功能材料

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石墨烯填充对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响

杨启容, 宫薛菲, 张正林, 姚尔人, 王力伟

功能材料. 2019, 50(7): 7001-7007. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.001

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为研究同一制备方法下石墨烯质量分数对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响,通过熔融共混法制备了石墨烯/聚酰胺(GE/PA6)、石墨烯/聚丙烯(GE/PP)、石墨烯/高密度聚乙烯(GE/HDPE)3种聚合物复合材料。结果表明,石墨烯能有效提高3种聚合物导热性能,当填充石墨烯质量分数达到10%时,PA6导热系数从0.32 W/(m·K)提升至1.30 W/(m·K);GE/PP导热系数从0.37 W/(m·K)提升至1.15 W/(m·K)、GE/HDPE导热系数从0.62 W/(m·K)提升至1.13 W/(m·K)。对制备的石墨烯聚合物复合材料进行热重分析。将纯聚合物与石墨烯质量分数1%,5%,10%的石墨烯聚合物复合材料对比,PA6的热稳定性逐渐提升,PP、HDPE的热稳定性先降低后升高。

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微波固相法合成四方相钛酸钡纳米粉体

章秋晨, 朱归胜, 徐华蕊, 赵昀云, 范海龙, 钱浩宇

功能材料. 2019, 50(7): 7008-7011. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.002

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以BaCO₃、TiO₂为原料,SiC微球为微波良导体材料,原料经球磨,砂磨细化后与SiC微球均匀混合,采用微波微区加热技术合成BaTiO₃粉体。利用XRD、Raman和FT-IR确定合成温度以及定性分析、SEM进行形貌表征,PSD进行粒度分析,BET测试比表面积。结果表明,采用微波固相法,引入微波良导体SiC形成微波微区域加热制备出粒径400 nm,粒度分布均匀的四方相钛酸钡粉体,相比于传统固相法粒径更小,分散性良好。为钛酸钡粉体的微波固相法合成提供了新思路。

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TiO₂/硅橡胶复合型介电弹性体动态粘弹性的电场依赖性

高诚志, 董旭峰, 齐民

功能材料. 2019, 50(7): 7012-7016. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.003

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研究电场对TiO₂/硅橡胶复合型介电弹性体动态粘弹性的影响。采用水解法制备无定形TiO₂颗粒,以其为分散相,硅橡胶为基体制备复合型介电弹性体。电致变形测试表明,在20 kV/mm的电场强度条件下,该介电弹性体的电致变形量达46.9%。动态粘弹性测试结果表明,该介电弹性体在5 kV/mm下其储能模量较零场下增大18.1%。说明在电场作用下,TiO₂/硅橡胶复合型介电弹性体的动态粘弹性变化不可忽略,在建立力电模型及器件设计时需予以考虑。

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保温多孔材料含湿传热过程分析模型

王志国, 张佳, 秦芮

功能材料. 2019, 50(7): 7017-7023. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.004

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基于粗宏观表征体元RMV(representative macroscopic volume),考虑孔隙中含有湿分的情况,建立了多孔介质传热的黑箱、灰箱、白箱模型。根据建立的“三箱”模型和传热过程分析,推导出了导热系数的公式。以岩棉为例,通过所建模型数值计算并讨论了孔隙率、含湿率、孔隙通道分布系数和迂曲度对导热系数的影响效果。结果发现,孔隙率和孔隙通道分布系数与导热系数呈负相关关系,含湿率和迂曲度与导热系数呈正相关关系。结论可为提高材料的保温性能提供相应的思路和方法。

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应用于紫外DLP-3D打印系统的低体积收缩率和高固化速度的光敏树脂研究

曹阳, 张晨, 陈笑, 王义全

功能材料. 2019, 50(7): 7024-7028. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.005

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在基于数字光处理(DLP)技术的3D打印过程中,紫外波段光敏树脂的光固化性能将直接影响工件的打印精度、速度和形貌。选用改性双酚A型环氧丙烯酸酯和脂肪族聚氨酯丙烯酸酯作为低聚物,配合三丙二醇类二丙烯酸酯(TPGDA)和乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸(TMPEO3TA)作为稀释剂和自由基-阳离子杂化体系作为光引发剂,配置了面向405 nm波段的DLP-3D打印系统的混杂型光敏树脂。研究结果表明,所制备的光敏树脂的体积收缩率控制在2.3%内,室温下的粘度为244 MPa·s,固化速度缩短到0.063 mm/s。相比较于其它国内外光敏树脂,该树脂整体表现出优良的力学性能。在此基础上,通过在树脂中掺杂1%左右的纳米ZnO颗粒助料,材料的力学性能得到进一步改善,体积收缩率降低至2.1%。这一混杂型光敏树脂将可有望应用于对精度要求较高的光电子器件的DLP-3D打印中。

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核壳分散相增强增韧聚丙烯机理浅析

钱忠健, 王霞, 邱碧薇, 钟金池, 李晓燕

功能材料. 2019, 50(7): 7029-7034. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.006

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首先选取POE对PP进行增韧,确定PP/POE二元共混物具备较高的强度和韧性的最佳比例。然后固定PP基体比例为85%,将PP、POE和PE 3种聚合物在一定条件下共混制备一系列三元共混物。借助SEM观察,在PP基体中发现了POE包覆PE的核壳结构分散粒子。通过建立这一系列三元共混物的形态-性能(屈服强度、悬臂梁冲击强度和落锤冲击能)关系,研究PE核相的核壳分散相的增韧机理。此外,通过Wu氏理论的发展进一步比较了二元和三元共混体系的增韧机理。结果表明,单独POE增韧PP能大幅度提升韧性但是会使材料强度降低;核壳结构分散相可使三元共混物的强度和韧性达到基本平衡,在最佳条件下相比原始PP韧性提高约2.5倍。

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纤维素硫酸酯制备研究进展

蒋革, 杨铭, 唐川

功能材料. 2019, 50(7): 7035-7039. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.007

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纤维素硫酸酯是一种具有独特生物学性质的纤维素衍生物,由于其具有抑菌、抗病毒及抗凝血等功效,并且具有良好的生物降解性和生物相容性,无毒无害、绿色环保,所以在食品、医药、化工等领域有着广泛的应用前景。但是目前纤维素硫酸酯还未被用于商品化,其制备方法尚处于研究开发阶段。目前纤维素硫酸酯的制备方法主要分为3类,分别是均相制备法、非均相制备法及准均相制备法。总结归纳了纤维素硫酸酯的制备方法,并介绍分析了各种制备方法各自的特点,为制备取代度、分子量等性质可控的纤维素硫酸酯提供理论依据。

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基于静电键合的聚醚型聚氨酯基固体电解质柔性封装材料

赵浩成, 张伟玄, 武钰铃, 阴旭, 杜超, 赵为刚, 赵丽, 刘翠荣

功能材料. 2019, 50(7): 7040-7045. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.008

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随着小型功能化移动电子装置的高速发展,制备一种柔性、长寿命的高稳定器件替代传统的刚性电子器件的重要性愈加凸显。静电键合是一种先进的材料连接技术,其连接强度高、密封性好、键合温度低、可以实现异种材料连接等特点在柔性器件的封装中展现出巨大的潜能。传统的聚合物固体电解质室温离子电导率低、机械性能差,无法很好的用于静电键合工艺,同时也制约了静电键合在柔性器件制备与封装中的应用。聚氨酯独特的微相分离结构赋予了其良好的物理化学性能,多样化的载流子通道、可调节的柔性链段以及拥有大量可解离锂盐的极性基团等特点使其成为理想固体电解质基体材料成为可能。从4个方面综述了聚氨酯基体材料进行分子结构设计和制备工艺优化的方法,旨在提高其室温离子电导率和机械性能,适合于静电技术的柔性器件封装。

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金属-有机框架材料在分离和化学传感方面的应用进展

谭彩荷, 卢鹏

功能材料. 2019, 50(7): 7046-7051. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.009

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总结了近年来金属-有机框架材料(MOF)在分离和化学传感方面的发展现状,主要介绍了MOF材料在C₆环类似物分离、C₈芳族物质分离和油/水分离中的应用,以及MOF材料在阴离子传感材料与感测硝基芳香族化合物和神经递质方面的应用。最后指出了针对化学工业中更具挑战性的分离提纯问题和能够在实时条件下感测危险物质问题,如果相应的MOF材料能被设计出来,将大大增加这类功能材料的应用范围。

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合金材料亚稳相的研究进展

崔春娟, 王松苑, 任驰强, 刘艳云, 王丛, 来园园

功能材料. 2019, 50(7): 7052-7059. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.7.010

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亚稳合金材料对于材料科学领域的影响是巨大的,它包括晶态亚稳相、微晶亚稳相、准晶亚稳相和金属玻璃4大类。它与一般的金属材料性能不同,例如,晶态亚稳相具有良好的耐腐蚀性能;微晶亚稳相由于晶粒细小而具有高强度和硬度;金属玻璃,即为非晶态合金,其内部组织均匀且无缺陷,又没有晶体的磁各向异性,因此表现出了高强度和低的矫顽力。正是由于这些优异性能,使得亚稳合金材料在材料科学领域掀起了一股研发浪潮。在亚稳相发现的这几十年里,研究者们通过大量的实验研究,提出并丰富了很多亚稳相的制备方法,例如通过控制凝固过程来获得亚稳相,但该制备方法操作过程较为复杂,还需要进一步优化;通过积聚方法可以制备出金属玻璃、非晶薄膜等,大大提高了材料的抗腐蚀性能。通过这些方法,制备出了能够大大提高材料性能的亚稳相合金材料。为了完善亚稳相的制备体系,研究者们还需要做进一步的探索。但对于会对材料产生负面影响的亚稳相,要进行转化和消除。介绍了亚稳相的概念及其形成机理,并从动力学和热力学两个方面证明了亚稳相在一定条件下是可以稳定存在的,系统地总结了合金材料中亚稳相的分类、特点及其应用。由于不同的亚稳相对材料会产生不同的影响,详细阐述了对合金材料产生负面影响的亚稳相的消除方法,并说明了亚稳相被消除以后对材料性能的改善。另外,论述了提高材料性能的亚稳相的制备方法及其特点。最后对合金材料亚稳相的研究重点和发展方向进行了展望。

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改性荧光SiO₂微球在硅橡胶中分散性的可视化研究

陈柯旭, 芦艾, 康明, 刘敏, 沈思敏

功能材料. 2019, 50(7): 7060-7065. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.011

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基于荧光标记与激光扫描共聚焦显微镜实现改性荧光SiO₂微球在硅橡胶中分散性的可视化分析。选择不同种类硅烷偶联剂改性荧光SiO₂微球,通过接触角、热重分析和荧光光谱表征了改性荧光SiO₂微球的表面特性。荧光SiO₂微球改性后的疏水效果与结合胶含量均为KH-570＞KH-560＞KH-550。可视化分析结果表明,KH-570改性荧光SiO₂微球后在硅橡胶中的平均粒径和网络连接率值分别为为2.61 μm与47%,KH-560改性后为2.95 μm与43%,以及KH-550改性后为3.32 μm与41%。改性荧光SiO₂微球填料的可视化分析方法有利于更直观的观察改性填料在硅橡胶中的分散状态,并可对改性填料聚集体粒径进行统计,有助于评价填料在硅橡胶中分散性。

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水合肼化学还原硫酸铜制备纳米铜粉的研究

王虎

功能材料. 2019, 50(7): 7066-7070. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.012

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为了制备颗粒尺寸在纳米级、大小分布均匀的纳米铜粉,采用水合肼化学还原硫酸铜的方法,并利用扫描电镜(SEM),Image-Pro Plus软件、铜离子浓度测定仪等测方法测量纳米铜粉的颗粒尺寸和铜离子的转化率。结果表明,碱性条件下,水合肼化学还原硫酸铜制备纳米铜粉满足化学反应的热力学和动力性条件;制备纳米铜粉最佳的实验参数,水合肼浓度为1.5 mol/L、CuSO₄·5H₂O的浓度为0.5 mol/L、EDTA和PVP质量比为3∶2(EDTA浓度为30 g/L、PVP浓度为20 g/L)、反应溶液的pH值为12、反应温度为60 ℃、反应时间为30 min;在此条件下,获得颗粒大小均匀、颗粒尺寸为50.2 nm的纳米铜粉,Cu²⁺的转化率达到98.2%。

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基于POSS-SH模板硅酸钴复合材料的制备、结构及电化学性能研究

王超, 光善仪, 徐洪耀

功能材料. 2019, 50(7): 7071-7078. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.013

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在众多能量存储和转化器件中,超级电容器由于具有功率密度高、充放电迅速和优异的循环性能的优点而被广泛研究。然而,较低的比容量和能量密度,限制了超级电容作为大尺度能量存储和转化器件的广泛应用。为了提高超级电容器的比容量,需要增大电极材料和电解质的接触面积,进而促进电极材料获取/释放电解质中的离子。此外,增加电极材料电化学性能的另一种有效途径为引入S、N等非金属原子掺杂。该种方法可以改善材料的电子特性从而改善电化学性能。在此,采用具有致孔剂和S掺杂功能的巯基-POSS作为模板,通过简单的溶剂热法联合高温煅烧实验方案,实现了均匀介孔的S掺杂Co₂SiO₄纳米结构材料(S-Co₂SiO₄),S-Co₂SiO₄的比表面积高达143.58 m²/g。比容量在电流密度为1 A/g时比电容达到1 125.3 F/g,且有着较好的倍率性能,在电流密度从1 A/g增大到9 A/g时,初始电容保留值达73.9 %。

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Fe、Ce改性锰钛催化剂的制备及其低温脱硝性能研究

边雪, 肖坤宇, 王书豪, 邱保龙

功能材料. 2019, 50(7): 7079-7084. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.014

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为解决目前高温脱硝催化剂温区窄、易失活和中毒的问题,制备了Fe,Ce改性的MnO_x-TiO₂低温脱硝催化剂。0.08Fe0.05Ce/MnO_x-TiO₂催化剂脱硝效率达到90%以上的温区最宽,达到了99～374 ℃。XRD、BET测试表明催化剂的活性组分在TiO₂载体上的分散性提高,催化剂的比表面积增加。XPS分析结果表明催化剂表面化学吸附氧增加,Mn以MnO₂和Mn₂O₃的形式存在,Ce和Fe的加入促进了MnO₂和Mn₂O₃之间的转化,有利于脱硝反应的进行。H₂-TPR、NH₃-TPD分析结果表明催化剂表面的弱酸和中强酸含量提高,低温氧化还原能力提高。

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Al₂O₃-SiO₂气凝胶的常压制备和性能研究

邢志祥, 汪李金, 张莹, 顾凰琳, 李锦春, 杨克

功能材料. 2019, 50(7): 7085-7089. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.015

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以六水氯化铝(AlCl₃·6H₂O)、正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-凝胶法,经老化、常压干燥后,制备出块状乳白色的Al₂O₃-SiO₂气凝胶。气凝胶经过不同温度煅烧处理后,分别进行SEM、TEM、XRD、BET、TG、红外分析等性能分析。结果表明Al₂O₃-SiO₂气凝胶具有良好的热稳定性,SiO₂在气凝胶中以不定形存在,Al₂O₃以针状或长条状的勃姆石(γ-AlOOH)存在,经600～1 000 ℃煅烧后,转变为γ-Al₂O₃,当煅烧温度达到1 200 ℃时,Al₂O₃与SiO₂生成了莫来石相,抑制了γ-Al₂O₃向α-Al₂O₃转变。室温下,气凝胶比表面积为692.7 m²/g,孔洞分布均匀,孔隙率高。随着煅烧温度升高,比表面积、孔容在逐渐减小,孔径稍微增大,当煅烧温度达到1 200 ℃时,气凝胶比表面积仍有67.3 m²/g。

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高温除尘用堇青石陶瓷支撑体的制备研究

程敏, 田蒙奎, 陶文亮, 颜婷珪

功能材料. 2019, 50(7): 7090-7095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.016

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以廉价的工业级堇青石粉体为原料,分别采用粒径为5,10,15,20 μm的聚苯乙烯微球为造孔剂,通过挤压成型和高温固相反应法制备了堇青石支撑体。探究了不同造孔剂粒径及不同烧结温度对支撑体基本性能的影响,并用XRD和SEM技术对样品的物相组成和断面形貌进行了表征。研究结果表明,造孔径粒径越大材料内部孔径分布越宽、支撑体开孔率及空气渗透速率越高而抗压强度及耐酸腐蚀性越小;过高的烧结温度会促进烧结液相的产生,降低材料孔隙率及空气渗透速率,当烧结温度为1 300 ℃,添加粒径为10 μm的造孔剂时可制备出开孔率为54.12%,抗压强度为8.25 MPa,空气渗透速率为7.62 m³/(h·Pa·m²),耐酸腐蚀率为99.59%的堇青石陶瓷支撑体。

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POSS改性聚丙烯酸酯激光全息记录材料的性能研究

郑成赋, 周兴平, 付继芳

功能材料. 2019, 50(7): 7096-7100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.017

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采用八丁基倍半硅氧烷(OBPOSS)对激光全息记录材料(PAE)进行改性,通过溶液共混法制备了均匀分散的PAE/OBPOSS-x复合涂料,经溶剂挥发成膜后得到复合涂层。研究表明该复合涂料表现出牛顿流体行为,其粘度随OBPOSS含量的增加而下降;添加OBPOSS对PAE/OBPOSS涂层的透光率影响很小,即使OBPOSS含量达25%(质量分数),复合涂层的透光率也与纯PAE涂层相当;复合涂层表现出高光泽度,且随OBPOSS含量的增加基本不变,其玻璃化温度随着OBPOSS含量的增加而提高;OBPOSS提高了涂层的韧性,改善了复合涂层的模压性能。当OBPOSS含量为10%(质量分数)时,PAE/OBPOSS复合涂层表现出最佳的综合性能。

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数控焰熔法生长金红石单晶体的气体参数优化试验研究

李彩娜, 毕孝国, 孙旭东

功能材料. 2019, 50(7): 7101-7104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.018

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使用数控焰熔法晶体生长炉和三管燃烧器进行了金红石单晶体的生长工艺实验研究。研究表明,在3个气体参数中,内氧是基础。当内氧流量小于特征值O_in(min)=6.6 L/min或大于特征值O_in(max)=7.1 L/min时,晶体生长或易于发生熔体流淌,或不易扩肩,生长过程被迫中止,晶体很难生长成为大尺寸晶体;当内氧流量大于6.6 L/min而小于7.1 L/min时,生长过程稳定,能够生长成为大尺寸晶体。当内氧流量为7 L/min时生长出了直径30 mm、长度45 mm的金红石单晶体。通过能谱仪、X射线衍射仪(XRD)和拉曼光谱仪对晶体的组成、结构和键的结构进行表征,表明该晶体为典型的金红石单晶体,生长方向是[110]。

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硫酸钙/磷酸三钙可控骨水泥的制备及性能研究

徐睿, 连小洁, 李成帅, 张全有, 黄棣, 牛宝龙, 史振东, 杜晶晶, 李芬, 何志敏, 仇志烨

功能材料. 2019, 50(7): 7105-7110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.019

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研究中,α-磷酸三钙(α-tricalcium phosphate,α-TCP)分别以0,5%,10%,15%,20%,25%的比例与α-半水硫酸钙(α-calcium sulfate hemihydrate,α-CSH)进行复合;分别以0.9%NaCl溶液、2.5% Na₂HPO₄溶液、7%柠檬酸(citric acid,CA)溶液以及2.5% Na₂HPO₄和7% CA(2.5% Na₂HPO₄/7% CA)混合溶液为4种固化液与固体粉末进行复合;对硫酸钙/磷酸三钙骨水泥(α-CSH/α-TCP)的可控性进行研究。实验对复合材料进行扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)观察、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)分析、固化时间、力学性能和降解性能测试。探讨了加入α-TCP含量的改变对以α-CSH为基体的骨水泥性能的影响;另外,在α-CSH和α-TCP的含量一定时,讨论固化液对α-CSH/α-TCP性能的影响。结果表明在硫酸钙基骨水泥中添加平均粒径为0.21 μm的α-TCP后,α-CSH/α-TCP的降解性能相较于纯的α-CSH基骨水泥得到改善。随着α-TCP含量的增加,固化时间延长,力学性能呈现逐渐减弱的趋势;当α-TCP含量为15%时,Na₂HPO₄和CA的加入可以延长α-CSH/α-TCP的凝固时间,但是以Na₂HPO₄为固化液的复合材料抗压强度明显高于α-CSH/α-TCP与其它几种固化液的复合材料。α-TCP的添加,以及不同的固化液在一定程度可对复合骨水泥的力学性能、凝固时间和降解速率进行调节,为骨修复材料的临床应用提供实验依据。

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碳纳米管透水混凝土的重金属离子吸附性能

张聪, 余志辉

功能材料. 2019, 50(7): 7111-7114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.020

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利用多壁碳纳米管(MWCNTs),制备了MWCNTs透水混凝土材料,研究了其对水溶液中二价重金属离子Pb²⁺、Cd²⁺以及Cu²⁺的吸附性能。重金属离子溶液初始浓度为100,400,700及1 000 mg/L,吸附时间为1,2,6,12,24,48及72 h。测试了MWCNTs透水混凝土对Pb²⁺、Cd²⁺以及Cu²⁺吸附量与吸附时间的关系,分析了重金属离子溶液初始浓度对Pb²⁺、Cd²⁺以及Cu²⁺平衡吸附量的影响。研究发现,MWCNTs透水混凝土对Pb²⁺、Cd²⁺以及Cu²⁺离子的吸附量在24 h后达到吸附平衡;随着重金属离子溶液初始浓度的增大,MWCNTs透水混凝土对Pb²⁺、Cd²⁺以及Cu²⁺离子的平衡吸附量明显提高;MWCNTs透水混凝土对重金属离子的吸附能力大小顺序为Pb²⁺＞Cd²⁺＞Cu²⁺。MWCNTs透水混凝土对重金属离子的吸附等温线与Freundlich模型符合较好,可以采用Freundlich模型描述MWCNTs透水混凝土对重金属离子的吸附等温线。

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软包锂离子电池铝塑膜的热封性能研究

吕尚书

功能材料. 2019, 50(7): 7115-7119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.021

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选取40 μm流延聚丙烯热封层铝塑膜(1^#样品)、80 μm流延聚丙烯热封层铝塑膜(2^#样品)和80 μm接枝改性PP热封层铝塑膜(3^#样品)作为研究对象,在不同热封温度、热封时间、热封压力、热封层厚度和热封层种类的条件下,对3种不同软包锂离子电池铝塑膜进行热封研究。利用万能试验机和扫描电镜等,对3种不同铝塑膜的热封强度和热封结合界面进行分析。结果表明,3种不同铝塑膜的最佳热封工艺均为热封温度为230 ℃,热封时间为12 s,热封压力为1.0 MPa。1^#样品的热封强度最高仅为98.9 N/15 mm;3^#样品的热封强度最高为114.3 N/15 mm;2^#样品的热封强度最高可达144.4 N/15 mm。在0.5～1.0 MPa的范围内,热封压力对铝塑膜热封强度的影响不显著,热封温度和热封时间成为影响样品热封强度的主要因素。在相同的热封条件下,CPP热封层的热封效果要明显好于PP-g-PGMA热封层。热封剥离失效界面的研究表明,剥离实验失效模式为界面破坏和剥离破坏两种破坏模式并存,CPP与铝箔间的界面没有紧密机械啮合,如果对铝箔进行表面处理,增加铝箔与CPP间的机械结合力,可能会成为提高铝塑膜热封强度的有效手段之一。

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交联壳聚糖微球对表面活性剂的吸附性能研究

杨琴淋, 施文健, 张晓东

功能材料. 2019, 50(7): 7120-7125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.022

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以壳聚糖为原材料,采用反相悬浮法制备了交联壳聚糖微球(ACCMs),并将优化制备的交联壳聚糖微球用于吸附水体中阴离子表面活性剂(AS),探究ACCMs对十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SLS)和苯十二烷基磺酸钠(SDS)3种阴离子表面活性剂的吸附性能。实验结果表明,酸性介质有利于吸附的进行;静态吸附360 min后,吸附反应趋于平衡;吸附过程符合Lagergren二级吸附动力学方程;ΔG均为负值,吸附反应可以自发进行。吸附等温模型符合Langmuir等温式,可以用单分子层吸附理论加以解释。 ACCMs对SDBS、SLS、SDS的饱和吸附容量分别为793,789和341 mg/g。综上所述,ACCMs对阴离子表面活性剂有较强的吸附能力,可用于环境水体中阴离子表面活性剂的吸附处理。

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光致发光水泥基复合材料的强度与光学特性研究

何倍, 高英力, 冷政, 曲良辰, 彭江柯, 方灶生

功能材料. 2019, 50(7): 7126-7133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.023

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以稀土类长余辉发光材料与白色硅酸盐水泥为主要原料,制备出白天吸光夜间发光的自发光水泥基功能材料。通过试验研究了不同掺量的发光粉与反光粉对自发光水泥基胶凝材料发光性能与力学性能的影响,并采用SEM、XRD和PL谱等表征手段分析其微观形貌特征、物相组成及作用机理等。结果表明,随着发光粉与反光粉掺量的增加,发光试件的初始亮度、10 min亮度与余辉时间均相应增大,与对照组相比,分别可提高4.74%～45.79%,14.63%～59.09%,8 h时发光亮度保持在0.02～0.2 cd/m²。发光粉与反光粉的掺入可提高水泥基材料的抗折强度与抗压强度,而随着其掺量的增加,试件强度逐渐降低。发光粉与反光粉的掺入不仅能与水泥水化产物发生反应生成大量的六方板状CH与簇状AFm晶体,还能促进未水化颗粒发生水化反应,同时由于其粒径较小,可填充水化产物间的微小孔隙,在一定程度改善其微观分布,提高其强度。水泥水化产物会吸收短波紫外光,从而降低发光试件激发波长范围及激发强度,发射光谱为峰值520 nm的黄绿色。

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铁基普鲁士蓝正极材料的制备及储钠性能的研究

高飞, 杨凯, 龙宣有, 王康康, 范茂松, 刘皓, 耿萌萌, 张明杰, 王凯丰, 赵海雷

功能材料. 2019, 50(7): 7134-7138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.024

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用简单的共沉淀法合成铁基普鲁士蓝正极材料,并研究合成温度对材料微观形貌和储钠性能的影响。研究结果显示,随着合成温度的提高,产物颗粒尺寸变大,钠含量增加。FeHCF-40 ℃电极材料,在30 mA/g电流密度下,首次放电比容量为132.3 mAh/g,循环100次后,放电比容量仍有102.4 mAh/g,容量保持率为77.4%;且当电流密度增大到1 500 mA/g时,仍可实现80.3 mAh/g的比容量,显示出优异的倍率性能和循环性能。

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废旧瓷砖骨料再生混凝土抗冻融循环性能及可靠性分析

乔宏霞, 彭宽, 陈克凡, 关丽娟, 朱翔琛

功能材料. 2019, 50(7): 7139-7144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.025

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为了研究废旧瓷砖颗粒的不同取代率对再生混凝土抗冻融循环能力的影响,设计了废旧瓷砖颗粒取代率为0,20%,40%,60%,80%,100%的6组配合比,采用快冻法对6组再生混凝土进行了冻融循环试验,分别检测混凝土质量损失率和相对动弹模量。以质量损失率、相对动弹性模量为衡量指标,评判出最优配比,采用Wiener分布概率方法建立可靠度函数以此来反映最优配比试件的剩余寿命。结果表明, 在冻融循环过程中,各试件的动弹性模量呈现下降的趋势;质量损失率呈现先增加后减少的趋势。当废旧瓷砖颗粒的替代率为20%时,废旧瓷砖再生混凝土抗冻融循环能力最强,试件最快在经受398次冻融循环后才会失效;随着替代率的增加,再生混凝土的抗冻融循环能力大幅度下降。

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Cu掺杂SnO₂(110)面对CO气敏机理的第一性原理研究

林龙, 王朋涛, 余伟阳, 黄敬涛, 祝令豪, 张战营

功能材料. 2019, 50(7): 7145-7151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.026

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基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了有毒气体CO在本征和Cu掺杂SnO₂(110)面不同原子位的吸附,通过对吸附能的比较得出了最佳吸附位置及吸附结构。计算结果表明,本征SnO₂(110)面对CO的吸附很弱。而对于Cu掺杂SnO₂的(110)面,掺杂浓度选2.7％和5.4％两组,分别用Sn₁₅CuO₂₄和Sn₁₄Cu₂O₂₄表示。通过比较本征和不同Cu掺杂浓度下SnO₂(110)面上CO的吸附能和电荷布居,发现Cu掺杂可显著提高CO的吸附性能,其中Cu掺杂浓度为5.4%的Sn₁₄Cu₂O₂₄表面的吸附活性位点增加,吸附效果最好。

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铋锑合金中Weyl费米子的磁输运性质研究

毛兴宇, 徐恭勤, 陈晓伟

功能材料. 2019, 50(7): 7152-7156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.027

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铋锑合金(Bi_1-xSb_x)的能带结构随x而变化,在拓扑绝缘体和拓扑半金属的研究中具有重要的地位。对Bi_0.96Sb_0.04的研究表明,该合金的电阻率随温度的升高先升后降,具有典型的半金属特点。在极低温度下可以观察到纵向磁电阻和横向霍尔电阻随外磁场的Shubnikov de Haas振荡,且两者的振荡相位正好相反。随磁场增加的不饱和线性磁电阻可以解释为在具有无能隙或极小能隙材料中,费米面附近电子线性色散关系带来的量子效应。在低温下,通过外加磁场可使简并的Dirac锥电子,分离成不同手性的Weyl电子,在磁场方向与电流方向一致时观察到了手性反常引起的负磁电阻效应。

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漆酶/TEMPO催化纤维素接枝天冬氨酸及其对Ni²⁺的吸附行为研究

王菁, 李颖, 卞能源, 张新莉, 裴继诚, 张方东, 庞怀亭, 仁爱婧, 张哲珲

功能材料. 2019, 50(7): 7157-7162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.028

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以棉浆纤维素(CF)为原料,利用漆酶/TEMPO体系选择性将其C6伯羟基氧化成醛基,得到氧化纤维素(OCF),再将天冬氨酸通过Schiff碱反应接枝到氧化纤维素上,制得一种新型的重金属离子吸附材料。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)等表征手段证实了天冬氨酸成功引入到纤维素的表面,且利用凯氏定氮法检测得到接枝产物中天冬氨酸含量为5.28%。以重金属镍离子(Ni²⁺)为模型物,研究了天冬氨酸-纤维素吸附剂(Asp-OCF)对镍离子溶液的吸附性能,探讨了镍离子初始浓度和吸附时间对吸附过程的影响。结果表明,与纤维素相比,制备的新型吸附剂Asp-OCF对Ni²⁺的吸附能力大幅提高,平衡吸附量达到9.48 mg/g,相比CF提高了8倍。吸附等温线拟合结果较好的符合Langmuir模型;动力学研究结果表明Asp-OCF对Ni²⁺的吸附过程符合准二级动力学模型。

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挤压铸造法制备粉煤灰增强铝基复合材料及其磨损机理研究

罗忠民, 张堃, 刘东雷, 艾凡荣

功能材料. 2019, 50(7): 7163-7166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.029

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通过挤压铸造法制备了不同含量粉煤灰增强铝基复合材料,其中粉煤灰的体积分数可达30%以上。采用SEM、金相显微镜对样品的结构与形貌进行了表征,研究了不同粉煤灰含量试样的摩擦磨损性能,并对其磨损机理进行了分析。实验结果表明,随着复合材料部分粉煤灰相对含量的增加,复合材料的摩擦磨损性能得到提高,在较低载荷作用下复合材料磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损,较高载荷作用下主要呈现剥层磨损与磨粒磨损。

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钛表面二氧化钛纳米管/微米坑复合结构的制备及亲水性

张钰莹, 李亚达, 王伟强, 齐民

功能材料. 2019, 50(7): 7167-7171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.030

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为改善钛的生物相容性,促进成骨细胞在其表面的附着与分化,设计了一种新型工艺。通过微弧氧化后酸洗的技术在钛表面制备微米级凹坑(10～20 μm)。通过阳极氧化技术在上述微米级凹坑上制备定向生长的二氧化钛纳米管(70～80 nm)。采用微弧氧化、酸洗和阳极氧化复合工艺,制备出二氧化钛纳米管/微米坑复合结构。研究了使用不同电解液制备的微弧氧化涂层所获得复合结构的形貌,分析了复合结构形貌对亲水性的影响。结果表明,采用Na₂B₄O₇电解液制备的微弧氧化涂层所获得的复合结构具有显著的微纳米分级结构特征,并展现出优异的亲水性。

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离子液体法溶解纤维素制备碳纤维

李晓严, 刘鑫玉, 郭蔚

功能材料. 2019, 50(7): 7172-7175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.031

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采用离子液体1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯盐[MMIM]⁺[MMP]^-对纤维素进行溶解,并在衍生过程加入碳化助剂来提高碳纤维的碳化产率,利用流变仪、傅里叶红外光谱仪和场发射扫描电镜研究了纤维素/[MMIM]⁺[MMP]^-混合液体的剪切粘度、纤维素(衍生物)薄膜的电阻率和电导率及碳化纤维的直径变化。结果表明,纤维素衍生物膜碳化产率以及排放气体的最佳取代度是P含量为1.6%(质量分数);碳纤维的电导率随碳化温度升高而增大,主要因为碳化温度升高导致样品中的碳纤维含量升高,从而造成样品的石墨化程度升高,电导率升高,最佳碳化温度为900 ℃;离子液体法制备的碳纤维直径分布均匀、表面光滑且碳纤维之间几乎没有相互缠绕粘结的现象,独立性较高。

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苎麻纤维水泥基材料的力学性能与自收缩试验研究

刘高鹏, 廖宜顺, 刘立军, 邱霖, 郭大卫

功能材料. 2019, 50(7): 7176-7181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.032

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通过在水泥基材料中掺入苎麻纤维,并对比掺入钢纤维和聚丙烯纤维,研究苎麻纤维对水泥基材料抗压强度、抗折强度、自收缩及电阻率的影响。结果表明,当苎麻纤维掺量分别为0.4%,0.9%时,水泥基材料7 d自收缩降低13.4%,30.8%,28 d抗压强度分别提高2.2%和8.2%,抗折强度则提高9.6%,13.4%;钢纤维与聚丙烯纤维显著提高了水泥基材料7与28 d的抗压和抗折强度,而苎麻纤维更有利于水泥基材料早期自收缩的降低;随着苎麻纤维掺量的增加,水泥基材料的7 d自收缩与3 d电阻率显著减小,二者呈线性相关。

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基于EDTA调控的氧化锌电沉积制备研究

何亚萍, 王丙旭, 闫俊苗

功能材料. 2019, 50(7): 7182-7184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.033

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EDTA是一种氮氧型螯合剂,可以与金属离子形成1∶1型的配合物。EDTA与锌配位后,采用电化学沉积法将其还原为纳米锌,而后进一步被氧气氧化为氧化锌(nano ZnO)。以ITO电极为基底电极,采用多电位阶跃法,制备了nano ZnO薄膜;研究在有无EDTA时,采用X射线晶体衍射、扫描电子显微镜分析、紫外分光光光度法和电化学方法对其晶体结构,表面形貌和电化学性能进行分析。研究结果表明,EDTA可以有效提高所形成的nano ZnO纳米结构有序性,降低其尺寸,改善其电化学性质。

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溶胶-凝胶法原位制备还原氧化石墨烯/二氧化钛复合材料及光催化性能

任建, 李光照, 韩锐, 赵天宝, 郭云娟, 彭婷

功能材料. 2019, 50(7): 7185-7190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.034

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采用溶胶-凝胶法和改进的Hummers法制备了还原氧化石墨烯/二氧化钛(RGO/TiO₂)复合光催化剂。对该光催化剂的形貌、结构进行了表征与分析,并以亚甲基蓝(MB)模拟有机废水,研究了该复合材料的光催化性能。结果表明,大量TiO₂粒子负载在RGO片层表面形成膜层,分散均匀;在RGO/TiO₂中,TiO₂为锐钛矿型,RGO仍保留部分含氧官能团;RGO的引入使得RGO/TiO₂吸收带发生红移,能带宽度由3.2 eV降低至3.0 eV;RGO/TiO₂复合光催化剂具有良好的光催化降解性及循环稳定性,在持续光照MB溶液30 min后,最高降解率可达96.9%,5次循环光催化降解后,RGO/TiO₂仍有近90%的降解效率。

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氨基化棉短绒纤维素的制备和性能

冯晓宁, 丁成立, 刘月娥

功能材料. 2019, 50(7): 7191-7198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.035

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以棉短绒,甲基丙烯酸缩水甘油酯(glycidyl methacrylate, GMA)为原料,采用自由基共聚合成纤维素聚合物(cellulose-g-GMA),再利用乙二胺(EDA)进行化学修饰,制备了氨基棉短绒纤维素复合材料(cellulose-g-GMA-EDA)。通过红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)、X射线衍射分析(XRD)和元素分析等手段对其结构表征,并进一步研究了产物对二甲酚橙染料的去除率和吸附量。实验结果表明:棉纤维素分子中引入了氨基,成功合成了氨基棉短绒纤维素,接枝聚合物Cellulose-g-GMA的环氧值最高达2.79 mmol/g,在m(cellulose-g-GMA)∶m(EDA)=2∶5,反应温度为100 ℃,反应时间为11 h的条件下,得接枝率为55%的氨基纤维素吸附材料,对二甲酚橙染料去除率达89.7%,吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Freundlich模型,最大吸附量为7.2 mg/g。

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氨基化棉短绒纤维素的制备和性能

冯晓宁, 丁成立, 刘月娥

功能材料. 2019, 50(7): 7191-7198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.035

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以棉短绒,甲基丙烯酸缩水甘油酯(glycidyl methacrylate, GMA)为原料,采用自由基共聚合成纤维素聚合物(cellulose-g-GMA),再利用乙二胺(EDA)进行化学修饰,制备了氨基棉短绒纤维素复合材料(cellulose-g-GMA-EDA)。通过红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)、X射线衍射分析(XRD)和元素分析等手段对其结构表征,并进一步研究了产物对二甲酚橙染料的去除率和吸附量。实验结果表明:棉纤维素分子中引入了氨基,成功合成了氨基棉短绒纤维素,接枝聚合物Cellulose-g-GMA的环氧值最高达2.79 mmol/g,在m(cellulose-g-GMA)∶m(EDA)=2∶5,反应温度为100 ℃,反应时间为11 h的条件下,得接枝率为55%的氨基纤维素吸附材料,对二甲酚橙染料去除率达89.7%,吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Freundlich模型,最大吸附量为7.2 mg/g。

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Al-Ce柱撑膨润土的制备研究

张文娟, 马莹, 郝一凡, 候少春, 赵永志

功能材料. 2019, 50(7): 7199-7204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.036

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以内蒙某地的钙基膨润土为原料,对其进行特性分析、钠化改型,再以改型膨润土为基质,采用常规水相合成法制备了蒙脱石层间Al-Ce柱撑化合物。借助X射线衍射分析(XRD),氮气吸附及扫描电镜(SEM)等分析手段,考察了Al/Ce摩尔比、柱撑剂反应温度、柱撑反应时间和柱撑化合物洗涤次数对柱撑膨润土在层间距(d₀₀₁)、比表面积(BET)等性能方面的影响行为。结果表明,当n(Al)∶n(Ce)=5∶1,柱撑剂反应温度40 ℃,柱撑反应时间5 h,柱撑膨润土洗涤5次时,500 ℃煅烧后Al-Ce柱撑膨润土的层间距稳定在1.847 nm,比表面积达307.2 m²/g,具有较好的热稳定性,可作为高性能柱撑膨润土加以应用。

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NKC-9催化D₄、D₃F开环共聚制备高分子量端乙烯基含氟硅油

蔡天瑜, 邓建国, 周元林, 邓志华, 纪兰香, 白小峰

功能材料. 2019, 50(7): 7205-7209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.037

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采用高活性、易分离、低腐蚀性的强酸性阳离子交换树脂(NKC-9)催化八甲基环四硅氧烷(D₄)与三氟丙基甲基环三硅氧烷(D₃F)开环共聚,四甲基二乙烯基二硅氧烷(V)封端,制备高分子量端乙烯基含氟硅油的方法。探讨了聚合温度、聚合时间、单体比例、催化剂量、封端剂用量等因素对开环共聚反应的影响。通过核磁、红外测试分析共聚物的分子结构;通过凝胶渗透色谱测试共聚物的平均分子量与分子量分布;通过热分析法测试共聚物热分解温度;通过差示扫描量热法测试共聚物的玻璃化转变温度。研究结果表明n(D₄)∶n(D₃F)=7∶3、n(D₄)∶n(V)=75、催化剂量为7%(质量分数)、聚合温度80 ℃、聚合时间8 h时,开环共聚反应达到最佳,获得的端乙烯基含氟硅油产率为80.27%,平均分子量高达64 064 g/mol。

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木门加工剩余物/竹炭粉/聚丙烯复合材料制备与表征

郭子豪, 张雨, 李文珠, 赵磊, 张文标

功能材料. 2019, 50(7): 7210-7215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.038

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采用双螺杆挤出机和注塑机,成功制备了由木门加工剩余物、竹炭粉和聚丙烯组合成的木塑复合材料。利用扫描电镜研究了复合材料中木屑和竹炭粉在聚丙烯基体的界面粘附和嵌入情况,利用万能力学试验机、差热分析仪、傅里叶红外光谱仪和电阻测量仪对复合材料进行了抗拉强度、热力学性能、红外光谱和电阻性能测试。结果表明,当竹炭粉含量为10%～20%(质量分数)时,竹炭粉与基体的结合较好;竹炭粉含量由10%(质量分数)增加到50%(质量分数)时,复合材料的拉伸强度由34.25 MPa降低到22.36 MPa,降幅达33.60%,延伸率由9.48%降低到4.10%,降幅达56.75%,而复合材料的弹性模量从388.10 MPa增加到461.63 MPa,增幅为18.95%;此外,在一定范围内随着竹炭粉含量的增加,复合材料的吸水率增加,电阻率降低,导电性增强。

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纳米缺钙羟基磷灰石/壳聚糖复合微球的原位均匀制备

郭圆圆, 季金苟, 田浈桢, 朱琴, 王丹, 郝石磊

功能材料. 2019, 50(7): 7216-7220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.07.039

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针对纳米缺钙羟基磷灰石/壳聚糖(nCDHA/CS)复合微球中,nCDHA在微球中分布不均和含量不足的问题,在油包水(W/O)体系中,运用均匀沉淀法原位制备了nCDHA/CS复合微球。利用扫描电镜(SEM)、粒度分析仪、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、热重分析(TG)、X射线光电子能谱仪(XPS)等对复合微球的理化性能进行了表征。结果显示,所制得的nCDHA/CS复合微球中,nCDHA均匀分布于复合微球中,其含量高达43%;复合微球粒径分布较窄,球形度良好,分散性指数(PDI)为0.291,平均粒径18.6 μm。仿生矿化结果显示,复合微球表面矿化是从nCDHA生成nHA的过程,仿生矿化14 d后,微球表面形成大量均匀的片状类骨磷灰石,表明该复合微球具有较好的生物学性能,对骨组织再生修复具有较大的潜力。

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2019年, 第50卷, 第7期　刊出日期：2019-07-30

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