本期目录

2018年, 第49卷, 第6期　刊出日期：2018-06-30
  

  • 全选
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    热点·关注 (2017年度重庆市出版专项资金资助项目)
  • 煤矸石微珠的制备及其对甲基紫和孔雀石绿的吸附性能
    潘一鸣, 闫姝, 唐欣悦, 王庆刚, 王修慧, 杨金龙
    功能材料. 2018, 49(6): 6001-6008. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.001
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    研究了煤矸石微珠煅烧温度、用量、染料浓度和吸附时间对甲基紫和孔雀石绿吸附性能的影响。由喷雾干燥法制备出煤矸石微珠坯体,再经后续煅烧得到煤矸石多孔微珠。研究表明,微珠表面分布有片状组织并杂乱排布,蓬松多孔。随煅烧温度(800～1 000 ℃)的升高,煤矸石微珠对甲基紫和孔雀石绿的吸附量降低,800 ℃时微珠对甲基紫和孔雀石绿的吸附量和去除率分别为16.2 mg/g、97.2%和9.5 mg/g、94.6%;微珠对甲基紫和孔雀石绿的吸附量随吸附时间和初始浓度的增加而增加,但随微珠用量的增加而降低;吸附过程均可用伪二级动力学模型描述;对甲基紫的吸附过程符合Langmuir模型,RL值介于0与1之间,为优惠吸附;对孔雀石绿的吸附过程符合Freunchlich模型,1/n值介于0与1之间,也为优惠吸附。用煤矸石滤柱过滤甲基紫和孔雀石绿,其吸附量和去除率分别为15.1963 mg/g、99.1061%和8.8284 mg/g和94.5903%。
  • 基于苯并二噻吩的非对称型小分子给体材料的合成及其在有机太阳能电池中的应用
    王迪, 张易楠, 郑威
    功能材料. 2018, 49(6): 6009-6014. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.002
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    以烷氧基和苯基作为一维和二维取代基来构造非对称型的苯并二噻吩(BDT)结构,以三联噻吩作为偶联π桥,以氰基乙酸异辛酯作为封端基团,设计并合成了基于非对称型BDT的小分子DCA3TPBDTOC16和DCA3TFPBDTOC16-m,并首次将该类型的小分子作为活性层给体材料应用到有机太阳能电池器件中。两个小分子均表现出良好的热稳定性,较宽的吸收峰和较为平整的平面构型,最终,小分子DCA3TPBDTOC16表现出0.30%的光电转换效率(PCE),相应的开路电压(VOC)为0.387V,短路电流密度(JSC)为2.126 mA/cm2,填充因子(FF)为29.39%,在此基础上,在BDT侧链上的苯环取代基上引入F原子来优化来调控分子能级,最终小分子DCA3TFPBDTOC16-m表现出了1.20%的PCE值,VOC为1.007 V,JSC为1.61 mA/cm2,FF为29.34%,其中VOC=1.007 V与目前为止基于苯并二噻吩的小分子给体材料所表现出的最高开路电压值相近。 这些结果表明,基于非对称型BDT的小分子给体材料在有机太阳能电池应用上具有巨大的潜力。
  • 锂离子电池三元正极材料包覆工艺研究进展
    肖利, 陈浩, 夏志美, 刘鹏程, 陈晗
    功能材料. 2018, 49(6): 6015-6022. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.003
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    锂离子电池三元正极材料镍钴锰酸锂因为具有放电容量高、生产成本低、层状结构稳定、热稳定性好等优点,被认为是当前最可能广泛应用的动力电池正极材料。但还存在容量保持率低、不可逆相变大、循环性能差、高温热稳定性能差等问题,表面包覆工艺被认为是一种简便有效地提高材料多项性能的方法。综述了三元正极材料镍钴锰酸锂表面包覆的方法、常用包覆物质,分析了包覆后材料性能提高的原因,并提出了包覆工艺的改善对策。
  • RuO2/石墨烯纳米复合材料的合成及其电化学性能
    张素玲, 张迪, 李映雪, 刘天畅, 魏磊, 卢艳红
    功能材料. 2018, 49(6): 6023-6028. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.004
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    通过水热反应和高温焙烧方法制备了负载RuO2纳米粒子的石墨烯纳米复合材料(RuO2/G)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构和形貌进行了表征。结果表明,在复合材料中,平均粒径为3.6 nm的RuO2纳米粒子均匀地负载在石墨烯片层上。该材料作为超级电容器的电极材料,表现出了良好的电容性能。当RuO2的质量分数为35%时,在6 mol/L KOH电解液中,复合材料的比电容为402.5 F/g,且表现出了较高的能量密度(14 Wh/kg)和功率密度(50 W/kg)。该复合材料体现了石墨烯双电层电容和RuO2赝电容的性质,为性能优异的储能材料。
  • 不同晶相三氧化钨纳米晶粒光降解性能研究
    陈涛, 李欣, 欧珊珊, 顾康平, 张李, 杨晓红
    功能材料. 2018, 49(6): 6029-6034. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.005
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    采用水热法制备了不同晶相的纳米三氧化钨晶粒(WO3),用XRD、SEM对其晶体结构和表面形貌进行了分析,并采用分光光度计对其光催化性能进行了研究。重点研究了不同晶相的WO3纳米晶粒的光催化性能以及同一种晶相WO3纳米晶粒对亚甲基蓝和甲基橙溶液光降解效果的差异。结果表明晶相不同的WO3纳米晶粒对同一降解物的光降解效果有明显差异,而相同晶相的WO3纳米晶粒对亚甲基蓝和甲基橙的降解率以及降解速率也有显著差异,并对差异产生的机理和原因进行了分析。
    • 综述·进展
  • 液态合金表面张力的理论计算的研究进展
    唐义洲, 黄灿, 黄福祥, 涂坚, 吴保安, 唐会毅, 罗维凡
    功能材料. 2018, 49(6): 6035-6040. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.006
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    表面张力是液态合金的一种重要性质,其对铸造中的的金属凝固过程中表面是否开裂、焊接后的焊接处微观形貌以及合金的晶体生长等起着决定性的作用。系统的总结了国内外关于理论计算液态合金表面张力的研究报道,针对二元和三元系合金详细的介绍了Butler模型、Eyring模型以及Toop模型的计算原理和进展。在此基础上分析了目前理论计算存在的主要问题和计算值与实验值之间存在误差的原因。最后展望了未来对于多元系液态合金表面张力的研究方向。
  • SiC、Ti3SiC2陶瓷类高温吸收剂研究进展
    张婷, 张捷, 刘伟, 王东红, 雷忆三
    功能材料. 2018, 49(6): 6041-6048. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.007
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    作为耐高温、高强度吸波剂,陶瓷类吸收剂已越来越受到人们的重视。综述了近年来研究较多的陶瓷类高温吸收剂的研究进展,包括SiC、Ti3SiC2等,总结了陶瓷类高温吸收剂研究中存在的问题,并对陶瓷类高温吸收剂的发展方向进行了展望。
  • 自愈性超疏水表面的方法及应用进展
    耿敏, 董兵海, 王世敏, 赵丽, 万丽, 王二静, 张艳平
    功能材料. 2018, 49(6): 6049-6056. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.008
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    近些年,受自然界中具有超疏水性表面的动植物的启发,在结合外部环境的影响并充分考虑表面化学组成与表面微观结构的基础上,科学研究工作者们已经探究出超疏水性表面的制备方法,并成功制备出超疏水性能表面。但由于其在化学侵蚀或机械性磨损下所表现的较差的耐久性,导致其在实际应用中受到了很大限制。受荷叶对物理损伤的超疏水性的再生能力的启发,超疏水和自愈性的组合可能是解决这一问题的有效手段。主要介绍了构造自愈性超疏水表面的原理,以及其目前的应用情况,并对超疏水未来的发展进行了展望。
  • 铝阳极箔点蚀扩面机制及影响因素的研究进展
    王天鹏, 胡斌, 马坤松, 朱德秋, 张淮浩
    功能材料. 2018, 49(6): 6057-6063. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.009
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    概述了铝阳极箔点蚀萌生的机制研究,阐述了直流电解腐蚀过程中高纯铝的性质(微量元素和立方织构)、电解液参数(氯离子浓度、硫酸根离子浓度、温度和缓蚀剂)以及外加极化电流等因素对铝箔点蚀萌生、蚀孔生长及增容的影响研究进展。
  • PVDF基介电复合材料的研究进展
    陈林, 肖文强, 严磊, 吴婷, 邱友顺, 蔺海兰, 卞军, 鲁云
    功能材料. 2018, 49(6): 6064-6072. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.010
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    聚偏氟乙烯(PVDF)基介电复合材料因具有加工性能好、介电损耗低、介电常数高等优点而成为现今介电复合材料领域主要的研究对象。对当前国内外PVDF与不同维数(0维、1维、2维)填料共混所得PVDF基介电复合材料的制备方法、功能化改性及介电性能的研究进展进行了系统的综述,并对其研究和应用趋势进行了展望。
    • 研究·开发
  • 以石墨烯气凝胶为导电相的压电阻尼复合材料
    薛文超, 陈玉洁, 李华, 刘河洲, 张春梅
    功能材料. 2018, 49(6): 6073-6079. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.011
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    阻尼材料在减振降噪领域有着极其重要的应用,而压电阻尼复合材料能够在普通阻尼材料摩擦损耗基础之上进一步引入力-电-热损耗,从而提高基体材料的阻尼性能,使其在主动和被动减震方面备受青睐。但是通常为了达到导电渗流阈值,需要添加大量的导电相。采用模板辅助氧化石墨烯自组装的方式制备了三维石墨烯气凝胶,以此作为导电相,以聚氨酯/聚甲基丙烯酸丁酯/聚甲基丙烯酸甲酯IPN共聚物作为基体,锆钛酸铅压电陶瓷作为压电相,制备了压电阻尼复合材料。三维石墨烯气凝胶的使用,由于其本身三维导电网络的存在,使得制备的压电阻尼复合材料可以在很低的导电相含量下达到导电渗流阈值,将压电陶瓷产生的电能转化为热能损耗掉,有效拓宽了基体材料的阻尼温域和提高了材料室温下的阻尼性能。
  • 选区激光熔化成型正六方柱体多孔TC4合金结构及力学性能研究
    吴艳琳, 王勇, 乔丽英, 姜定成
    功能材料. 2018, 49(6): 6080-6087. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.012
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    为了改善植入物与人体骨的力学相容性,避免应力屏蔽效应,采用选区激光熔化(SLM)技术制备了多孔Ti6Al4V合金。利用扫描电子显微镜对多孔钛试样的孔隙结构进行分析,并且测试了试样的力学性能。结果表明,测得的多孔件孔隙率约为46%,与原始设计相比,孔隙率降低16%;孔隙率降低主要来自激光扫描路径、熔池形状与尺寸以及粘粉等因素的影响;多孔件纵截面(平行于堆积方向)的硬度值高于横截面(垂直于堆积方向)的硬度值;压缩实验显示,其弹性模量为8.8 GPa、屈服强度为348 MPa,力学性能与理论预测值有偏差,但较相同的致密合金与自然骨更为接近。
  • 锐钛矿型TiO2(101)面对常见还原性气体CO、SO2、H2S吸附的微观机制与光学气敏特性研究
    岳远霞, 杨英, 冯庆, 朱洪强
    功能材料. 2018, 49(6): 6088-6092. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.013
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    利用密度泛函理论体系下第一性原理平面波超软赝势方法,研究了锐钛矿型TiO2(101)面吸附CO、SO2、H2S气体的微观机制与光学气敏性质。研究表明,这3种气体分子均能被TiO2(101)面吸附,综合考虑吸附距离,吸附后结构的稳定性,吸附后电子的转移,与吸附后的光学性质,在这3种气体中,H2S气体被TiO2(101)面吸附后结构更稳定,电荷转移更明显,光学气敏特性较明显。
  • 汽车齿轮钢电沉积Ni-TiN镀层的制备及耐磨性研究
    顾元国, 马春阳
    功能材料. 2018, 49(6): 6093-6096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.014
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    采用直流电沉积、脉冲电沉积和超声波脉冲电沉积方法,在汽车齿轮钢20CrMnTi表面制备Ni-TiN镀层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计及摩擦磨损试验机等研究Ni-TiN镀层的微观组织、显微硬度和耐磨性能。结果表明,在超声脉冲电沉积获得的Ni-TiN镀层中,金属晶粒得到显著细化,组织结构最为致密,且TiN纳米微粒均匀分布于镀层中,Ni晶粒和TiN微粒的平均粒径分别为76.5和41.4 nm。当电沉积时间为50 min时,直流电沉积、脉冲电沉积和超声脉冲电沉积制得的Ni-TiN镀层显微硬度分别为841,882和923 Hv,超声波脉冲电沉积Ni-TiN镀层的耐磨性最优。
  • 木质素基聚电解质交联薄膜的透光性和透气性
    苏玲, 姜贵全, 庞久寅, 时君友
    功能材料. 2018, 49(6): 6097-6102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.015
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    以工业碱木质素、聚乙烯醇为原料,改性制备木质素季铵盐和羧甲基化聚乙烯醇,以甲醛为交联剂制备木质素基聚电解质交联薄膜。通过单因素实验对薄膜的透光性和透气性进行研究。采用紫外-可见分光光度计、压差法分别测定薄膜的光学性能、透气性能。利用静态接触角测量仪、XRD分别对薄膜的接触角、结晶结构进行分析。研究结果表明,TLQA/CMPVA交联薄膜在紫外光区的吸光度达到最大值10,在可见光区薄膜对光的透过率不到10%,甲醛的加入有利于提高TLQA/CMPVA交联薄膜的透光率。当聚电解质溶液偏弱碱(pH值=9)性时有利于聚电解质交联薄膜对光的透过。三甲基木质素季铵盐加入后,聚电解质交联薄膜对氧气和二氧化碳的透气量均增大。交联剂甲醛降低了聚电解质交联薄膜对氧气和二氧化碳的透气性。当聚电解质溶液中性或偏碱性时,聚电解质交联薄膜的透气性减小。聚电解质交联薄膜表面亲水性大于聚电解质共混薄膜表面亲水性,聚电解质交联薄膜的耐水性大于聚电解质共混薄膜。与PVA相比,CMPVA结晶结构消失。交联作用使TLQA和CMPVA复合更紧密。为TLQA/CMPVA交联薄膜的制备及其在特殊地膜、缓释包装材料中的应用提供了理论依据。
  • 超支化聚酯制备高玻纤含量的尼龙/玻纤复合材料
    梁叶云, 余倩, 张道洪
    功能材料. 2018, 49(6): 6103-6106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.016
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    以新型的端羧基超支化聚酯(DCHP-n)改性尼龙-6/玻纤(PA-6/GF)复合材料,制备高流动性和高玻纤含量(50%(质量分数))的复合材料,研究了端羧基超支化聚酯的含量和分子量对复合材料的综合性能的影响,包括熔融指数、拉伸强度、弯曲强度、冲击强度及耐热性等。结果表明,DCHP-n能使复合材料的熔融指数从15 g/10 min提高到30.8 g/10 min,原因是似球形结构的超支化聚合物分子容易分散进入尼龙分子链之间,促进尼龙分子链间的滑移;DCHP-n能使复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别从142.8和89.3 MPa增加到163.5和93 MPa,DCHP-n的羧基与玻纤表面的羟基之间的氢键相互作用增大了尼龙与玻纤之间的界面强度和相容性,SEM分析也证实了DCHP-n能增加复合材料的界面相互作用和相容性。
  • 普通“干水”及凝胶型“干水”粉体性能研究
    张祖忞, 袁必和, 李欣, 陈先锋
    功能材料. 2018, 49(6): 6107-6113. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.017
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    研究采用高速剪切搅拌法制备了以疏水性纳米粉体为外壳、内部含水的类胶囊状“干水”(DW)粉体,通过将水替换为海藻酸钠溶液制备了海藻酸钠-“干水”(SA-DW)粉体,利用海藻酸Ca2+交联反应形成凝胶的特性制备了海藻酸钙凝胶-“干水”(CA-DW)粉体。通过显微镜观察3种粉体形态的差异,对比制备条件对产物形态的影响。利用流出速度和堆积角表征粉体的流动性,通过静态压力实验和离心实验对比3种粉体的耐压性和稳定性。结果表明,DW粉体颗粒形态较不均匀,其堆积角＞30°,在离心转速为1 000 r/min时就会被破坏;SA-DW粉体形态较为均匀,其堆积角＜30°,在离心转速为2 000 r/min时会被破坏;CA-DW的粉体形态与SA-DW粉体类似,其堆积角＜30°,在4 000 r/min离心转速下只有少量水被离心释放出来。相比于DW粉体,CA-DW粉体的流动性、耐压性都有较大的提升。
  • 微结构PDMS压电俘能器设计与特性研究
    李铮, 董维杰, 朱慧超
    功能材料. 2018, 49(6): 6114-6118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.018
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    设计了一种具有三明治结构的微结构驻极体膜,采用旋涂、“软刻蚀”等工艺,结合氧等离子体键合、恒压电晕放电技术,以铜网作为电极,摸索出完整的工艺流程,制作了基于微结构PDMS驻极体的柔性压电俘能器。测量了驻极体膜的压电系数以及力-电特性。结果显示,微结构PDMS压电俘能器的压电系数(d33)为25 pC/N;在5 N周期性压力下,最大能够产生1.98 Vpp的开路电压;驻极体膜的谐振频率为32 Hz,且产生的电压与受到的压力呈线性关系。
  • MnBi合金的磁性能与回复曲线研究
    曹俊, 黄有林, 闫小童, 侯育花, 葛现金, 钟震晨
    功能材料. 2018, 49(6): 6119-6123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.019
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    采用熔体快淬技术和热处理制备出了具有较高低温MnBi相含量和高温磁性能优异的MnBi条带合金,其在500 K时的矫顽力可达1 297.48 kA/m。重点对MnBi合金微观结构和影响回复曲线张开的因素进行了分析和讨论。回复曲线研究表明,MnBi永磁合金回复曲线的张开归因于合金内部不均匀分布的物相所导致的磁各向异性的不均匀分布。随后通过球磨工艺改善了物相的不均匀分布,回复曲线逐渐呈现闭合状态。有关回复曲线闭合程度的结论可为判断MnBi合金中物相是否均匀分布提供一定的依据。
  • MnOx的掺杂对CeO2/AC催化剂NH3选择性催化还原NOx性能的影响
    黄利华, 李雪
    功能材料. 2018, 49(6): 6124-6128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.020
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    采用浸渍法制备了MnOx掺杂的CeO2/AC催化剂,考察了MnOx的掺杂对催化剂的低温NH3选择性催化还原NOx的性能的影响,并采用了XRD、NH3-TPD、H2-TPR对催化剂进行了表征。结果表明,MnOx的掺杂提高了催化剂的表面酸性和氧化还原性能,从而使催化剂在110 ℃以下的活性得以提升,但催化剂在120 ℃以上的活性则随着MnOx的掺杂量的增加而降低。与其他催化剂相比,Ce/Mn比为4∶1的催化剂在整个温度区间都具有较好的活性,而且该催化剂在210 ℃下具有较好的抗SO2中毒能力。
  • 掺杂橡胶颗粒对沥青混合料性能影响研究
    王学民, 田国锋, 王蓉蓉, 龚小琴
    功能材料. 2018, 49(6): 6129-6134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.021
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    采用正交实验法验证了掺杂橡胶颗粒目数、掺杂比例、剪切温度与时间对橡胶沥青的粘度、针入度、软化点、延度、弹性恢复率的影响,并按最优方案混制了橡胶沥青混合料(RAM),并对其路用性能与普通沥青混合料(AM)进行了对比研究。结果表明,掺杂20%、40目的胶粉,在150～170 ℃的温度下拌和90 min,所制备的橡胶沥青具有最优的性能,由其混制的RAM高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性都明显优于AM,其中动稳定度提高了52%,车辙深度降低了近26%,变形速率降低了近60%,抵抗破坏应变的能力较AM提升了15.6%。各方面性能都有明显提升,具有良好的应用前景。
  • 组成对类水滑石生长调控机制的影响研究
    刘博, 罗振敏, 周安宁
    功能材料. 2018, 49(6): 6135-6139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.022
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    采用均匀共沉淀法,制备了纳米片状Zn2Al-LDHs、花状结构ZnMgxAl-LDHs(x=1,2)以及微纳米结构Mg2Al-LDHs。利用XRD、SEM-EDX分析手段分别对产物的尺寸、结构和形貌进行了表征,并研究了组成变化对类水滑石结构形貌等生长调控作用。结果表明,所得含锌LDHs均具有较高的结晶度,其中Zn2Al-LDHs为多层板片状颗粒,晶体生长复合face-face片层团聚机理;ZnMgAl-LDHs为单层板片状颗粒,所得ZnMg2Al-LDHs为双层板片状颗粒。镁离子含量是含锌水滑石结晶度及晶面生长方向的关键调控因素,随着镁离子含量的提高,含锌LDHs由face-face片层团聚为主向face-edge片层团聚现象过渡。Mg2Al-LDHs为花瓣状纳米片包覆颗粒晶,晶体生长复合face-edge片层团聚机理。
  • 漆酶/TEMPO体系氧化棉纤维接枝壳聚糖制备抗菌纤维
    周志敏, 裴继诚, 刘海棠, 卜鑫, 张方东, 王菁, 甄小琴, 聂双喜
    功能材料. 2018, 49(6): 6140-6145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    利用漆酶/TEMPO体系选择性将纤维素C-6伯羟基氧化成醛基,得到单醛纤维素,再将壳聚糖通过席夫碱反应接枝到单醛纤维素上,制得接枝产物。将接枝产物进行红外光谱分析、SEM及能谱分析及壳聚糖含量的分析,确定接枝产物结构的变化和壳聚糖含量,并进一步对其抗菌性进行研究。结果表明,经漆酶/TEMPO体系氧化后,纤维素C-6伯羟基被选择性的氧化成醛基,与壳聚糖接枝反应后,壳聚糖的氨基与醛基反应生成CN;接枝产物表面出现了明显的变化且有壳聚糖存在;接枝产物中壳聚糖含量为4.55%;与棉纤维相比,接枝产物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有抗菌性,且对大肠杆菌的抑制作用强于金黄色葡萄球菌。
  • 紫外辐照增强TiO2纳米棒阵列薄膜氢气传感器性能研究
    周晓燕, 王卓, 高云, Kevin Peter Homewood, 夏晓红
    功能材料. 2018, 49(6): 6146-6150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    氢气传感器的研究对于未来绿色环保氢能源经济的发展有重要意义,提高氢气传感器在室温下对H2响应的灵敏度是降低传感器成本、提升器件稳定性、拓展传感器应用领域的关键。基于TiO2纳米棒阵列薄膜的H2传感器具有成本低廉、易于制备、性能稳定等优点,前期研究已经实现器件的室温稳定工作,使用UV辐照TiO2纳米棒阵列薄膜,采用XPS分析辐照前后薄膜表面的化学状态,研究了UV辐照对薄膜氢气敏感性能的影响。结果表明,UV辐照可以减少传感器表面污染,增加TiO2纳米棒阵列薄膜表面氧空位,显著提高传感器对H2的灵敏度。
  • 仿贻贝磷脂聚合物的合成及其仿生涂层的构建
    李小静, 李培闯, 陈慧清, 李欣, 赵元聪, 王进, 黄楠
    功能材料. 2018, 49(6): 6151-6157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.025
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    为改善纯钛表面的抗凝血性能,合成了一系列磷酸胆碱仿生聚合物,并在其表面构建了稳定的仿生涂层,通过一系列实验、表征和评价优化出更有利于钛材表面改性的磷酸胆碱聚合物。首先采用简单的自由基聚合法和羧基与氨基的反应,分两步合成了5种不同比例的2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)、甲基丙烯酸(MA)和多巴胺(DA)的无规共聚(PMMDA3-Q、PMMDA3-T、PMMDA5-Q、PMMDA5-T、PMMDA7),并通过FT-IR、1H NMR、GPC以及UV-Vis等完成了定性、定量表征和分析。通过自组装的方式,将5种不同聚合物分别组装到钛表面,并采用QCM-D、AFM及血小板粘附实验考察了5种聚合物在钛表面的组装量、表面粗糙度以及改性后的钛表面抗血小板粘附及抑制血小板激活的能力。结果表明,聚合物PMMDA7更适合作为钛材表面改性聚合物,为构建磷酸胆碱仿生多功能涂层提供了实验基础和方法。
    • 工艺·技术
  • 氧化石墨烯-碳纤维水泥复合材料的制备及性能研究
    李显铭
    功能材料. 2018, 49(6): 6158-6162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以氧化石墨烯(GO)和碳纤维(CF)为增强相,制备了GO水泥、CF水泥和GO-CF水泥复合材料。利用电子万能试验机和扫描电镜研究了GO-CF水泥复合材料的力学性能,GO水泥、CF水泥的断口形貌以及增强相与水泥界面的结合情况。结果表明,GO能够显著提升水泥的抗压强度,而碳纤维能够显著提升水泥的抗拉强度,GO(0.1%)-CF(1%)水泥复合材料的抗压强度和抗拉强度分别为66.4和15.4 MPa,相比普通水泥,提高了83.7%和44.9%;GO-CF水泥中GO可改善水泥结晶缺陷;GO和碳纤维的特殊二维结构和高强度力学性能,分别在压溃和拉伸断裂过程中,有效抑制了微裂纹的形成和扩展,提高了复合材料的力学性能。
  • 单靶磁控溅射法制备Cu2ZnSnS4薄膜及其异质结光电探测器
    林煌丁, 刘相志, 方浩, 周全, 张恩亮, 严鑫, 冷重钱, 张风燕
    功能材料. 2018, 49(6): 6163-6167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用单靶磁控溅射法制备了铜锌锡硫(CZTS)薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)和扫描电镜(SEM)分别对CZTS薄膜的物相结构、光学性能以及表面形貌进行表征,结果表明,退火后的CZTS薄膜具有单一相的锌黄锡矿结构、适合的禁带宽度(1.51 eV)以及平整致密的表面形貌。通过制备CZTS/n-Si异质结光电探测器,光电性能测试显示,器件在450,635和980 nm波长的光源下均具有良好的光伏效应。在0 V偏压,功率密度为3 mW/cm2的980 nm光源照射条件下,器件的响应的上升时间(τr)和下降时间(τd)分别为τr=41 ms,τd=126 ms,电流开关比为434.9。CZTS/n-Si异质结结构有利于提高载流子的分离效率,比纯n-Si探测器与纯CZTS探测器具有更大的电流开关比,为低成本、高性能及环境友好光电探测器提供新方案。
  • 四氟硼酸盐离子液体协效阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料的研究
    池秀文, 陈和燕, 李梦春
    功能材料. 2018, 49(6): 6168-6172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.028
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以四氟硼酸盐离子液体对空心微珠(HGM)进行物理改性,采用熔融共混法制得新型阻燃热塑性聚氨酯弹性体(TPU)复合材料。使用锥形量热仪(CCT)、热重分析仪(TG)及热重红外联用方法(TG-IR)等测定分析TPU复合材料的阻燃、抑烟和热稳定性,研究不同组分配比对TPU燃烧行为的影响。结果表明,采用四氟硼酸盐离子液体对HGM进行物理改性后,两者协效阻燃,显著改善TPU的阻燃、抑烟效果,增强TPU的热稳定性,降低了材料的火灾危险性。最佳组分配比为n(TPU)∶n(HGM)∶n(离子液体)=99∶0.995∶0.005,即TPU-4。
  • 热针法沉降浓度测量系统及其应用
    仇维亚, 李建青, 戴亚文, 马争争, 陈诚, 程海斌
    功能材料. 2018, 49(6): 6173-6178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.029
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    设计研发了一种新型的固液两相混合物沉降浓度测量系统,并将该系统应用于硅油基羰基铁粉磁流变液的沉降浓度测量。该系统首先用热针法对被测样品进行加热并获得样品温度与时间变化关系,计算样品导热系数,再根据所建立的沉降浓度与导热系数的对应关系,间接得到样品的沉降浓度。对硅油基羰基铁粉磁流变液沉降浓度的一系列实时在线测量实验,表明了该系统具有硬件成本低、测试速度快、测量结果可靠、可长期实时在线检测等优点,具有较大的应用前景。
  • 配位聚合物Cu3(BTC)2的制备及对废水中活性大红染料的高效去除
    那立艳, 张丽影, 张凤杰, 华瑞年
    功能材料. 2018, 49(6): 6179-6183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.030
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    用配位调控法在室温下制备了配位聚合物材料Cu3(BTC)2。通过粉末XRD、SEM、N2吸附、TGA等手段对样品的物相、形貌和比表面积及热稳定性进行了表征。结果表明,制备的配位聚合物材料Cu3(BTC)2为球形纳米颗粒,BET比表面积为1 183 m2/g。考察了Cu3(BTC)2对活性大红染料废水的处理效果,探讨了吸附剂加入量、pH值、活性大红初始浓度及反应时间对吸附过程的影响。结果表明,吸附剂Cu3(BTC)2对活性大红染料具有较高的吸附性能,平衡吸附量可达83.33 mg/g。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吸附过程符合准二级动力学模型。
  • 纳米复合n型Bi2(Te0.9Se0.1)3/(SiC)y热电材料的微观组织结构与热电性能
    田杰, 张忻, 周子群, 刘洪亮, 伏亚楠, 张久兴
    功能材料. 2018, 49(6): 6184-6189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.031
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    以铋粉、碲粉、硒粉以及纳米SiC粉末为原料,采用机械合金化结合放电等离子烧结技术成功制备了n型Bi2(Te0.9Se0.1)3/(SiC)y(0≤y≤0.02)纳米复合热电材料,并详细研究了纳米SiC复合量对样品物相组成、微观组织结构以及热电性能的影响。实验结果表明,纳米尺度的SiC颗粒弥散分布在微米尺度的Bi2(Te0.9Se0.1)3基体中的晶界处,这种纳米复合结构能够显著降低晶格热导率,对热电性能的提高非常有利。Bi2(Te0.9Se0.1)3/(SiC)y复合热电材料的电输运特性为n型传导,电阻率和Seebeck系数均随SiC含量的增多而增大,在室温附近仍保持有良好的电输运特性。纳米SiC颗粒弥散分布在晶界位置,可以增加声子散射,显著降低热导率,使得复合有SiC的样品的ZT值相较未掺杂的样品有所提高,在SiC复合量摩尔比y=0.01,T=323 K时,Bi2(Te0.9Se0.1)3/(SiC)0.01成分样品具有最大ZT值,达到0.73。
  • 稀土氧化物掺杂对氧化铝陶瓷力学性能和摩擦磨损性能的影响
    杨尚余, 邢学刚, 张娇娇, 王昊, 司马林, 王鹤峰
    功能材料. 2018, 49(6): 6190-6195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.032
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    研究氧化铝陶瓷的摩擦磨损特性随不同稀土氧化物掺杂的变化规律。方法 制备不同稀土氧化物掺杂的氧化铝陶瓷样品,采用球-盘磨损方法进行摩擦磨损实验。分析掺杂后氧化铝陶瓷磨损前后的形貌、物相组成及元素组成,测试掺杂后氧化铝陶瓷相对密度和显微硬度。结果表明,掺杂后氧化铝陶瓷主要由α-Al2O3相组成,Y2O3和CeO2掺量的逐渐增加有相应复合氧化物次晶相形成。不同稀土氧化物及添加量对氧化铝陶瓷的致密化和力学性能出现不同的影响,就晶粒尺寸而言,3种稀土氧化物掺量为0.5%时,晶粒最细;就致密化而言,添加Y2O3和CeO2的陶瓷最优掺量为0.5%,添加La2O3的陶瓷最优掺量为1.5%;就硬度而言,添加Y2O3和CeO2的氧化铝陶瓷最优掺量为1.5%,添加La2O3的氧化铝陶瓷最优掺量为0.5%。
       在干摩擦条件下,3种稀土氧化物掺杂后的试样磨损体积都在添加量为0.5%时达到最小值,氧化铝陶瓷磨损失重随着添加量的增加而变大。掺量为0.5%时,3种稀土氧化物掺杂的陶瓷均呈现较好的耐磨性能,其磨损机制以磨粒磨损为主。
  • 不同氮气气压脉冲激光沉积氮化钛薄膜的结构和电学性能
    李玉雄, 隋展鹏, 谷承艳, 陈益钢, 蒋春萍
    功能材料. 2018, 49(6): 6196-6200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.033
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    采用脉冲激光沉积的方法,以高纯TiN为靶材,650 ℃为生长温度,蓝宝石为衬底,在氮气气压分别为1,2和3 Pa的条件下制备了氮化钛薄膜。研究不同氮气气压对氮化钛薄膜生长质量及电学性能的影响。研究发现,在不同氮气气压条件下,均获得了高质量的氮化钛薄膜,其表面致密、(111)晶面择优取向生长且具有金属性;随着氮气压的增加,氮化钛薄膜的(111)晶面对应的衍射峰向高角度方向移动,氮化钛薄膜的N/Ti减小,方块电阻减小,反射谱的最低点向短波长方向漂移。研究结果表明氮化钛薄膜的化学组成和金属性可以通过氮气气压来调节。
  • AC/PEDOT复合材料的制备及电化学性能
    史忠峰, 朱归胜, 徐华蕊, 陈一达
    功能材料. 2018, 49(6): 6201-6205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.034
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用原位聚合法,在活性碳(AC)颗粒上生长聚3,4乙烯二氧噻吩(PEDOT)来制备活性碳/聚3,4乙烯二氧噻吩(AC/PEDOT)超级电容器复合电极材料,并研究不同配比复合材料的电化学性能。采用X射线衍射、扫描电子显微镜及傅里叶红外等技术对样品进行表征,采用循环伏安、恒流充放电及交流阻抗等方法对样品进行了电化学性能测试。结果表明,AC与PEDOT的复合可大幅度提高比容量,当n(AC)∶n(PEDOT)=10∶1,电流密度为1 A/g时,比容量可达250 F/g,比AC的比容量提高了95.3%,经1 000次充放电后,电容保持率为80.4%,具有循环稳定性能好,低内阻0.29 Ω等优点,有望实现碳基超级电容器的小型化。
  • 氯离子侵蚀下水泥浆体中铝离子配位分布机理
    胡晨光, 王娟, 白瑞英, 刘刚, 周金金, 封孝信
    功能材料. 2018, 49(6): 6206-6212. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.035
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    利用XRD、DTA-TG、29Si和27Al核磁共振等测试手段,研究了氯离子侵蚀对水泥浆体Al3+配位分布的影响规律和机理。结果表明,氯离子侵蚀对水化硅铝酸钙中四配位铝(Al[4])无脱铝作用,而是能促进Al[4]进入高钙硅比水化硅酸钙(C-S-H)结构,提高其平均分子链长和结晶化程度。TAH(第3类水化铝酸钙)中六配位铝(Al[6])最易与氯离子反应生成Friedel盐(F盐);单硫型水化硫铝酸钙(SO4-AFm)和钙矾石(AFt)溶解生成F盐,氯离子浓度需达到相应的阈值,其中AFt向F盐转化对应的阈值更高;水泥浆体中有限的Al[6]含量,致使F盐生成量不随氯离子浓度升高而增加。氯化钠浓度过高不仅不利于F盐形成,而且促使由SO4-AFm和AFt分解形成的二水石膏向硫酸钙-硫酸钠复盐转化。
  • 硅铝镁复配阻燃剂改性混合纤维发泡材料
    李博, 张新昌, 孙昊, 王利强
    功能材料. 2018, 49(6): 6213-6220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.06.036
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    探究改善混合纤维发泡材料阻燃性能的复配阻燃剂的制备工艺.以水玻璃、硫酸镁、硫酸铝为阻燃剂配方,设计正交试验制备试样,对改性材料燃烧性能如氧指数LOI、残炭率进行测试并分析,筛选出具有优良阻燃效果的阻燃剂配方。利用EDS分析元素分布,阻燃溶剂总量180 mL,n(Al)/n(Mg)/n(SiO2)=1∶0.5∶0.5,阻燃剂添加方式为分开添加,且镁盐铝盐先于硅酸盐加入,采用内添法,以此工艺制备的改性混合植物纤维发泡材料阻燃性能最佳.其中,阻燃剂的添加方式是影响实验试样燃烧性能最主要的因素,其次是复配成分浓度比例和阻燃剂添加量。结果表明,该配方改性试剂内添至作者研制的混合生物质纤维发泡材料中,试样的极限LOI值达35.3%,材料的燃烧等级可至“难燃”,阻燃性能得到明显改善,优于其他学者所做实验。
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