-3151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.025

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以Al粉和Sm₂O₃为功能颜料、聚氨酯(PU)为黏合剂、石墨烯为改性剂,采用刮涂法制备得到了石墨烯改性PU/Al-Sm₂O₃复合涂层。采用扫描电镜、红外发射率测试仪、近红外光谱、涂层力学性能标准测试法,系统研究了石墨烯改性前后涂层经盐水腐蚀不同时间后的微结构、功能特性及力学性能的变化规律,并对其成因进行了分析探讨。结果表明,石墨烯改性涂层经盐水腐蚀不同时间后的外观及表面微结构基本保持完好,体现出了良好的稳定性。经石墨烯改性后涂层相比改性前涂层,其发射率及1.06 μm反射率对盐水腐蚀的稳定性明显改善,经盐水腐蚀21 d后发射率仅从腐蚀前的0.623上升为腐蚀后的0.638,1.06 μm反射率从腐蚀前的40.8%降低为31.9%。经长时间盐水腐蚀后,改性后涂层比改性前涂层具有更低的发射率和1.06 μm反射率。同时,改性后涂层相比改性前涂层可保持更加稳定和优良的力学性能,能更好地满足实际工程应用要求。

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粉煤灰基沸石负载二氧化硅对Cu²⁺吸附性能

王凯, 邱广明, 贾晓伟, 蔡金利, 陈伟伟

功能材料. 2019, 50(3): 3152-3158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.026

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以粉煤灰(fly ash,FA)为原料采用水热合成法制备粉煤灰基沸石(fly ash zeolite, FAZ),通过Na₂SiO₃进行改性,制备了粉煤灰基沸石负载二氧化硅的铜离子吸附剂(fly ash zeolite loaded silica,FAZS),利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和氮气吸附孔径分布(BET)进行表征。以铜离子为吸附模型离子,考察了Ph、吸附剂用量和吸附时间等因素对吸附量的影响。结果表明,FAZS对Cu²⁺具有较好的吸附能力;在298 K时,FAZS对Cu²⁺的吸附符合准二级动力学模型且为化学吸附过程,在80 min内基本达到吸附平衡,最大吸附量高达127.4 mg/g,Langmuir等温吸附数学模型能比较好地拟合FAZS对Cu²⁺的吸附。热力学数据说明该吸附是吸热、自发的过程。

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阳离子羧甲基羟丙基瓜尔胶的制备及其助留助滤性能研究

刘传杰, 申冉, 李楠, 陈威

功能材料. 2019, 50(3): 3159-3164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.027

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以1-烯丙基-3-甲基咪唑乙酸鎓盐([AMIM]Ac)为反应介质,3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CTA)、氯乙酸钠、环氧丙烷为改性剂,创新性的一步制备了阳离子羧甲基羟丙基瓜尔胶(CCMHPG)。研究了3种改性剂用量、碱用量、反应温度、反应时间对产物取代度和粘度的影响,确定了最佳制备条件。经测定,反应产物的阳离子取代度为0.24,羧甲基取代度为0.41,羟丙基取代度为0.36,产物水溶性较好,1%水溶液粘度达1 072 mPa·s。CCMHPG的红外谱图和¹H NMR谱表明季铵基团、羧甲基和羟丙基均已成功接枝到瓜尔胶分子上,电镜照片显示颗粒表面出现了褶皱及鳞片状裂纹。将CCMHPG/PAC二元微粒体系用于脱墨废纸浆,PAC添加量为0.8%、CCMHPG添加量为0.04%时的留着率为94.3%,打浆度为43°SR。

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烧结温度对反应烧结氮化硅铁复合材料物相组成及力学性能的影响

张鹏展, 刘飞, 张金, 程任翔, 张冷, 李玉魁

功能材料. 2019, 50(3): 3165-3169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.028

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以硅铁粉、Fe-Si₃N₄粉末、钛铁矿粉为原料,采用自蔓燃法制备Si₃N₄-Fe₃Si复合材料。将Si₃N₄-Fe₃Si复合材料试样在1 650,1 700,1 750和1 800 ℃氮气气氛下进行烧结。采用X射线衍射、红外光谱分析、扫描电镜、维氏硬度等探究了烧结温度对Si₃N₄-Fe₃Si复合材料试样密度、孔隙率、显微结构、物相组成、力学性能的影响,并采用差示扫描量热法(DSC)探究了硅铁-钛铁矿混合物的燃烧过程。结果表明,烧结温度对氮化硅铁复合材料的显微结构、力学性能有显著的影响,随着烧结温度的升高,试样的密度、维氏硬度均增大,Si₃N₄-Fe₃Si复合材料的致密性增加;但弯曲强度和断裂韧性随着温度升高先增大后减小,在1 750 ℃达到最大值。在1 750 ℃时,试样的密度、维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性分别为3.33 g/cm³、9.85 GPa、331 MPa和8.5 MPa·m^1/2。弯曲强度提高了56%,断裂韧性提高了102%,表现出良好的抗弯强度和断裂韧性。在1 750 ℃时, Si₃N₄-Fe₃Si烧结试样主要物相为β-Si₃N₄、Y₂Si₂O₇、Fe₃Si和少量的Al₂O₃,完成了α-Si₃N4向β-Si₃N₄的变相,Fe₃Si在高温烧结条件下稳定性良好。

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化学气相沉积制备Co-Re合金涂层的热力学分析

敬瑀, 龚伟, 王恩泽

功能材料. 2019, 50(3): 3170-3173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.029

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Co-Re合金涂层是一极具潜力的抗高温烧蚀材料。利用HSC Chemistry 6.0软件对化学气相沉积Co-Re合金涂层进行模拟计算。分析结果表明,选择H₂-Re₂(CO)₁₀和H₂-Co(acac)₂为反应体系,在0～1 000 ℃的温度范围内ΔG均小于零;反应产物Re和Co含量随沉积温度的升高而增加,但沉积过程中会有C单质产生;制备Co-Re合金涂层的最佳反应温度区间为400～600 ℃。

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Ag-15Cu-10Au-2Ni合金的显微组织与性能

董鹏, 任涛, 秦国义, 许思勇, 郭锦新

功能材料. 2019, 50(3): 3174-3178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.030

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通过高真空感应熔炼制备Ag-15Cu-10Au-2Ni合金,对其塑性变形以及热处理后的显微组织、力学、电学性能进行了研究。研究结果表明,该合金由富银相和富铜相组成,Ni元素主要固溶在富铜相中;合金的加工强化效果明显,95%变形量合金的硬度达到201 Hv(铸态为90 Hv),抗拉强度达到744 MPa;650 ℃退火1 h后合金延伸率达到31.8%,硬度与铸态的相近;随退火温度增加合金电阻率先降低后增加,350 ℃退火1 h后合金的电阻率为最小(3.98 μΩ· cm),这是合金低温区退火出现有序相变所致。

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高效回收水面浮油的改性海绵制备与应用

王真, 赵素雷, 任瑞鹏, 吕永康

功能材料. 2019, 50(3): 3179-3184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.031

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通过石墨烯改性聚氨酯海绵制备石墨烯-聚氨酯海绵(GO-PUA)并对其进行了水接触角、FT-IR、XPS、SEM和吸附性能测试。结果表明,GO-PUA具有良好的可压缩性、疏水性和浮油吸附能力,重复吸附-机械挤压过程200次后,其吸附容量没有变化,吸附油回收率达到92.7%。因此,通过GO-PUA高效回收水中浮油是可行的。

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B³⁺掺杂制备TiO₂电致变色薄膜及性能研究

徐子芳, 戴彦, 马俊, 解一涵

功能材料. 2019, 50(3): 3185-3189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.032

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采用溶胶-凝胶法及浸渍提拉镀膜工艺,将钛酸四丁酯和冰醋酸加入溶剂无水乙醇中,并添加硼酸、去离子水、硝酸等原料,在ITO玻璃上成功制备了B³⁺掺杂的TiO₂薄膜。采用TG-DTA、XRD、UV-Vis、SEM、电化学工作站等手段研究了B³⁺掺杂TiO₂薄膜的光学属性及电致变色性能。结果表明,掺杂B³⁺的TiO₂薄膜的光谱调控范围得到明显改善,薄膜的电化学循环稳定性得到提高,当B³⁺掺杂体积分数为9%时,电致变色效果最佳。

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基于水滴模板法直接致技术制备“高尔夫球”型多孔聚苯乙烯微球

朱嘉峰, 朱烨铬, 殷张俞, 孙巍, MaxineYew, 任勇

功能材料. 2019, 50(3): 3190-3194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.033

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介绍了一种基于传统水滴模板法的新型表面图案化致孔技术,并利用这一技术成功在微米尺寸聚合物球形粒子表面实现多孔结构的制备。这种直接致孔技术通过对传统水滴模板法实施方法的改造,成功实现了在微观尺寸三维结构表面的致孔。首先通过微流道法制备得到尺寸均一的微米级聚苯乙烯(PS)微球;之后在高湿度条件下,对聚苯乙烯(PS)微球进行溶剂的直接致孔处理,得到表面具有多孔结构的“高尔夫球”型聚苯乙烯(PS)微球;并进一步通过对溶剂种类、溶剂用量以及湿度的调控,对实现微球致孔的条件进行了讨论。基于这一溶剂直接致孔实施方法的建立,在水滴模板法实施对象的几何造型局限性上进行了突破。

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常压条件下NaOH剥离g-C₃N₄及其光催化性能研究

刘晓瑜, 杨立荣, 吴欣怡, 李梦臣, 刘志刚, 封孝信

功能材料. 2019, 50(3): 3195-3200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.034

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通过热聚合法制备了块状g-C₃N₄,并利用不同浓度的NaOH对块状g-C₃N₄进行常压剥离处理,获得了大比表面积、疏松多孔的g-C₃N₄。对样品进行了XRD、SEM、TEM、BET、PL、FT-IR、UV-Vis光谱多项表征,并进行了降解罗丹明B光催化性能测试。结果显示,随着NaOH溶液浓度的增加,g-C₃N₄疏松程度增加,经过浓度为0.3 mol/L的NaOH处理的g-C₃N₄层间氢键破坏程度大,层内的结构也遭到一定程度的破坏,比表面积明显增大,是块状g-C₃N₄的5.5倍。较大的比表面积有效地增加了对罗丹明B的吸附性,同时经过0.3 mol/L的NaOH处理的g-C₃N₄电子与空穴的复合速率降低,吸附和光催化协同效应使0.3 mol/L NaOH处理过的g-C₃N₄光催化降解罗丹明B的效率较块状的g-C₃N₄有较大程度的提高。

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老化作用下SDYK型温拌胶粉改性沥青高低温性能研究

张琪, 常春清, 王岚

功能材料. 2019, 50(3): 3201-3206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.035

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通过动态剪切流变试验(DSR)和低温弯曲蠕变试验(BBR),对短期老化前后不同SYDK掺量(0.4%,0.6%,0.8%)的温拌胶粉改性沥青高低温性能进行研究。DSR试验结果表明,短期老化前后,掺入SDYK温拌剂的胶粉改性沥青的复数剪切模量G^*增大、相位角δ减小、改进车辙因子G^*/sin⁹δ增大,说明SDYK温拌剂的掺入改善了胶粉改性沥青的高温性能,SDYK温拌剂掺量为0.6%时胶粉改性沥青高温性能最好;BBR试验结果表明,掺入SDYK温拌剂的胶粉改性沥青劲度模量S值增大,蠕变速率m值减小,优化指标m/S值减小,说明SDYK温拌剂的掺入降低了胶粉改性沥青低温抗开裂性能。综合考虑高低温性能,质量分数为0.6%SDYK温拌剂掺量为最佳掺入量。

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淀粉膨胀石墨相变复合材料的制备及性能研究

任婉婉, 张东

功能材料. 2019, 50(3): 3207-3214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.036

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介绍了一种利用的乳化机理制备淀粉膨胀石墨相变复合材料的方法。以石蜡、膨胀石墨(expanded graphite, EG)和淀粉为原材料,制备淀粉膨胀石墨相变复合材料,并对其性能进行研究。研究表明,红外光谱显示石蜡、EG和淀粉之间是物理结合,没有新物质生成。复合相变材料的储热能力随着相变材料的减少而降低。当EG掺量＜8.4%(质量分数)时,相变热逐渐减少,当EG掺量＞8.4%(质量分数)时,相变热急剧减少。相变复合材料热导率随着EG掺量的增加而增大。当EG掺量＜8.4%(质量分数)时,热导率逐渐增加。当EG掺量8.4%(质量分数)时,热导率增幅较小。EG的掺量为8.4%和11.0%(质量分数)时,扫描电镜显示淀粉膨胀石墨相变复合材料由许多微小的胶囊颗粒组成。相变材料被稳定的封装在微胶囊中,以防止在相变过程中发生泄露。综合考虑其储热性、导热性和稳定性,研究得到EG在复合相变材料中的最佳掺量为8.4%(质量分数)。

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化学法制备Nd-Fe-B颗粒退火产物的物相调控

关维, 郭耀祖, 尤俊华, 曲迎东, 周继凤, 于酋慈

功能材料. 2019, 50(3): 3215-3220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.03.037

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为了制备具有优良性能的Nd-Fe-B颗粒,在等时变温退火和等温变时退火的基础上,深入研究了温度和时间对Nd-Fe-B氧化物物相组成和百分含量变化的影响,然后对物相进行调控。最终确定了合理的退火温度和退火时间,成功制备出了以Nd₂Fe₁₄B为主相的Nd-Fe-B纳米颗粒。通过XRD、Rietveld精修拟合、SEM、TEM、VSM检测分析,结果显示Nd-Fe-B氧化物主要由FeNdO₃,NdBO₃和α-Fe组成,最佳的退火温度为750 ℃,最佳的退火时间为5 h,最终获得的Nd-Fe-B氧化物分别为54.619%的FeNdO₃,19.901%的α-Fe,11.760%的NdBO₃。利用该氧化物成功制备出含有88.457%的Nd₂Fe₁₄B和11.543%的Fe₃B纳米粒子的Nd-Fe-B颗粒,该颗粒的矫顽力约206.96 kA/m。

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2019年, 第50卷, 第3期　刊出日期：2019-03-31

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