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2017年, 第48卷, 第1期　刊出日期：2017-01-30
  

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    热点·关注
  • 锂硫电池有机电解液研究现状与展望
    卢海, 袁艳, 杨庆浩, 后振中, 赖延清, 刘业翔
    功能材料. 2017, 48(1): 1001-1013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.001
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    作为一种高能量密度和绿色环保的储能体系,锂硫电池的发展前景被普遍看好,但是其当前存在的活性材料利用率低、循环性能差、自放电严重等问题,严重制约了实用化进程。放电中间产物多硫化锂在电解液中的溶解与穿梭是导致上述问题的主要原因。人们起初多从改性正极材料入手开展研究工作,但随着认识的不断深入,逐步意识到锂硫电池的另一关键部件——有机电解液亦极大影响着电池性能,因此电解液研究近年来开始备受关注。首先分析了锂硫电池电解液的基本设计理念,然后详细论述了近几年在锂盐、有机溶剂、离子液体、添加剂等方面的研究进展,最后简要展望了电解液今后的发展方向。
  • 共沉淀法制备锂离子正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2
    莫岩, 韦雅庆, 刘盾, 涂进春, 陈永
    功能材料. 2017, 48(1): 1014-1018. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.002
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    采用化学共沉淀法,以硫酸盐为原料,氨水为络合剂,NaOH为沉淀剂,制备得到颗粒均匀的镍钴锰氢氧化物Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2前驱体,通过跟Li2CO3混合烧结后得到类球形的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。采用热重分析(TG)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对样品的结构、形貌、粒径分布进行表征,并利用恒流充放电测试对材料的电化学性能进行了分析。结果表明,在pH值=11.5的条件下制备得到的前驱体,与Li2CO3混合后,900 ℃下烧结后的正极材料,球形形貌规整,具有层状结构和优异的电化学性能,首次放电比容量达159 mAh/g,60次充放电循环后放电比容量为147.1 mAh/g,容量保持率为92%。可见所制备的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2材料具有高放电比容量、良好的循环性能和结构稳定性。
  • 柔性透明纳米发电机的电极材料研究现状
    刘沛波, 杨俊, 魏大鹏, 石瑞英, 史浩飞
    功能材料. 2017, 48(1): 1019-1028. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.003
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    柔性透明纳米发电机可收获生活中的多种能量,如机械能、热能等,并且具有良好的透光性和柔性,可以适应生活中遇到的复杂环境,在低功耗便携式设备,自供能电子系统和植入式传感器等领域有巨大的应用前景。系统的综述国内外关于柔性透明纳米发电机的研究现状,阐述纳米发电机的分类及工作原理,重点讨论分析了氧化铟锡(ITO)、碳纳米管、石墨烯等3种不同电极材料的柔性透明纳米发电机的输出特性以及存在的问题,并且针对这些问题,预测了未来柔性透明纳米发电机的发展应致力于在改善现有透明电极材料的性能的同时,优化器件结构设计,实现柔性透明纳米发电机的发电性能的提升,并且继续改进制备工艺,实现纳米发电机的集成化,以便柔性透明纳米发电机投入实际应用。
  • NH4F改性MWCNTs负载Pd纳米粒子的电催化性能研究
    张晓凤, 董鹏, 张英杰, 夏书标, 段奔, 靳振华, 徐明丽
    功能材料. 2017, 48(1): 1029-1033. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.004
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    以无机物NH4F为改性剂,对NaOH处理后的多壁碳纳米管(f1-MWCNTs)进行共价键表面修饰得到f2-MWCNTs,将前驱体溶液在紫外光照射下边还原边负载于f2-MWCNTs表面,制得Pd/f2-MWCNTs催化剂。利用FT-IR、TEM、EDS、XRD和XPS等手段对其进行表征,结果表明f2-MWCNTs表面形成C—F、C—N等化学键和Pd/f2-MWCNTs表面存在Pd-F配位键,通过这些化学键的相互作用改变了Pd的电子结构,从而提高Pd纳米粒子的负载率和分散性。通过电化学测试发现,Pd/f2-MWCNTs催化剂对甲醇具有优异的催化性能,其质量电流密度是JM公司商业Pd/C催化剂的2.87倍。
  • 石墨烯/聚吡咯导电复合材料超级电容器电极的制备研究
    杜伟, 鞠翔宇, 王美丽, 展杰
    功能材料. 2017, 48(1): 1034-1037. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.005
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    超级电容器与锂电池相比具有更高的循环稳定性以及更高的能量密度。提高超级电容器电极材料化学稳定性,增大离子吸附比表面积,以获得更好的电化学性能,成为超级电容器研究领域的热点。以湿化学还原法制备的石墨烯为基底,采用原位电化学沉积法制成了石墨烯/聚吡咯导电复合材料超级电容器电极。通过扫描电子显微镜(SEM)对电极的微观形貌进行了观察,利用电化学工作站对组装的超级电容器电化学性能进行了系统表征,同时探讨了沉积浓度和沉积时间对电化学性能的影响。结果表明,在0.2 mol/L吡咯溶液中沉积时间为22.5 min制备出的石墨烯/聚吡咯导电复合材料电极的比电容可达388 F/g,表现出优良的超级电容器电化学性能。
    • 综述·进展
  • 胶原基水凝胶的制备、结构性能表征及其在生物医学中的应用
    胡杨, 余小月, 但卫华, 尹涛, 尤娟, 熊善柏
    功能材料. 2017, 48(1): 1038-1046. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.006
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    作为一种具有特殊网络结构和功能的天然高分子材料,胶原基水凝胶已在医用敷料、药物载体、组织工程支架等生物医学领域得到了广泛应用。对近几年胶原基水凝胶的研究应用现状进行了全面综述,从胶原的结构与性能入手,着重对胶原基水凝胶的制备、结构性能表征及其在生物医学中的应用进行了阐述,同时对制备过程条件的控制对水凝胶结构性能的影响进行了重点讨论,对胶原基水凝胶的未来前景和发展重点进行了展望,有望为将来有关胶原基水凝胶的研究和应用提供数据参考。
  • 羟基磷灰石微结构调控的研究进展
    赵宏霞
    功能材料. 2017, 48(1): 1047-1055. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.007
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    人工合成的羟基磷灰石(hydroxyapatite, HA)与人体硬组织的无机相成分相似,并具有良好的生物相容性、骨传导性和骨诱导性,在骨组织工程领域得到了广泛的应用及研究。在HA的制备过程中,晶体的成核作用、生长习性、表面形貌以及尺寸受到诸多因素的影响,从而导致HA的微结构变化多样。HA的微结构对材料的宏观理化性能及生物力学特性有着重要作用,近年来微结构调控成为HA材料研究中的热点。综述了制备方法、合成工艺参数、离子取代及有机物模板等对HA微结构的调控及研究动向。
  • 电介质/金属/电介质结构透明导电薄膜的研究进展
    廉吉庆, 王丽军, 王小平, 陈海将, 宋明丽, 宁仁敏, 柯小龙, 安宁宁
    功能材料. 2017, 48(1): 1056-1063. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.008
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    电介质/金属/电介质(D/M/D)结构透明导电薄膜是经过独特设计的一类性能优良的透明导电薄膜,经过多年研究,其各项性能指标得到了极大地提高,其应用范围也在不断拓展,目前已可应用于诸多领域。主要论述了D/M/D多层透明导电膜的研究现状,包括膜层设计原理、材料选择机制,并总结了金属层厚度、金属退火温度对膜系结构、光学、电学性质的影响机制。
    • 研究·开发
  • Bi1.85In0.15Se3单晶的结构及输运特性研究
    张敏, 魏占涛, 羊新胜
    功能材料. 2017, 48(1): 1064-1067. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.009
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    主要研究了Bi1.85In0.15Se3的晶体结构、微观形貌及电输运性能。样品具有六方层状结构,形成的晶体易解理。样品的电阻率曲线在低温区域出现了金属-绝缘体转变行为。拟合结果表明,在低温下电子-电子散射和Mott变程跃迁模式共存,Mott变程跃迁模式在低温下对电阻率贡献作用的增大,导致金属-绝缘体转变的出现;而在高温区域,声子散射及电离杂质散射对载流子的作用共存。当施加外加磁场时,样品出现了与纯Bi2Se3相反的负磁电阻效应。这种反常的磁电阻行为可能跟由洛仑兹力导致的正磁电阻与自旋无序电阻率减小引起的负磁电阻之间的竞争作用有关。
  • 氧化钛和氧化铝陶瓷的骨诱导作用
    彭海涛, 李鸿, 吕国玉, Joost D. de Bruijn, 严永刚, 袁惠品
    功能材料. 2017, 48(1): 1068-1072. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.010
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    蛋白质吸附、钙磷离子释放和表面生物矿化是钙磷材料诱导异位骨生成的可能材料机制。对比了非表面微孔羟基磷灰石陶瓷(HA-S)、表面微孔羟基磷灰石陶瓷(HA-R)和表面微孔生物惰性非钙磷陶瓷(TiO2陶瓷;Al2O3陶瓷;两者无钙磷释放,无表面生物矿化能力)的异位骨诱导能力。研究发现,不同化学成分的陶瓷材料对蛋白质有选择性吸附。即使不吸附骨形态发生蛋白-2(rhBMP-2),具有表面微孔的非钙磷陶瓷也能诱导异位骨组织生成。结果表明,钙磷离子释放和表面生物矿化在磷酸钙生物材料骨诱导中不起关键作用,表面微孔也不一定通过蛋白质吸附而在异位骨诱导中起作用。
  • 空心微珠泡沫材料的导热性能研究
    渠亚男, 米海惠, 苏振国, 徐星星, 吕瑞芳, 刘派, 杨金龙
    功能材料. 2017, 48(1): 1073-1077. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.011
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    通过烧结空心微珠坯体的方法制备了超低容重空心微珠泡沫材料,研究了温度、样品的容重、开孔气孔率对导热性能的影响规律。结果表明,随着温度的升高,空心微珠泡沫材料的导热系数逐渐增大;材料中的封闭孔部分变成连通孔之后,材料的导热系数增大。空心微珠泡沫材料容重为146 kg/m3时,导热系数为0.054 W/(m·K),容重为100～600 kg/m3的样品,样品导热系数与容重之间的关系曲线为y= 0.00023 x +0.028
  • 苯胺-对苯二胺共聚物改性水性聚氨酯-丙烯酸酯涂层的制备及防腐性能研究
    侯婧莉, 沈一丁, 王海花, 费贵强, 胡苗苗
    功能材料. 2017, 48(1): 1078-1083. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.012
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    采用微乳液聚合法合成苯胺-对苯二胺共聚物P(ANI-PDA),采用原位乳液聚合法制备水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液(WPUA),根据物理共混法制备出苯胺-对苯二胺共聚物/水性聚氨酯-丙烯酸酯复合涂层P(ANI-PDA)/WPUA。采用原子力显微镜(AFM)、热重分析(TGA)、吸水率测试、电化学测试和盐雾实验对P(ANI-PDA)/WPUA的形貌、热稳定性和防腐性能进行了表征和测试,研究了P(ANI-PDA)用量对涂层防腐性能的影响。结果表明,随着P(ANI-PDA)用量的增加,胶膜的热稳定性提高,乳胶粒粒径增大,当P(ANI-PDA)用量为1.5%时,胶膜的吸水率最低为4.1%,腐蚀电位为-1.034 V,腐蚀电流密度为2.75×10-7 A·cm2,耐盐雾最好,防腐性能最佳。
  • 海洋环境下磁场对电磁屏蔽涂层保护性能的影响
    贺泽邦, 杨敏娜, 卢琳, 李晓刚
    功能材料. 2017, 48(1): 1084-1088. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.013
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    采用电化学阻抗谱(EIS)研究了3.5%(质量分数)NaCl溶液中外加磁场对Ni基电磁屏蔽涂层单、双层体系保护性能的影响,并采用体视显微镜与扫描电子显微镜对浸泡后涂层的表面及截面形貌特征进行了观察。结果表明,单层Ni基涂层体系下,磁场的作用表现为阻滞了溶液的扩散,使得其低频阻抗模值｜Z｜0.01 Hz随浸泡时间的增加下降速度减缓,这是由于磁场使涂层中Ni颗粒重新排布,减少了涂层内缺陷;对于电磁屏蔽涂层/丙烯酸聚氨酯清漆双层体系,EIS结果表明外加磁场使涂层｜Z｜0.01 Hz下降更快,而磁场方向对｜Z｜0.01 Hz的变化规律无明显影响。这说明尽管磁场优化了底漆中Ni颗粒在涂层中的分布,提高了电磁屏蔽底漆的保护性,但是对于丙烯酸聚氨酯面漆的失效过程,磁场对电解质扩散的加速作用占主导地位,二者叠加总体来说磁场加速了双层涂层体系腐蚀过程。
  • 赖氨酸超小纳米粒的制备及胶质瘤细胞荧光成像
    宋小杰, 廖瀚, 王冰, 王艳妨, 张英
    功能材料. 2017, 48(1): 1089-1094. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.014
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    利用N-芴甲氧羰基-L-赖氨酸分子接枝异硫氰基荧光素,合成赖氨酸-荧光素小分子,在反相微乳液中京尼平作为交联剂交联赖氨酸-荧光素分子制备超小纳米粒。所得纳米粒纯化后进行紫外-近红外可见光扫描分析,确定荧光素交联到纳米粒上及未反应小分子被完全洗脱。动态光散射考察所得纳米粒径为(198.33±0.03) nm、透射电子显微镜观察到纳米粒呈球形,平均粒径为39.78 nm。荧光光谱表征所得纳米粒与荧光素荧光光谱完全吻合。利用胶质瘤U87细胞进行纳米粒荧光成像,细胞被染色。利用CHO细胞考察纳米粒的毒性,在一定浓度下(小于8 mg/mL)纳米粒对细胞无明显毒副作用。
  • 基于纳米压入法的Ti(58-x)Cu42Nix合金纳米力学行为研究
    于菲菲, 王鹤峰, 袁国政, 树学峰
    功能材料. 2017, 48(1): 1095-1098. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.015
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    借助纳米压入测试方法,对Ti(58-x)Cu42Nix(x=0,5,10)合金进行测试,研究掺入不同含量Ni的Ti-Cu合金的纳米力学性能,采用压痕形成过程中塑性应变与总应变的比值来表征合金塑性。分别用Oliver-Pharr方法和基于压痕功修正算法对比分析实验结果,研究了压痕表面形态和合金力学参数。结果表明,随着Ti-Cu合金中Ni含量的增加,其塑性性能减弱,即弹性性能增强。在压入过程中Ti48Cu42Ni10表面的凸起程度最大,Ti53Cu42Ni5的凸起程度略小,Ti58Cu42凸起程度最小,且3种合金的耐磨性随着Ni含量的增加而变强。
  • 超支化聚酰胺纳滤膜的制备及其吸附性能研究
    邓兆龙, 邓慧宇, 陈庆春, 賀沿沿, 张小广, 那兵
    功能材料. 2017, 48(1): 1099-1104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.016
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    以端氨基超支化聚酰胺为水相单体,对苯二甲酰氯为油相单体,采用界面聚合法通过控制单体浓度制备出具有荷负电特征的超支化聚酰胺纳滤膜。该膜对1 000 mg/L NaCl、Na2SO4、MgCl2、MgSO4的脱除顺序为Na2SO4＞MgSO4＞MgCl2＞NaCl,对硫酸钠的脱除率为73.5%。在明确该膜分离特征的基础上,着重考察了操作压力、Mg2+浓度等因素对纳滤膜吸附镁离子性能的影响。结果表明,增大操作压力和进料液浓度均有助于缩短膜吸附达到平衡的时间,且吸附量略有增大;动力学模拟结果表明该膜的吸附动力学比较符合准一级动力学模型;并且理论分析初步表明镁离子主要吸附在膜表面及孔内部。
  • 天冬氨酸-衣康酸共聚物对碳酸钙阻垢性能研究
    张玉玲, 康少鑫, 李伟, 魏晗笑, 姜义健, 王吉龙
    功能材料. 2017, 48(1): 1105-1108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.017
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    为提高聚天冬氨酸(PASP)抑制碳酸钙结垢的性能,改性合成了新型产品天冬氨酸-衣康酸共聚物(PAI)。采用静态阻垢法,考察不同水质条件对PAI阻垢性能的影响,并与改性产品天冬氨酸-赖氨酸共聚物(PAL)和市售PASP进行了对比;初步从动力学角度,考察了PAI、有机膦系阻垢剂PBTCA和PASP在特定条件下阻垢效果的差异。结果表明,相同实验条件下,PAI的阻垢率最高可达90.12%,略优于PAL,明显高于PASP;碳酸钙结晶生长速率常数分别为k(PBTCA)=30.39＜k(PAI)=34.806＜k(PASP)= 40.557。表明PAI是阻垢性能优异的新型改性产物,适用于水质条件不稳定和水力停留时间较长的用水系统。
  • 环境湿度对有机电致发光二极管功能材料的影响
    林洋, 司长峰, 彭翠云, 潘赛虎, 陈果, 魏斌
    功能材料. 2017, 48(1): 1109-1114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.018
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    随着有机电致发光二极管(OLED)市场化进程加快,有机光电功能材料的应用日趋广泛,但环境湿度对OLED功能材料影响的研究鲜有报道。以典型的空穴传输材料N,N′-bis-(1-naphthyl)-N,N′-biphenyl-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine(NPB)为例,将其分别置于环境湿度为5%,20%,35%和50%,环境温度均为25 ℃的条件下24 h,以其为空穴传输层构建绿色荧光OLED器件;系统调查了NPB材料不同存储环境湿度对OLED器件性能的影响。结果表明,随着NPB存储环境湿度不断增加(5%～50%),器件性能逐渐降低,其中最大电流效率由3.96 cd/A降低到3.31 cd/A。进一步地,单载流子器件的电流-电压特性表明,随着环境湿度的增加,NPB空穴传输性能逐渐增强,这加剧了OLED器件中空穴和电子传输性能的不平衡,导致器件效率较低。此外,分析了NPB薄膜光致发光(PL)光谱随着材料存储湿度的增加逐渐红移的现象,这可能是由于水分子的侵入,使得NPB分子的局域激发态转换为具有强烈电荷转移特征的激发态的结果。
  • 聚吡咯修饰的ZSM-5型分子筛在乙炔氢氯化反应中的催化性能
    刘慧捷, 朱明远, 代斌
    功能材料. 2017, 48(1): 1115-1119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.019
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    合成了聚吡咯修饰的ZSM-5型分子筛(PPy-ZSM-5)材料,并通过傅里叶红外(FT-IR)、透射电镜(TEM)、比表面积测试法(BET)确认了材料的结构特征和表面形貌,证明聚吡咯被成功的修饰在ZSM-5上。将PPy-ZSM-5作为载体制备了1%AuCl3/PPy-ZSM-5催化剂应用于乙炔氢氯化反应,通过筛选,表现最优的是催化材料1%AuCl3/8PPy-ZSM-1 000,在体积空速180 h-1的条件下,乙炔的转化率达到99%。实验结果表明,PPy的存在提高了分子筛表面导电性,提高了载体对HCl的吸附能力从而抑制了反应过程中Au3+ 被还原成 Au0、金颗粒的团聚以及催化剂的积碳,明显的提高了催化剂的催化表现。
  • 砷酸对ZTS溶液稳定性及晶体生长的影响
    禹化健, 常新安, 陈学安, 肖卫强, 涂衡
    功能材料. 2017, 48(1): 1120-1124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.020
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    以提高ZTS溶液稳定性和进一步探索其晶体生长的较佳条件为目的,选择砷酸为添加剂,通过溶液亚稳区宽度和诱导期的测定探索了砷酸对ZTS溶液稳定性的影响,采用水溶液降温法在砷酸不同添加浓度条件下进行了ZTS晶体生长实验。结果表明,ZTS溶液稳定性随着砷酸浓度的增大而增大,且砷酸的添加使ZTS晶体的a轴向生长速度明显加快,晶体形貌也有很大变化,晶面数目大幅减少,但晶体的晶胞参数会因微量的砷酸根离子的掺入略微增大。
  • 苄基铵盐/高岭石复合物的制备研究
    李欣, 高克, 洪昱斌, 何旭敏, 丁马太, 蓝伟光
    功能材料. 2017, 48(1): 1125-1129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.021
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    由二甲亚砜和高岭石实现插层反应,继先后以甲醇和苄基三甲基氯化铵置换之,得到片状的高岭石/苄基铵盐插层复合物。以X射线衍射、红外光谱仪、热重测试和扫描电镜分别表征其结构和形貌,探讨其形成机理和理论模型。
  • 氮钒硅掺杂TiO2的表征及其可见光催化性能研究
    王淑勤, 杜志辉, 赵少鹏
    功能材料. 2017, 48(1): 1130-1134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.022
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    以钛酸丁酯为Ti源,六次甲基四胺为N源,偏钒酸铵为V源,正硅酸乙酯为Si源,采用溶胶-凝胶法制备N-V-Si-TiO2纳米材料。通过BET、UV-Vis和XRD等检测手段对N-V-Si-TiO2的表面结构、晶型比例等进行表征分析,研究其在可见光条件下对甲醛、甲苯及SO2的可见光催化性能。结果表明,煅烧温度500 ℃、掺氮28%、掺钒1%、掺硅5%的N-V-Si-TiO2平均孔径小、比表面积大、对可见光的吸收能力强,其催化降解甲醛、甲苯及SO2的效率最高分别可达89.6%,85.4%和98.7%,与N-V-TiO2和纯TiO2相比效率显著提高。N-V-Si-TiO2连续使用时间可达9 h,与N-V-TiO2和纯TiO2相比延长3～4 h,样品失活后再生恢复率最高可达95%,且重复使用5次后仍具有相当高的活性。
  • 电喷法钛氧/聚乙烯吡咯烷酮/硬脂酸颗粒及其电流变性能
    韩鹏飞, 赵红, 董旭峰, 谭锁奎, 齐民, 纪松
    功能材料. 2017, 48(1): 1135-1138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.23
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    采用电喷法制备钛氧/聚乙烯吡咯烷酮/硬脂酸(钛氧/PVP/SA)微纳米颗粒。SEM、粒径分析表明钛氧/PVP/SA颗粒为规则球状,平均尺寸为236.7 nm;FT-IR表明PVP、SA成功引入钛氧颗粒;XRD表明钛氧/PVP/SA颗粒为无定形态。分别以电喷法钛氧/PVP/SA、水解沉淀法钛氧/PVP/SA颗粒为分散相,制备质量分数为43%的电流变液。电流变性能测试结果表明,电喷法钛氧/PVP/SA电流变液比水解沉淀法钛氧/PVP/SA电流变液具有更高的剪切屈服强度及剪切稳定性。
  • SiC厚膜快速外延生长刻蚀工艺研究
    毛开礼, 王英民, 李斌, 赵高扬
    功能材料. 2017, 48(1): 1139-1143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.024
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    10 kV以上高压功率器件的应用提出了高质量快速4H-SiC外延生长工艺要求。4° 4H-SiC厚膜外延生长时,对于器件制备不利的三角缺陷和台阶聚并是常见问题,使用HCl气体作为含Cl化合物,研究了不同刻蚀工艺、不同刻蚀温度对于4H-SiC外延层质量的影响。采用1 620 ℃ HCl气体刻蚀衬底5 min,1 600 ℃外延生长的工艺,可以有效降低三角缺陷数量,同时避免台阶聚并的形成。通过刻蚀工艺,以平均55.2 μm/h的外延速率生长了平均55.2 μm厚的高质量4H-SiC外延层,三角缺陷数量＜1个/cm2,表面粗糙度0.167 nm。
  • 新型负极材料CrNbO4的电化学性能研究及球磨改性
    孔凡军, 赵浩, 邓冰洁, 何晓蕾, 钱斌, 韩志达, 房勇, 杨刚, 江学范
    功能材料. 2017, 48(1): 1144-1147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.025
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    采用高温固相法制备CrNbO4,并首次研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。使用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电测试、循环伏安(CV)测试和电化学交流阻抗测试(EIS)对材料的结构、形貌和电化学性能进行表征。样品CrNbO4在0.001～3.0 V电压区间,电流密度为16 mA/g时,充放电50次后放电容量可以保持在63.5 mAh/g。通过球磨,CrNbO4的首次放/充电容量由212.9/100.9 mAh/g提高到572.3/343.5 mAh/g,同时电流密度提高10倍,充放电50次后改性样品的放电容量仍可维持81.3 mAh/g,有效提高了电化学性能。
  • 溶剂热法制备超细钴粉及其机理研究
    步绍静, 李丹, 李世泰, 韩续豪, 孙继兵, 崔春翔
    功能材料. 2017, 48(1): 1148-1152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.026
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    以CoCl2·6H2O为原料、水合肼N2H4·H2O为还原剂,引入AgNO3·6H2O作为形核剂,采用乙二醇溶剂热法制备了超细钴粉。通过红外光谱分析探讨了零价Co形成的化学机理,对产物颗粒的相结构、微观形貌和磁性能进行了表征,重点考察了形核剂的加入量及溶剂热温度对钴粉微观结构和磁性能的影响。结果表明,当前驱体溶液中n(Ag+):n(Co2+)=1:100、溶剂热温度为160 ℃时,可以制得粒径在100 nm以下的球状Co颗粒,Co粉分散性良好,且呈现出优异的软磁性能。
  • 血液相容纤维素基纸张的制备及其负载生长因子的研究
    吕文志, 周小凡, 王慧丽, 龙柱
    功能材料. 2017, 48(1): 1153-1158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.027
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    以天然纤维素纸张材料为基材,通过氧气低温等离子体技术在其表面接枝抗凝血药物肝素,以提高该类材料的血液相容性。对表面化学接枝肝素纸样的体外凝血时间测试、红细胞形态观察、全血和血小板粘附实验等血液相容性评价结果表明,与未改性原纸相比,表面化学接枝肝素的纸样的体外凝血时间APTT、PT和TT值都显著增加,抗溶血和血小板、血细胞粘附的能力都明显改善。通过pNPP法对表面化学接枝肝素纸张负载VEGF的行为及其对HUVEC存活、增殖的影响进行了评价,表明Paper-Hep纸样由于其对VEGF的长期控释作用,对HUVEC的存活及增殖更为有益。
  • SnO/Sn3O4异质结构的制备及其光催化性能
    崔磊, 杨丽娟, 高剑森, 顾世浦
    功能材料. 2017, 48(1): 1159-1162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.028
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    采用简单的一步水热法合成了SnO/Sn3O4异质结构花状微球。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、表面积分析仪和紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等测试手段对其形貌、结构、比表面积和光学性质进行了分析,并以罗丹明B(RhB)为模型污染物研究了样品的光催化性能。结果表明,花状微球由大量SnO/Sn3O4异质结构组成,比表面积为52.6 m2/g;样品中SnO和Sn3O4的禁带宽度分别为2.90和2.51 eV,同时对罗丹明B有较好的光催化降解特性。
  • PEG-IPDI-PVA/Laponite基纳米复合水凝胶的制备与研究
    王沛, 高珊, 刘炼, 张天祥
    功能材料. 2017, 48(1): 1163-1166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.029
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    为了使PEG-IPDI-PVA水凝胶的温敏性与机械性能得到提高,加入锂藻土纳米填料,利用原位接枝共聚法制备出PEG-IPDI-PVA系列水凝胶。通过红外光谱、扫描电镜对水凝胶的结构和断面形态进行表征,确定了水凝胶的溶胀性能与力学性能。结果表明,随锂藻土的加入溶胀率明显提高,甚至达到700%,说明锂藻土的加入改善了水凝胶的内部结构和物理、化学性能。而在35～40 ℃时,溶胀率增长迅速,改善了此类材料的温敏性能。
  • 丙烯酸树脂-壳聚糖复合涂膜非等温热分解动力学机理函数推测
    李亚敏, 强西怀, 刘爱珍, 艾倩, 闫哲
    功能材料. 2017, 48(1): 1167-1171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.030
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    通过热重分析法研究了含有功能单体AAEM(乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯)的丙烯酸树脂-壳聚糖交联复合涂膜的热分解反应。结果表明,该复合涂膜的热分解过程表现为两个台阶:第1台阶分解温度区间为199.4～349.0 ℃;第2台阶分解温度区间为323.9～450.7 ℃,该分解区间出现最大分解速率,而且分解速率随着升温速率的提高而提高。通过Kissinger法和Ozawa法计算复合涂膜的热分解表观活化能E分别为119.19和123.05 kJ/mol。该复合涂膜热分解反应可分为3个阶段:第1阶段的转化率＜25%;第2阶段的转化率为25%～45%;第3阶段的转化率＞45%。在反应初期为化学反应机制,最可几机理函数为C5,反应级数n为5;在反应后期则变为扩散反应机制,最可几机理函数为D6;反应中期则为过渡阶段。
  • c-CuFe2O4纳米纤维管的制备及可见光响应光催化性能
    陆楚楚, 秦传香, 朱爱萍, 戴礼兴
    功能材料. 2017, 48(1): 1172-1176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017. .001
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    在柠檬酸辅助下,采用静电纺丝及后续低温煅烧的方法制备了立方相铁酸铜(c-CuFe2O4)纳米纤维管,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对c-CuFe2O4纳米纤维管的晶相和形貌进行表征。结果表明,经一定温度煅烧后得到的c-CuFe2O4纳米纤维管仍然具有较好的长径比,其比表面积和孔隙半径分别为19 m2/g和14.8 nm。在可见光照射下,c-CuFe2O4纳米纤维管对罗丹明B(RhB)水溶液的光催化降解率达到99%;溶液中的光催化剂可以借助于外界磁铁来有效收集,避免了二次污染。
  • 聚醚与环氧树脂相容性对韧性影响及机理研究
    成煦, 程文, 王海波, 杜宗良
    功能材料. 2017, 48(1): 1177-1182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.032
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    分别采用端羟基、端羧基和端环氧基聚丙二醇对环氧树脂进行增韧改性,对改性环氧树脂固化物进行了DMA、冲击性能和冲断面SEM研究。随端羟基聚丙二醇用量的增加环氧树脂玻璃化转变温度先降低后增加,而且出现了分相结构;采用端羧基聚丙二醇增韧体系相容性有所增加,在较高添加量时才出现分相结构;端环氧基聚丙二醇在添加量范围内未出现相分离。采用3种增韧剂改性的环氧树脂的断裂冲击强度变化与体系相容性变化存在一致性。研究表明,端羟基聚丙二醇通过外增塑方式增加环氧树脂韧性,而端环氧基聚丙二醇通过内增塑的方式提高环氧树脂韧性。
  • SnO2/LaFeO3纳米复合材料检测CO时的类受主现象
    张婉, 张顺平, 谢长生
    功能材料. 2017, 48(1): 1183-1188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.033
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    利用模板法和溶胶-凝胶法分别制备了SnO2和LaFeO3纯材料,并检测了纳米复合材料SnO2/LaFeO3对CO的气敏性能。在实验过程中,观察到纳米复合材料85%SnO2+15%LaFeO3(85Sn-La)及90%SnO2+10%LaFeO3(90Sn-La)在检测CO时出现了一个反常现象,通常CO表现为还原性气体的性质,然而在T≤200 ℃的温度范围内,与CO的作用增加了复合氧化物85Sn-La及90Sn-La的电阻,而这一现象只在与氧化性气体反应时观察过。这种在特定环境下,n型材料与还原性气体(施主)作用时,其导电特征表现为与氧化性气体(受主)作用时相同的现象称为类受主现象。
       类受主现象只在低温阶段被观察到,且复合氧化物85Sn-La表现最为明显。利用温度、气氛与材料表面的交互作用来解释所观察到的实验现象:在低温情况下,CO与材料表面的吸附氧及羟基发生反应,增加了表面的电荷,降低了材料表面的导电性,因而表现为类受主现象。
    • 工艺·技术
  • 以Cr/Cu为催化剂制备Cu/CNTs复合粉末的工艺研究
    付少利, 李生娟, 刘平, 陈小红, 刘新宽, 李伟, 马凤仓
    功能材料. 2017, 48(1): 1189-1194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.034
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    采用化学气相沉淀法(CVD)制备了分布均匀的Cu/CNTs复合粉末,利用SEM,TEM和Raman光谱分别对其形貌和结构进行表征。结果表明,采用10%(质量分数)Cr催化剂,混合气体(Ar/H2/C2H4)比例为8:24.5:3,生长温度为800 ℃、生长时间为30 min时,制备的碳纳米管管壁光滑洁净、管径粗细均匀、几乎没有缺陷,碳纳米管的形貌最佳。
  • 共沉淀法制备NASICON型Mg0.5Zr2(PO4)3镁离子固态电解质
    李文龙, 刘欢, 杨利青, 郭滨, 胡炜杰, 王浩静
    功能材料. 2017, 48(1): 1195-1198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.035
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    以硝酸镁(Mg(NO3)2·4H2O)、醋酸锆(Zr(CH3COOH)2)、磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)为原料,采用共沉淀法制备得到了纯相的NASICON型Mg0.5Zr2(PO4)3固态电解质材料,并通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),电化学交流阻抗(EIS)对Mg0.5Zr2(PO4)3固态电解质样品进行了表征。结果表明,采用无压烧结在750 ℃烧结制备得到的Mg0.5Zr2(PO4)3固体电解质致密度最高,达到理论密度的90%,室温总电导率达到最大,为4.67×10-6 S/cm,此时,样品的激活能最小为0.098 eV。研究表明Mg0.5Zr2(PO4)3是较有前途的镁离子导电材料,对以后全固态镁离子电池的研发工作具有重要意义。
  • 316L钢表面CrWMn铁基熔敷层在液态PbBi中耐腐蚀性分析
    黄飞, 雷玉成, 陆超, 顾俊, 朱强
    功能材料. 2017, 48(1): 1199-1203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.036
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用TIG焊在316L钢表面熔敷CrWMn铁基合金,研究了熔敷层在550 ℃动态(相对流速为1.70,2.31和2.98 m/s)液态PbBi中的耐腐蚀性能。结果表明,受腐蚀试样表面均存在元素溶解现象,并生成了双氧化层,外层为疏松多孔的Fe3O4,内层为致密的FeCr2O4。相对流速超过2.31 m/s时,加快Fe、O的扩散,内层已出现新相(Fe0.6Cr0.4)2O3。短期内,流速越快,外层受腐蚀越严重,其厚度越薄;而内层厚度变化很小。尤其致密的内层很好地保护了熔敷层基体,从而保护316L钢表面,阻止了Ni等元素的溶解。
  • 冷轧变形量对医用β型TiNb合金的马氏体转变和弹性性能的影响
    郑博, 马凤仓, 张全成, 王飞, 刘平, 刘新宽, 李伟
    功能材料. 2017, 48(1): 1204-1208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.037
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    利用磁控钨极电弧炉制备了Ti-35Nb-2Ta-3Zr β钛合金,采用冷轧对合金进行冷变形,研究轧制变形量对β钛合金的马氏体转变和弹性性能的影响。对不同轧制变形量下的合金通过偏光显微镜、X射线衍射分析、透射电子显微分析和纳米压痕等实验方法,研究了冷轧变形量对TiNb合金的显微组织和弹性性能的影响。结果表明,轧制变形过程中β钛合金发生了β→α″的相转变,且随着变形量的增大,马氏体由针状变为粗大的片体,当变形量达到90%时,马氏体变得细小且呈现明显的取向性;纳米压痕实验结果显示,随着变形量的增加,合金的弹性恢复率呈逐渐降低的趋势,弹性模量基本保持不变。
  • 直流/射频耦合反应磁控溅射法类金刚石薄膜的制备与分析
    刘磊, 王涛, 何智兵, 张玲, 易勇, 杜凯
    功能材料. 2017, 48(1): 1209-1214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.038
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用直流/射频耦合反应磁控溅射法在Si(111)衬底上使用高纯石墨靶材制备出了类金刚石(DLC)薄膜。分别采用表面轮廓仪、激光拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜、白光干涉仪、纳米压痕对薄膜的性能进行了表征和分析。研究了沉积过程中不同工作气压(0.35～1.25 Pa)对薄膜沉积速率、结构、表面形貌及力学性能的影响。研究表明,随着工作气压的升高,薄膜的沉积速率逐渐减小,薄膜中sp3含量先升高后降低;薄膜表面粗糙度随工作气压的升高呈现出先降低后升高的趋势,且在工作气压为1.0 Pa时达到最小值6.68 nm;随着工作气压的升高,薄膜的显微硬度与体弹性模量先升高后降低,且在工作气压为1.0 Pa时分别达到最大值11.6和120.7 GPa。
  • 地质聚合物基无机膜去除水中钙、镁离子的研究
    李巧云, 贺艳, 徐梦雪, 刘菁, 何苗, 黄栌聪, 崔学民
    功能材料. 2017, 48(1): 1215-1220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.039
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以偏高岭土为前驱体材料,以改性水玻璃为碱激发剂,以去离子水为造孔剂,按照设计配比(n(SiO2)/n(Na2O)=1.3,n(Na2O)/n(Al2O3)=0.8,n(SiO2)/n(Al2O3)=2.96,n(H2O)/n(Na2O)=10～24) 混合均匀后制得地质聚合物浆料,将浆料注模后于60 ℃条件下养护1 d后脱模,并于常温下养护7 d后得地质聚合物无机膜。利用SEM(扫描电镜)、比表面积与孔隙度测试仪、全自动孔径分析仪、电子万能试验机以及膜装置测试水通量等手段对膜材料进行表征,最终获得用于水处理无机膜的最优H2O/Na2O比为19。结果显示,该配比下制备的地质聚合物无机膜具有大的孔体积和比表面积,具有均匀的孔径分布、较高的气孔率和较好的力学强度,能够满足水处理的基本要求。将该地质聚合物无机膜应用于自来水中Ca2+、Mg2+的去除实验,结果表明钙镁离子截留率高,具有很好的实用价值。
  • 稀土元素Gd对MnBi合金的微结构与磁性能的影响
    张素银, 刘泽民, 邵诚, 张芮, 张朋越
    功能材料. 2017, 48(1): 1221-1224. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.040
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用熔体快淬法制备了MnBi1-xGdx(x=0,0.1,0.3和0.5)系列合金试样,分别利用X射线衍射(XRD)与振动样品磁强计(VSM)测试了样品的物相结构和磁性能,研究了稀土Gd元素对MnBi合金相结构、相转变温度及磁性能的影响,探讨了MnBiGd合金相结构与磁性能的内在关联,结果表明,当Gd元素掺入量x=0.3时,合金的矫顽力达到最大值0.654 T,是未掺杂样品的4.7倍。
  • 共沉淀法制备Fe-Ni合金粉末的热力学分析
    周向阳, 罗楚城, 王辉
    功能材料. 2017, 48(1): 1225-1229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.041
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    通过共沉淀-热分解还原法,研究了一种容易实现的大规模制备Fe-Ni合金粉末的方法,根据质量守恒和同时平衡原理,建立了Ni2+-Fe2+-C2O2-4-C2N2H8-H2O体系的热力学分析模型,并根据模型进行了相关计算,绘制了溶液中金属离子浓度对数-pH图,系统研究了沉淀过程中溶液pH值对溶液中各离子浓度的影响。结果表明,当pH值为3.5时,溶液中镍离子和亚铁离子的总浓度[Ni2+]T、[Fe2+]T达到一致,镍离子和亚铁离子的沉淀率相同,且沉淀基本完全,此时能够得到成分均匀性良好的Fe-Ni前驱体粉末。然后,将前驱体粉末在氢氩混合气氛中进行热分解还原,最终得到符合预期Ni/Fe摩尔比的合金粉末。
  • 银铜双原子MACE法制备多晶硅陷光结构及其性能的研究
    郑超凡, 沈鸿烈, 蒲天, 蒋晔, 李玉芳, 唐群涛, 吴斯泰, 陈洁仪, 金磊
    功能材料. 2017, 48(1): 1230-1235. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.042
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用一步银铜双原子金属辅助化学腐蚀(MACE)法,于室温下在多晶硅表面制备纳米陷光结构,研究了腐蚀时间及银铜摩尔比对多晶硅表面反射率和形貌的影响。用分光光度计测量了多晶硅表面的反射率,用扫描电镜观察了表面形貌。发现银铜双原子MACE法所形成的结构比银单原子或铜单原子MACE法所形成的结构更加平整且具有更低的表面反射率室温下经过银铜两种金属原子协同催化腐蚀后,在银铜原子摩尔比低于1/10时多晶硅表面形成了纳米多孔状与槽状结构共存的复合结构,在银铜原子摩尔比高于1/5时多晶硅表面形成密集的纳米线结构。研究结果表明,孔状与槽状的复合结构具有良好的陷光效果,当银铜原子摩尔比为1/10,腐蚀时间为180 s时,多晶硅的反射率达到最低,仅为6.23%。
  • DAM-DOPO/APP阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备与性能研究
    刘娟, 闫莉, 张琪, 桑晓明
    功能材料. 2017, 48(1): 1236-1243. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.043
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以9,10-二氢-9氧杂-10-膦杂菲-10-氧化物(DOPO)、甲醛和二乙醇胺为原料合成了新型反应型阻燃剂9,10-二氢-9-氧杂-10-[N,N-二(羟乙基)氨甲基]-10-膦杂菲-10-氧化物(DAM-DOPO),对其结构和在聚氨酯泡沫中的存在形式进行了表征,并对DAM-DOPO进行热失重分析。将DAM-DOPO与聚磷酸铵(APP)复配,制备了DAM-DOPO/APP阻燃聚氨酯泡沫塑料,并对其阻燃、力学性能及阻燃机理进行了研究。结果表明,合成的DAM-DOPO具有比DOPO较高的残炭率,最大热失重温度也向高温移动;DAM-DOPO应用到聚氨酯泡沫中起到了气相和凝聚相阻燃;复配阻燃剂总质量分数一定时(20%),随着APP所占比例的增大,PUF生成平滑致密的炭层,氧指数逐渐升高,烟密度等级逐渐降低,当m(DAM-DOPO):m(APP)=1:4时,PUF的极限氧指数为24.0%,烟密度等级为34.98,水平燃烧距离Ld为8 mm;冲击强度随着DAM-DOPO添加比例的减小而降低,当m(DAM-DOPO):m(APP)=1:4时,PUF的冲击强度为0.065 kJ/m2。
  • 褐煤基活性炭和无灰煤基活性炭性能对比研究
    樊丽华, 王晓柳, 侯彩霞, 孔碧华, 梁英华
    功能材料. 2017, 48(1): 1244-1248. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.044
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以褐煤和褐煤基无灰煤为原料,采用KOH直接活化法制备了高比表面积活性炭,对比了褐煤基活性炭和无灰煤基活性炭的灰分含量,比表面积,孔径结构及电化学性能。结果表明,褐煤和无灰煤在相同制备条件下可分别获得灰分为5.61%和0.49%的高比表面活性炭,将两种活性炭用于以3 mol/L KOH为电解液的双电层电容器中,单电极质量比电容分别为182.40和337.38 F/g。对比发现,对原料脱灰,可从根本上降低活性炭灰分,改变活性炭孔径结构。无灰煤基活性炭比褐煤基活性炭更适用于双电层电容器的电极材料,其充放电性能、倍率特性均优于褐煤基活性炭。
  • Fe掺杂对Mn50Ni41-xFexSn9合金的相变、磁热效应和交换偏置效应的影响
    朱瑞, 董诗远, 韩志达, 濮林, 张荣, 郑有炓, 施毅
    功能材料. 2017, 48(1): 1249-1252. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.01.045
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    通过电弧熔炼的方法制备了Mn50Ni41-xFexSn9合金(x=0,2,4)。采用X射线衍射、综合物性测试系统、振动样品磁强计对合金的晶体结构、相变、磁热效应和交换偏置效应进行了研究。结果表明,随着Fe含量的增加,马氏体转变温度逐渐降低,马氏体居里温度逐渐增加。Fe的加入使材料马氏体相变附近的磁化强度的变化增加,从而使其具有较大的磁热效应。另外,Fe的加入使材料的交换偏置场逐渐降低,这可以用Fe掺杂导致的铁磁交换作用的增强来解释。
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