功能材料

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Ag掺杂对SnSe材料热电性能的影响

初菲, 陆晓芳, 王连军, 江莞

功能材料. 2018, 49(5): 5001-5005. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.001

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硒化锡热电材料作为一种极具研究前景的功能材料,其单晶ZT值可达2.6。但由于单晶制备工艺的复杂性及应用限制,现研究主要集中于多晶硒化锡的制备与研究。采用真空熔炼及淬火-退火等工艺并结合放电等离子体烧结技术制备了Ag掺杂的Ag_xSn_1-xSe(0.005≤x≤0.02)多晶热电材料。结果表明,Ag的掺入明显改善多晶SnSe的载流子浓度,同时保留较高的塞贝克系数,使得材料的电学性能显著提高。当Ag的掺杂量x=0.01时,Ag_0.01Sn_0.99Se具有相对较高的热电优值,于773 K时平行于压力及垂直压力方向分别可达0.66和0.69。

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两步固相碳包覆法合成Li₃V₂(PO₄)₃/C正极材料及其性能研究

张晓萍, 胡勇, 洪炜, 刘洁群, 钟胜奎

功能材料. 2018, 49(5): 5006-5010. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.002

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以VPO₄/C为中间体,相继以乙炔黑及葡萄糖作为碳源,通过两步固相碳包覆法制备了纯相单斜晶系的Li₃V₂(PO₄)₃/C复合材料。该方法首先通过制备纳米级的VPO₄/C中间体,为后续制备Li₃V₂(PO₄)₃/C提高反应活性,降低热处理温度,其中碳源不仅起到还原剂、导电剂的作用,还能细化晶粒,且两步法包碳使得材料颗粒表面的碳层更均匀,从而改善材料的综合电化学性能。最终在750 ℃下煅烧12 h得到颗粒细小且分布均匀的Li₃V₂(PO₄)₃/C样品,在电压区间3.0～4.5 V内,该材料在0.1,1和2 C倍率下的首次放电比容量分别为141.5,119.8和109.4 mAh/g,在0.1 C倍率下循环50次后的容量保持率高达97.7%。

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玄武岩纤维/TiO₂复合材料的制备及光催化性能研究

杭美艳, 汪靖凯

功能材料. 2018, 49(5): 5011-5015. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.003

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采用绿色环保的水热法,在较低的温度下制备出一种新型的玄武岩纤维/TiO₂复合材料,使用XRD分析了复合材料的物相结构,采用SEM观测了复合材料的形貌,并对水热法合成其机理进行了分析,研究了其在模拟太阳光下对甲基橙的光催化性能。结果表明,150 ℃水热条件下、反应10 h合成的玄武岩纤维/TiO₂复合材料中,颗粒状的TiO₂涂层均匀包覆于玄武岩纤维表面,并没有改变玄武岩纤维结构,形成了一种具有核壳结构的新型玄武岩纤维/TiO₂复合材料,60 min复合材料对甲基橙的降解率达到95.3%。

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石墨烯/还原石墨烯修饰对CdS/FTO复合电极光电响应和稳定性的影响

周凯, 张建锋, 朱维晃

功能材料. 2018, 49(5): 5016-5022. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.004

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采用水热沉积法制备了CdS/FTO玻璃复合光电材料,并进一步通过吸附-热处理法将GO、r-GO修饰至该光电活性材料表面,通过场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外(FT-IR)等对该复合电极的形貌和结构进行了表征,使用电化学工作站、原子吸收分光光度计检测了材料的光电性能和稳定性。结果表明,石墨烯材料修饰对CdS的光电效果提升明显,经GO、r-GO修饰后的的CdS复合电极的最大光生电流密度分别提高至修饰前的1.73和1.47倍,电极的稳定性也得到显著增强,3 600 s光照后,光电流密度保持率可达73%,远超未修饰电极的33%,且CdS的颗粒状态没有明显变化。

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TiCl₄处理对纳米结构SrTiO₃薄膜及染料敏化太阳能电池性能的影响

寇慧芝, 杨术明, 王洋, 闫俊涛

功能材料. 2018, 49(5): 5023-5027. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.005

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研究了TiCl₄处理对纳米结构SrTiO₃薄膜电极及染料敏化太阳能电池的影响。与未处理SrTiO₃电极相比,TiCl₄处理后的电极能够吸附更多的染料。采用时间分辨电流的方法研究了两种电极的陷阱态分布。在0.2 mol/L高氯酸四丁基铵(TBAP)和0.5 mol/L高氯酸乙酰丙酮溶液中,未处理SrTiO₃电极和TiCl₄处理电极的陷阱态密度分别为2.85×10¹⁶和1.83×10¹⁶ cm^-2。光谱电化学表明TiCl₄ 处理后SrTiO₃电极导带中自由电子密度增加,暗电流减小,电荷复合减小。测量了N3敏化SrTiO₃电极和TiCl₄处理SrTiO₃电极的光电流电压曲线,发现TiCl₄处理SrTiO₃太阳能电池有较高的光电流密度,这与前面的测试结果相吻合。

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可生物降解/吸收药物洗脱支架临床应用现状综述

元峰, 裴佳, 袁广银

功能材料. 2018, 49(5): 5028-5034. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.006

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药物洗脱支架的出现为冠脉疾病支架介入治疗术后支架内血栓和再狭窄率过高的问题提供了开拓性的解决方案。近年来,可生物降解/吸收药物洗脱支架作为新一代革命性的药物洗脱支架,得到了世界各个国家医疗和材料工作者的广泛关注,并在其不懈努力下取得了重大进展。目前可降解/吸收药物洗脱支架的材料主要分为可降解聚合物材料和镁合金材料两大类,对聚合物药物洗脱支架和镁合金药物洗脱支架的发展历程、临床研究及应用现状进行了综述,并总结了目前可生物降解/吸收药物洗脱支架所面临的问题和挑战。最后,对未来可降解/吸收药物洗脱支架的发展趋势进行了展望。

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镁基高阻尼材料加工工艺研究现状及展望

万迪庆, 胡莹琳, 叶舒婷, 王厚彬

功能材料. 2018, 49(5): 5035-5040. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.007

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首先介绍了高阻尼镁合金的两种典型阻尼机制及合金元素、晶粒尺寸、变形工艺、热处理对镁合金阻尼性能的影响。其次,通过分析镁基复合材料的阻尼特点,指出高阻尼材料兼顾高阻尼和高强度是未来研究的发展趋势,但当前关于镁基复合材料的研究有待深入,且存在基体与增强体之间的界面反应等问题需要解决。最后提出通过添加新的增强相,从而引入新的阻尼机制来解决阻尼性能及力学性能的矛盾,将成为镁基复合材料加工的未来研究方向。

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微纳米铜粉的制备工艺与应用特性

牛雨萌, 赖奕坚, 赵斌元, 周娜, 谭庆彪

功能材料. 2018, 49(5): 5041-5048. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.008

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针对微纳米铜粉的制备方法对国内外文献进行分类统计,详细对比了不同制备方法优缺点,指出了较易实现产业化的技术方向。分析了球形、树枝状、片状等不同形貌铜粉的主要制备工艺和应用特点,总结了铜粉在润滑、催化、导电材料、工程结构材料等不同领域的应用现状及存在的问题,并针对抗氧化、避免团聚这两个制约铜粉应用的瓶颈难题提出了建议,希望总结有助于相关领域的工程材料选用及研究开发。

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非蒸散型薄膜吸气剂的研究现状及应用进展

单睿, 齐通通, 黎秉哲, 郭杰, 袁俊

功能材料. 2018, 49(5): 5049-5055. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.009

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非蒸散型吸气剂薄膜是超高或极超高真空系统获得和维持真空条件的重要材料,近年来吸气剂广泛应用于MEMS真空封装领域。综述了非蒸散型吸气剂的材料体系、研究现状和工程应用,介绍国内外吸气剂薄膜的研究现状、存在的主要问题及发展趋势。讨论了吸气剂在MEMS真空封装系统的工作原理,传统吸气剂在封装领域的挑战,薄膜吸气剂在封装系统遇到的问题和发展趋势。

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空气过滤用复合纳米纤维材料研究进展

周川, 杨小兵, 颜晓珊, 张守鑫, 杨博, 杨光

功能材料. 2018, 49(5): 5056-5060. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.010

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简述了滤材纤维过滤机理,综述了复合纳米纤维材料在气溶胶纳米颗粒、挥发性有机物和化学战剂过滤方面的研究进展,同时展望了其发展前景。

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染料敏化太阳能电池双层结构光阳极研究进展

王敏, 白静怡

功能材料. 2018, 49(5): 5061-5069. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.011

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染料敏化太阳能电池(DSSCs)因为其制备工艺简单、实用化前景好、成本低、转换效率高等优点而受到广泛关注。简要介绍了染料敏化太阳能电池结构和工作原理,并从电解质、染料敏化剂、对电极和光阳极等方面综述了其各组成部分的研究现状。重点以TiO₂/CeO₂复合光阳极为例,阐述了染料敏化太阳能电池光阳极薄膜材料的发展历程,总结了双层结构薄膜材料的光散射效应、上转换性质、比表面积、光响应能力以及电子传输性能对整个电池性能优化的影响,并对未来染料敏化太阳能电池研究方向和前景进行了展望。

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含噻二唑的喹喔啉与二烷基芴交替共聚物的合成及其酸致变色性能

麦麦提依明·马合木提, 张轲, 帕提古丽·艾散, 吐尼莎古丽·阿吾提

功能材料. 2018, 49(5): 5070-5075. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.012

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以4,7-二溴-5,6-二硝基[2,1,3]苯并噻二唑为原料通过还原获得二胺基衍生,并分别与5,6二酮-1,10-邻菲罗啉、菲醌、苊醌和联苯甲酰等反应,制备了4个含噻二唑环的单喹喔啉衍生物(M1、M2、M3、M4)。以二乙酸钯(Pd(CH₃COO)₂)和配体三环己基膦的催化下,3个含噻二唑环的单喹喔啉衍生物与2,7-二(4,45,5-四甲基-1,2,3-二氧杂硼酸烷)-9,9-二辛基芴(M5)通过Suzuki反应交替共聚制备4个聚合物(P2、P3、P4)。通过FT-IR和¹H NMR等测试手段对单体及聚合物的结构进行表征。用UV-Vis-Nir光谱和荧光光谱法,研究了聚合物本征态以及与不同浓度的三氟乙酸(TFA)作用时的光学性能。实验结果显示,聚合物P2～P4对低浓度TFA有良好的敏感性,与10^-2 mol/L浓度的TFA作用后,P2～P4的CHCl₃溶液的颜色发生明显的变化,同时UV-Vis-Nir光谱上在600～1 000 nm出现新的宽吸收带。聚合物荧光光谱结果显示,聚合物P2～P4具有一定的荧光性能,且与与10^-5 mol/L的TFA作用时其荧光发射强度明显减弱。

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高度有序的金铜合金微阵列表面增强拉曼散射

温馨, 王哲哲, 林林, 冯卓宏, 庄罗晴, 郑志强

功能材料. 2018, 49(5): 5076-5080. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.013

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拉曼光谱是一种高效的检测工具,可广泛应用于单分子检测、化学分析和生物传感等方面。通过光刻法和电沉积法制备得到高度有序的微阵列拉曼衬底,用罗丹明6G作为探针分子,分别研究了阵列与非阵列衬底、金铜合金与金衬底的拉曼信号强度。此外,通过调控金铜电解液浓度的比例、外加电压和电解时间来调控金铜合金的形貌,成功制备了枝晶状的金铜合金微阵列拉曼衬底。经研究发现此衬底能有效的增强拉曼散射效应,可以检测到浓度为10^-14 mol的罗丹明6G。

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(Sm_1-xLa_x)₂Ce₂O₇(0＜x＜1)固溶体的热物理性能

赵让乾, 李国防, 汤安, 张红松, 陈晓鸽

功能材料. 2018, 49(5): 5081-5085. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.014

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以La₂O₃、Sm₂O₃和CeO₂为原料,采用高温固相反应法制备了(Sm_1-xLa_x)₂Ce₂O₇ (0＜x＜1)系列固溶体。并对其相结构、显微组织、元素组成、热物理性能进行了研究。X射线衍射分析表明,所合成的(Sm_1-x-La_x)₂Ce₂O₇ (0＜x＜1)系列固溶体具有典型的单一缺陷萤石型结构。扫描电镜分析表明,其显微组织十分致密,相对致密度＞92%,且各元素摩尔比与其化学式比较接近。其热导率随着La₂O₃掺杂量的增加而降低,并明显低于Y₂O₃部分稳定ZrO₂的热导率。其在1 000 ℃时的热膨胀系数处于11.83×10^-6/K至12.86×10^-6/K之间,明显高于YSZ的9×10^-6/K。该系列固溶体良好的热物理性能,表明其有潜力用作新型热障涂层表面陶瓷层材料。

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双钙钛矿型氧化物Sr_1.90Eu_0.10FeMoO₆晶体结构及物性研究

胡艳春, 魏玉婷, 王显威, 李卫霞, 郭腾宇, 赵翔宇

功能材料. 2018, 49(5): 5086-5090. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.015

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采用标准高温固相反应法制备了双钙钛矿氧化物Sr₂FeMoO₆(SFMO)以及Sr_1.90Eu_0.10FeMoO₆(SEFMO)。X射线粉末衍射结果表明样品具有单相性,四方晶系,空间群是I4/m。SFMO和SEFMO的有序度η分别是91.8(6)%和86.1(7)%。居里温度(T_c)分别是364和362 K。SFMO 中Fe³⁺/Fe²⁺和Mo⁵⁺/Mo⁶⁺的比例分别是1.806589和4.073547,SEFMO的比例是1.646088和2.634589。

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海藻酸钙包覆绿色合成纳米铁类Fenton降解柴油

李娜, 黄超, 林加奖, 金晓英, 陈祖亮

功能材料. 2018, 49(5): 5091-5095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.016

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以海藻酸钙(CA)为包覆剂,利用桉树叶提取液(ELE)绿色合成了包覆型纳米铁材料(CA-ELE-Fe NPs)。在实验条件下反应240 min后,CA-ELE-Fe NPs类Fenton反应对柴油的去除率达到74.70%,而CA-ELE-Fe NPs、H₂O₂对柴油的去除率分别为13.19%,10.15%,说明CA-ELE-Fe NPs具有一定的吸附功能,以CA-ELE-Fe NPs为催化剂的类Fenton具有很强的氧化性能。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱分析(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等表征分析手段证明纳米铁系颗粒的合成。最后,对比CA-ELE-Fe NPs、绿色合成纳米铁系颗粒(ELE-Fe NPs)和商品化纳米铁(nZVI)对实际含油废水的类Fenton去除效果,其降解率分别为80.24%,82.47%,44.36%。反应后CA-ELE-Fe NPs仍可回收利用,海藻酸钙的包覆降低了纳米铁系材料铁的浸出率。重复使用后油去除率仍达67.46%。

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蒸养和蒸压条件下粉煤灰水泥浆体中铝配位分布规律

赵子远, 胡晨光, 白瑞英, 刘刚, 安宇坤, 封孝信

功能材料. 2018, 49(5): 5096-5102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.017

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采用XRD、²⁷Al核磁共振测试方法,研究了蒸养和蒸压条件下粉煤灰水泥浆体中铝配位分布的规律。结果表明:蒸养温度升高可提高粉煤灰火山灰效应,增大四配位铝(Al[4])进入C-S-H的数量,促进水钙沸石矿物生成;加快AFt中六配位铝(Al[6])向AFm转化,增大第三类水化铝酸盐(Third aluminate hydrate, TAH)、含硅水化石榴石、水化石榴石中Al[6]生成量,但不影响莫来石中五配位铝(Al[5])的配位状态。蒸压养护提高粉煤灰火山灰效应显著高于蒸养,升高蒸压温度和延长蒸压时间,可明显提高含铝托勃莫来石和水钙沸石的生成量;同时,不仅可提高AFt、AFm分解向TAH转化程度,而且促进粉煤灰反应形成水化氢氧铝钙石、水化铝酸二钙和TAH,增大莫来石中Al[5]向Al[6]转化程度,使TAH在Al[6]分布中成为主体含铝相。

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数值模拟氢气在GO/BIIR纳米复合材料中的渗透行为

何勤, 李迎军, 周元林

功能材料. 2018, 49(5): 5103-5108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.018

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使用Materials Studio软件的Amorphous Cell模块,分别构建了GO含量分别为0.0,2.4%,4.0%和7.7%(质量分数)的GO/BIIR纳米复合材料晶胞模型。采用分子动力学和巨正则蒙特卡洛的方法模拟计算了H₂在GO/BIIR纳米复合材料中的溶解系数和扩散系数,结合自由体积理论讨了H₂在GO/BIIR内渗透系数不同的原因。通过提取H₂分子在复合材料中的运动轨迹,更直观的描述了其扩散行为。结果表明,H₂在添加2.4%(质量分数)GO的纳米复合材料模型中渗透系数比纯BIIR模型降低约64.6%;但当GO含量达7.7%(质量分数)时,渗透系数仅降低约33.5%。这为制备气体阻隔的高分子复合材料提供了一定理论基础,同时,有助于从微观上阐释H₂分子在不同GO含量GO/BIIR复合材料中渗透的差异性。

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KBaY(MoO₄)₃:Eu³⁺红色荧光粉的制备及发光性能研究

宋明君, 赵旺, 王林同, 张娜娜, 王霞

功能材料. 2018, 49(5): 5109-5114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.019

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采用高温固相法制备了KBaY(MoO₄)₃:Eu³⁺红色荧光粉,并借助于X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、荧光光谱以及荧光寿命等表征手段对其结构、形貌及发光性能进行了分析。XRD结果显示,KBaY(MoO₄)₃:Eu³⁺样品衍射图与纯相KBaY(MoO₄)₃完全一致, Y³⁺离子可以完全被Eu³⁺离子替代而不会使晶体结构发生改变。激发光谱显示,KBaY(MoO₄)₃:Eu³⁺在394 nm处具有一个强激发带,因此样品可以被近紫外光有效激发。荧光光谱结果显示,在KBaY(MoO₄)₃基质中,Eu³⁺离子的最佳掺杂浓度高达90%,证明KBaY(MoO₄)₃:Eu³⁺的浓度猝灭效应比较弱;样品发光强度随温度升高而下降,当温度升高到200 ℃时,样品发光强度约为30 ℃时的63%,通过对ln(I₀/I_T-1)～1/kT的关系曲线进行拟合得到KBaY(MoO₄)₃:Eu³⁺的激活能为0.261 eV。

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膨胀石墨/聚苯胺复合材料的制备及吸波性能研究

段文静, 张龙, 王晓瑞, 万晓娜, 李慧, 杜雪岩

功能材料. 2018, 49(5): 5115-5119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.020

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采用原位聚合法,以膨胀石墨(EG)为基体,过硫酸铵(APS)为氧化剂,盐酸(HCl)为掺杂剂,制备了膨胀石墨/聚苯胺(EG/PANI)复合材料。通过扫描电镜(SEM),傅里叶红外光谱(FT-IR),恒压四探针测试仪和矢量网络分析仪(VAN)对复合材料的形貌、组分和电磁参数进行表征,并研究了苯胺的加入量对复合材料吸波性能的影响。结果表明,随着苯胺用量的增加,复合材料的电导率减小。当苯胺与膨胀石墨的质量比为5:1时,随着匹配厚度的增加,样品的反射损耗峰在向低频方向移动。当匹配厚度为3.5 mm,最小反射损耗在5.5 GHz处达到-48.5 dB,使得EG/PANI复合材料有望在电磁波吸收领域有广泛的应用前景。

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溶胶-凝胶法制备Al₂O₃-ZrO₂复合膜及其性能表征

王佳悦, 马明晶, 同帜, 董旭娟, 高婷婷, 张帅

功能材料. 2018, 49(5): 5120-5125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.021

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以异丙醇铝、五水硝酸锆为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备Al₂O₃-ZrO₂复合薄膜。通过热重分析、红外光谱分析(IR)、X射线衍射分析(XRD)、氮气吸附-脱附法、激光粒度分布仪、扫描电子显微镜(SEM)对复合膜的热稳定性、晶相组成、比表面积和孔结构、粒度大小、表面形貌等进行表征。结果表明,当n(Al₂O₃):n(ZrO₂)=1:1时制得的复合溶胶澄清透明,粘度适中为2.6413 mPa·s,且在干燥后几乎无开裂;以 0.5 ℃/min的速率升温至1 000 ℃保温2 h,并在69,165和365 ℃附近以0.25 ℃/min的速率缓慢升温并适当保温后,制得的Al₂O₃-ZrO₂复合膜表面平整光滑,热性能稳定,颗粒分布均匀,大小均一,结构致密,孔径分布窄,BJH中值为12.403257 nm。

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明胶-壳聚糖/纳米SiO₂原位载药复合膜的制备及性能研究

侯雪艳, 赵文博, 杨凡, 张玉琦, 王记江, 李秋宁

功能材料. 2018, 49(5): 5126-5129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.022

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利用明胶、壳聚糖和纳米SiO₂,制备了明胶-壳聚糖/纳米SiO₂复合膜,对复合膜的溶胀性、机械强度等进行测试。然后将明胶-壳聚糖/纳米SiO₂复合膜用于阿司匹林的原位负载,研究纳米SiO₂用量和模型药物阿司匹林用量对原位载药复合膜缓释性能的影响。结果表明,纳米SiO₂的引入能够降低复合膜在水中的溶胀性,提高复合膜的机械强度;随着纳米SiO₂用量的增加,复合膜原位负载阿司匹林的缓释效果增加;阿司匹林用量为0.5%时,明胶-壳聚糖/纳米SiO₂原位载药复合膜具有较好的缓释效果。

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添加β-环糊精/银复合抗菌剂的硅橡胶的制备及抗菌性能的研究

刘芳, 唐彬媛

功能材料. 2018, 49(5): 5130-5136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.023

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使用化学还原法,葡萄糖作为还原剂,β-CD作为稳定剂制备出β-CD/AgNPs复合抗菌剂,通过物理共混加入到医用液体硅橡胶中,得到抗菌性硅橡胶。通过UV-Vis、FT-IR、TEM、XRD检测AgNPs(银纳米颗粒)表面形态和相关结构,采用微量肉汤二倍稀释法和贴膜法检测β-CD/AgNPs复合抗菌剂、抗菌性硅橡胶的抗菌性。结果表明,当β-CD浓度为20 mmol/L时,所得的AgNPs的紫外吸收峰为416 nm,为典型AgNPs吸收峰;粒径为30 nm,β-CD有效的包覆在AgNPs表面。而不加β-CD所制的Ag粒子没有明显的吸收峰且粒径较大。20 mmol/L β-CD/AgNPs对大肠杆菌的最小抑制浓度为16 μg/mL,添加到硅橡胶中含量为0.15%时抗菌率达99%,具有强抗菌作用。

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硝酸改性无灰煤基多孔炭电极材料的制备

侯彩霞, 孔碧华, 樊丽华, 郭秉霖, 许立军

功能材料. 2018, 49(5): 5137-5144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.024

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以褐煤基无灰煤为原料,采用KOH活化法制备多孔炭材料(PC),通过不同浓度HNO₃对多孔炭进行氧化改性,利用N₂等温吸附、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对多孔炭进行表征,结合恒流充放电(GC)、循环伏安(CV)和交流阻抗的测试结果,考察浓度对多孔炭孔结构、表面性质以及电化学性能的影响。研究表明,随着HNO₃浓度的增加,多孔炭的比表面积逐渐降低,润湿性提高;用1% HNO₃改性的多孔炭N-5、C—O及O—CO含量增加明显,在50 mA/g的电流密度下,比电容可达273 F/g,相比未改性的多孔炭,比电容量增长了22.4%;在5 000 mA/g的电流密度下,比电容保持率能达到80.4%,且在1 000次循环后,比电容仍具有95.2%的保持率,具有良好的电化学性能。

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不同In组分对In_xGa_1-xAs物理性质影响的研究

刘雪飞, 罗子江, 周勋, 王继红, 魏杰敏, 王一, 郭祥, 郎啟智, 刘万松, 丁召

功能材料. 2018, 49(5): 5145-5150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.025

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对In_xGa_1-xAs在x从0～1变化时的晶格常数、原子弛豫情况、分波态密度进行计算,结果表明当In组分增大时,晶格常数增大规律与Vegard定理吻合。体系弛豫后,Ga—As键长变小程度会随In组分增多而变大,In—As键长变小程度基本不随In组分变化;In—As—In键角会变小,当In组分超过0.625时,其变小程度非常微弱;Ga—As—Ga键角和Ga—As—In键角有不同程度地变大,且Ga—As—In键角的变化幅度在In组分为0.5时最严重;体系分波态密度的计算结果表明,In掺杂会严重影响GaAs材料的物理性质。

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半胱氨酸改性纳米Ag/PVDF复合材料制备及介电性能研究

胡立, 姚军龙, 游峰, 江学良, 李振强, 严立明, 祁耀斌

功能材料. 2018, 49(5): 5151-5155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.026

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以半胱氨酸为改性剂,对纳米Ag进行表面修饰,制备了系列改性纳米Ag/PVDF复合材料;通过对复合材料的介电性能进行研究,结果表明,改性后纳米Ag在PVDF基体中的填充量能够得到迅速提高,体积分数可达到25%以上而不发生导电现象;当改性纳米Ag/PVDF复合材料中纳米Ag体积含量达到20%时,复合材料的相对介电常数达到了115,介电损耗保持在0.09以下;通过扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱和X射线衍射图谱分析表明,这种高介电常数,低介电损耗的性质来源于纳米Ag在聚合物基体中分散性的提高,改性纳米Ag表面连接的半胱氨酸改善了纳米Ag粒子与PVDF基体的界面相容性,提高了PVDF结晶体和纳米Ag在基体中的分散均一性,降低了聚合物基体内纳米Ag团聚和导电网络的形成几率,有效改善了金属/聚合物介电材料的加工条件,提高了聚合物的介电性能。

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单通氧化铝模板的制备及工艺优化

何苗苗, 涂英, 李玉宝, 张利

功能材料. 2018, 49(5): 5156-5162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.027

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利用高纯铝片采用两步阳极氧化法制得排列高度有序、尺寸可控的单通氧化铝(anodic aluminum oxide templates, AAO)模板,且纳米孔呈六方形结构。分别探究了预处理条件、氧化次数、扩孔时间等对AAO模板尺寸及有序性的影响。结果表明,预处理利于纳米管形成高度有序结构,并发现二次阳极氧化法比一次阳极氧化法制备的纳米管排列更有序且孔径均匀;在0～75 min内,管孔径与扩孔时间呈线性关系,酸溶液对孔的腐蚀速率为0.601 nm/min,在0～120 min内,管长度与二次氧化时间呈线性关系,生长速率为0.28 μm/min;最佳电解液浓度确定为0.3mol/L。为后续制备非对称丝岛状骨组织再生高分子薄膜奠定了良好基础。

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硫掺杂氮化碳微球的制备及其光催化还原性能

崔言娟, 李明, 赵艺蒙, 杨传锋, 王浩

功能材料. 2018, 49(5): 5163-5168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.028

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以含硫单体三聚硫氰酸为合成原料之一,低温溶剂热法合成硫掺杂氮化碳材料(CNS)。利用XRD、FT-IR、SEM、XPS等技术对催化剂进行了表征。通过对Cr(Ⅵ)的还原去除和光解水制氢性能测试,研究了CNS的光催化还原性能。结果表明,硫元素主要取代氮化碳分子中晶格氮形成C—S键。随着聚合反应时间的延长,所得产物中硫含量升高。催化剂具有显著的可见光吸收,随着聚合时间的延长,吸收带边红移,可扩展至约700 nm。与直接煅烧法制备的氮化碳相比,在可见光照下,CNS对Cr(Ⅵ)具有显著增强的还原去除性。同时,CNS催化剂具有明显的光解水制氢性能。机理分析表明,光生电子和·O₂^-是CNS光催化还原Cr(Ⅵ)的主要活性物种。

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直流磁控溅射法制备PEN/Ti复合振膜

丁雨田, 陈建军, 高钰璧, 许佳玉, 孟斌, 马元俊

功能材料. 2018, 49(5): 5169-5173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.029

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采用直流磁控溅射法在聚2,6-萘乙酸乙二醇酯(PEN)柔性薄膜衬底上制备了纯钛薄膜。研究了溅射气压与溅射功率对薄膜微观组织及硬度的影响,确定了最佳的溅射工艺参数。研究表明,直流磁控溅射法在PEN柔性衬底上沉积的钛膜是一种纳米薄膜且为多晶薄膜;在溅射气压为8.5×10^-1 Pa、溅射功率为140 W时,直流磁控溅射法制备的钛镀层晶粒尺寸细小且均匀分布在衬底上,镀层硬度高,复合振膜宏观表面平整,结合力良好,此工艺参数为最佳的工艺参数,薄膜沉积速率为2.11 nm/s。

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类1-3型TiO₂颗粒填充聚氨酯复合材料的制备及粘弹性

钮晨光, 冯扬, 赵红, 王明先, 张玉生, 董旭峰, 齐民

功能材料. 2018, 49(5): 5174-5179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.030

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采用化学沉淀法制备出TiO₂颗粒,SEM结果表明该颗粒为平均粒径660 nm的圆润球体。以该种TiO₂颗粒为分散相制备聚氨酯基复合材料,SEM结果证实在不加场条件下制备出了颗粒弥散分布的0-3型复合材料,而在外加电场条件下制备出了颗粒取向排布的类1-3型复合材料。对所制备两种聚氨酯基复合材料进行动态粘弹性及蠕变测试。结果表明,类1-3型TiO₂颗粒填充聚氨酯复合材料比0-3型复合材料具有更高的储能模量,且类1-3型复合材料的抗蠕变性能较0-3型复合材料有显著提高。

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二维纳米材料MoS₂/WS₂的类氧化酶活性比较及在抗菌中的应用

宋欣, 方舸, 田欣

功能材料. 2018, 49(5): 5180-5184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.031

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近年来,二维层状纳米材料在生物医学领域引起研究人员的广泛关注。然而,这些二维层状纳米材料所具备的生物学性质尚未被完全探明,其相应的生物学应用仍有很大的局限性。联合使用超声和溶剂热剥离的方法对二硫化钼(MoS₂)和二硫化钨(WS₂)粉末进行处理,成功制备小尺寸二维层状纳米材料MoS₂和WS₂。通过抗坏血酸催化氧化实验,首次制备得到的二维层状纳米材料MoS₂和WS₂均具有类氧化酶活性,并且纳米MoS₂的类氧化酶活性高于纳米WS₂。进一步实验表明两种层状纳米材料均能够氧化抗氧化生物分子-谷胱甘肽,对革兰氏阴性菌(大肠杆菌)和阳性菌(金黄色葡萄球菌)均表现出有效的抗菌活性。此外,发现MoS₂的抗菌活性高于WS₂,这与两者的类氧化酶活性一致。

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三元共电沉积法制备Cu₂ZnSnS₄薄膜

刘艳, 肖岗, 张耀予, 王鹤, 辛松, 林一歆

功能材料. 2018, 49(5): 5185-5192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.032

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利用三元共电沉积制备金属前驱体,经预加热和硫化热处理后,成功合成了Cu₂ZnSnS₄薄膜。借助循环伏安法确定三元共沉积电位为E=-1.25 V,考察pH值和电解液离子浓度对金属前驱体元素成分和物相的影响,筛选出电沉积的最佳工艺参数(8 mmol/L SnSO₄, 22 mmol/L CuSO₄·5H₂O, 22 mmol/L ZnSO₄·7H₂O, 200 mmol/LNa₃C₆H₅O₇·2H₂O和pH值=5.7),沉积到成分比例接近最佳元素比的金属前驱体(n(Cu)/n(Zn+Sn)≈0.8, n(Zn)/n(Sn)≈1.2)。经300 ℃预加热后,金属前驱体转变成以Cu₅Zn₈和Cu₆Sn₅二元合金为主的金属固溶体,为后续硫化热处理形成纯相的CZTS奠定了基础。硫化过程中,硫化时间和硫化温度对薄膜结构形貌的影响显著。随着硫化时间的增大,CZTS的特征峰的强度增大,杂相衍射峰(Cu_2-xS、SnS和Cu₂SnS₃)的强度减弱,CZTS逐渐纯化。硫化时间为60 min时,薄膜具有良好结构和形貌,而进一步硫化,易促使薄膜分解。过低的硫化温度会导致薄膜产生较多的二元和三元杂相,而硫化温度过高则会产生Sn和Zn的挥发流失。580 ℃时,CZTS薄膜的晶粒轮廓分明、晶界清晰、分布致密均匀,薄膜厚度约为2 μm,与Mo层的接触紧密,无间隙,附着性增强。

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叶酸功能化石墨烯的制备

何亚萍, 霍燕燕, 杨晓慧, 韩权, 李江涛

功能材料. 2018, 49(5): 5193-5195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.033

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采用一锅法和气液界面法,以纳米四氧化三铁为交联剂作为叶酸和石墨烯之间的交联剂,制备得到了具有一定功能的叶酸功能化石墨烯复合材料。采用红外光谱法、扫描电子显微镜和电化学方法对其结构和性能进行分析。结果表明,乙二醇和氧化石墨烯浓度均为1 mg/mL时,获得产物具有较好的磁性分离性能;气液界面法制备的产物具有更好的晶型和优异的电化学响应信号。

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荧光标记硅橡胶中填料网络结构的可视化研究

刘敏, 芦艾, 康明, 陈柯旭, 沈思敏

功能材料. 2018, 49(5): 5196-5201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.034

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采用稀土铕配合物敏化荧光增强技术对沉淀法二氧化硅补强硅橡胶填料网络结构进行荧光标记,利用扫描电镜、激光扫描共聚焦显微镜、橡胶加工分析仪和固体流变分析仪对填充硅橡胶的填料网络结构、硫化性能以及动态力学性能进行测定与分析。通过激光扫描共聚焦显微镜可视化结果计算得到30～60份二氧化硅填充硅橡胶的填料网络连接率分别为31%,41%,58%和70%。硫化过程中表征填料-填料相互作用的最小转矩(M_L)、应变扫描过程中Payne 效应、剪切储能模量之差ΔG′(G′₀-G′_∞)都逐渐增大,表明随着填料份数的增加填充硅橡胶内部逐渐形成较强的填料网络结构,这与得到的填料网络连接率值一致,说明荧光标记技术与激光扫描共聚焦显微镜联用可以实现硅橡胶中填料网络结构的可视化。

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乳化剂对环氧树脂E51的乳化效果分析

刘建友, 陈桂明, 任向红, 周锋

功能材料. 2018, 49(5): 5202-5207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.035

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为制备O/W型环氧树脂E51乳液,确定选用阴离子型和非离子型乳化剂。实验中分别用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)、壬基酚聚氧乙烯基醚(OP-10)、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸脂(Tween80)以及苯乙烯-马来酸钠(PSMS)作为乳化剂,用量分别为环氧树脂E51质量的0.5%,1%,5%和10%,分析乳化剂乳化机理,对比不同种类、不同浓度乳化剂的乳化效果。研究结果表明,在溶液温度为60 ℃、体积为100 mL,均质转速为16×10³ r/min,机械搅拌速度为500 r/min条件下,均质15 min和机械搅拌15 min时,SDBS、SDS得不到稳定的乳液,Tween80和PSMS在实验条件下作乳化剂更为合适,粒径均服从正态分布,平均粒径均小于25 μm。

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Au_1-xPt_xSn₂(x=0,0.125,0.25,0.50,0.75,0.875,1)体系相结构稳定性、电子结构与弹性性质的第一性原理研究

胡洁琼, 谢明, 陈永泰, 陈松, 李爱坤, 王塞北

功能材料. 2018, 49(5): 5208-5215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.036

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通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Au_1-xPt_xSn₂ (x=0,0.125,0.25,0.50,0.75,0.875,1)体系各合金相的结构、形成能、电子结构和弹性性质。首先分别采用虚拟晶体近似法(VCA)和超胞法(SC)搭建晶体结构模型,再由形成能的计算结果判断出稳定的结构模型,然后对其能带结构、总态密度、分态密度、键合特征和弹性性质等进行研究。结果表明,SC法搭建的晶体结构模型较稳定,且随着Pt元素摩尔含量的增大,Au_1-xPt_xSn₂合金相的形成能随之减小,说明该体系更倾向于形成C1型结构。同时发现Au_0.125Pt_0.875Sn₂稳定性较好。而Au_0.5Pt_0.5Sn₂成键强度较其他合金相强,这与该合金中同时存在两种类型的d-p杂化有关。对Au_1-xPt_xSn₂体系弹性性质的研究表明,Au_0.75Pt_0.25Sn₂和Au_0.5Pt_0.5Sn₂为脆性相,而AuSn₂、Au_0.875Pt_0.125Sn₂、Au_0.25Pt_0.75Sn₂、Au_0.125Pt_0.875Sn₂和PtSn₂为延性相,其中Au_0.5Pt_0.5Sn₂合金相的原子间结合力较强,材料强度较大。

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碳纤维膜多层复合结构吸波体的宽化设计与制备

陈伟鹏, 董一锋, 郝万军, 何楠

功能材料. 2018, 49(5): 5216-5220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.05.037

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依据电磁吸收传输线理论,利用碳纤维/环氧树脂复合,设计制备了一种结构吸波一体化复合吸波涂层。研究表明,通过调整碳纤维膜等效方阻,可实现吸波结构的宽化设计。采用3层膜结构复合设计,可实现4.8～18 GHz频带吸收量都在-8 dB以下,在5～7.8,13～18 GHz频带吸收量都在-10 dB以下,实现了超宽频吸收效果。

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2018年, 第49卷, 第5期　刊出日期：2018-05-30

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