功能材料

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基于玫瑰花瓣的双模板法制备高光催化活性的有序大孔-介孔锐钛矿二氧化钛薄片

赵健全, 廖婵娟, 陈霞, 卢照, 童华

功能材料. 2018, 49(7): 7001-7007. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.001

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以天然玫瑰花瓣和三嵌段共聚物P123(EO₂₀PO₇₀EO₂₀)为双模板,有序大孔-介孔锐钛矿TiO₂薄片通过溶胶-凝胶法在酸性介质中成功制备。采用拉曼光谱、X射线衍射、N₂吸脱附、扫描电镜和透射电镜对制备的TiO₂薄片进行表征。TiO₂薄片的光催化活性通过罗丹明B光降解过程的光催化效果来进行评价。结果表明多级构造的大孔-介孔TiO₂薄片为锐钛矿,且其三维有序的大孔孔壁均由有序的介孔所组成,其中,450 ℃煅烧后的TiO₂样品表观反应速率常数k达到2.21×10^-2 min^-1,表现出最高的光催化活性。

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纳米零价锌的结构演化及无光催化降解性能

任光鹏, 李生娟, 徐波, 索路路, 邹义成

功能材料. 2018, 49(7): 7008-7013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.002

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金属材料经机械应力加载处理后反应活性明显提升,具有较强还原活性的纳米零价金属可有效降解染料废水中的有机污染物。采用辊压振动研磨法对原料锌粉进行机械活化处理,无任何添加剂情况下得到纳米零价锌粉颗粒。通过扫描电子显微镜观察可得,振动研磨机械力作用有效地改变了纳米零价锌的粒度大小,其颗粒尺寸随研磨时间的延长呈现周期性变化,平均粒度在40～90 nm之间。通过X射线衍射分析和Lorentzian近似函数的最小二乘法计算分析得到,研磨后的纳米零价锌仍为密堆六方纤锌矿结构,但其微结构在应力场作用下发生改变,研磨15 h纳米零价锌的层错几率达到2.03%。不同研磨时间的纳米零价锌具有不同的催化活性,对亚甲基蓝的无光催化降解呈现出不同的反应速率,研磨15 h的试样具有最快的降解速率,无光催化反应30 min后对亚甲基蓝的降解率达到72.72%。

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六钛酸钾晶须的低能耗制备和光催化性能

王永红, 张春晨, 汪中尚, 朱建华, 陈干, 王旭

功能材料. 2018, 49(7): 7014-7017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.003

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用TiCl₄作为钛源,用环氧化物驱动溶胶-凝胶化动力学过程,预制备出纳米TiO₂粉末;将此纳米粉与乙酸钾混合,经烧结制备出K₂Ti₆O₁₃晶须。研究不同烧结温度和保温时间对晶须结构与形貌影响;利用XRD和SEM对其晶相组成和形貌进行分析,并对其光催化活性进行分析表征。结果表明,样品在1 000 ℃保温3 h,自然冷却,可获得超细六钛酸钾晶须;晶须平均直径在0.3 μm,长径比(L/D)最大可达到12,粗细均匀,分散性良好;在500 W汞灯照射1 h条件下,制备的六钛酸钾晶须对抗生素(四环素tetracycline, TC)为模型探针分子具有优异的光催化性能。

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苯甲酸铵导向合成线状纳米结构CePO₄和Ce_0.95PO₄∶Tb_0.05及其发光性能

包七十三, 赵鑫, 闫宇, 边玉龙, 郭雪原, 王明远, 宝金荣, 李文先

功能材料. 2018, 49(7): 7018-7023. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.004

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采用水热法通过苯甲酸铵(简写为L)导向控制合成了六方相CePO₄和Ce_0.95PO₄∶Tb_0.05纳米线。用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)及透射电镜(TEM)分析产物的相结构、晶粒尺寸及微观形貌。实验结果表明,随着配体L的增加,CePO₄的微观形貌由纳米棒逐渐转变成纳米线再生长成纳米颗粒。当n(Ce³⁺)∶n(L)=1.0∶1.0时,所合成的CePO₄纳米线长径比大且分散较均匀,直径为20～30 nm、长约1～2 μm。发现苯甲酸铵对产物的尺寸及长径比具有导向合成作用。荧光光谱分析表明n(Ce³⁺)∶n(L)=1.0∶1.0时所合成的CePO₄纳米线荧光强度最强,相同方法合成的Ce_0.95PO₄∶Tb_0.05纳米线具有较强的荧光性能。

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溶胶-凝胶法制备Mn掺杂Na₃V₂(PO₄)₂F₃正极材料及其电化学性能研究

胡勇, 廖桂祥, 张晓萍, 刘洁群, 伍凌, 钟胜奎

功能材料. 2018, 49(7): 7024-7028. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.005

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采用溶胶-凝胶法合成了Mn掺杂的钠离子电池正极材料Na₃V₂(PO₄)₂F₃。用XRD、SEM、恒流充放电和交流阻抗等对样品进行了表征。结果表明,适量Mn掺杂不会破坏Na₃V₂(PO₄)₂F₃的晶体结构;随着Mn掺杂量的增加,衍射峰强度增强,晶粒尺寸增大,材料的颗粒及孔径先减小后增大。电化学测试表明Na₃(V_1-2y/3-Mn_y)₂(PO₄)₂F₃(y=0.05) 拥有最优的电化学性能,该样品在0.1和1 C倍率下的首次放电比容量分别为116.7和61.9 mAh/g,循环50次后的放电比容量仍高达112.1和60.8 mAh/g。

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CoFeB/MgO界面垂直磁各向异性的影响因素研究

施辉, 李明华, 方帅, 王莎莎, 王双海, 张师杰, 王东伟, 于广华

功能材料. 2018, 49(7): 7029-7038. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.006

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回顾了近年来国际上关于提高CoFeB/MgO界面垂直磁各向异性的研究,从非磁/CoFeB/MgO多层膜结构(各层膜的厚度、堆积次序、周期数、铁磁/氧化物界面粗糙度和铁磁层,氧化物层及缓冲层的结晶状态)、成分(铁磁层的成分、缓冲层的材料、保护层的材料)及材料工艺(热处理温度、外加电场和外加应力)等方面考察了CoFeB/MgO异质结中界面垂直磁各向异性的影响因素。理解CoFeB/MgO界面垂直磁各向异性的影响因素有助于更好地理解非磁/CoFeB/MgO磁性多层膜中垂直磁各向异性来源的深层物理机制以及通过优化材料结构和工艺进而优化非磁/CoFeB/MgO磁性多层膜的垂直磁各向异性。

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TiO₂基复合光催化剂研究进展

陈顺生, 曹鑫, 陈春卉, 周毓雯, 卢小菊

功能材料. 2018, 49(7): 7039-7049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.007

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TiO₂具有化学性质稳定,无毒,价格低廉,易回收等特点被广泛应用于光催化领域。然而由于其带隙较宽,只对紫外光响应,且产生的光生电子-空穴对易复合,导致光催化活性低。研究表明,通过与TiO₂复合形成复合光催化剂能显著改善上述问题。介绍了与TiO₂复合的几种常用方法的基本原理和研究进展。半导体复合方法可以形成内建电场,在内建电场作用下实现光生电荷的有效分离。贵金属沉积方法则利用贵金属上富集电子的特点,分离电子-空穴对,延长光生电荷的寿命,纳米金属的表面等离子体共振效应则可以拓宽催化剂对光的响应范围。通过与碳材料或有机染料复合则可以提高TiO₂对可见光的吸收率,扩大光响应范围,同时能加快光生电荷的转移,减少其复合。最后简要分析了几种方法中存在的问题和未来发展方向。

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新拌自密实混凝土离散元接触参数的标定与分析

戚蓝, 刘灿平, 崔溦, 李永杰

功能材料. 2018, 49(7): 7050-7056. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.008

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为实现新拌自密实混凝土离散元接触参数的标定,以坍落扩展度试验及各参数整合下模拟得到的坍落扩展度为响应值,通过Plackett-Burman试验对7个最初关键参数实行筛查,得出砂浆-砂浆表面能、砂浆-粗骨料滚动摩擦系数以及砂浆-砂浆静摩擦系数对自密实混凝土扩展度影响显著。通过最速上升法试验与Box-Behnken试验结果构造显著性参数与扩展度值的二阶回归方程并求得该方程最优解,显著性参数最佳组合为砂浆-砂浆表面能为0.12 J/m²、砂浆-粗骨料动摩擦系数为0.07、砂浆-砂浆静摩擦系数为0.64。最后将最佳参数组合下模拟所得的扩展度与实验值进行对比验证,发现二者相对误差仅为2.78%。因此,采用响应面优化法对自密实混凝土离散元模型参数进行标定具有较强的可靠性。

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添加铜元素对钛基合金腐蚀和磨损性能影响的研究

史振东, 靳晓敏, 王鹤峰

功能材料. 2018, 49(7): 7057-7061. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.009

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主要考察了添加少量铜元素对钛基合金材料腐蚀和磨损性能的影响。采用球-盘摩擦磨损试验仪研究了合金的摩擦磨损性能,并用SEM和EDS对其磨痕形貌进行观察和分析;采用电化学方法研究了合金在模拟人工体液中的电化学行为,并结合其腐蚀形貌对其耐腐蚀性能进行评估。结果表明,Ti-2Cu的耐磨性能明显优于Ti-1Cu和Ti-3.5Cu合金;钛基合金的耐腐蚀性随着Cu含量的增加而得到有效提高,Ti-3.5Cu＞Ti-2Cu＞Ti-1Cu。

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MoS₂/WO₃纳米复合材料的制备及其吸附性能的研究

应佳妮, 王晓娟, 杨倩, 胡仙超, 郑遗凡, 黄宛真

功能材料. 2018, 49(7): 7062-7069. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.010

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以钨酸钠、无水硫酸钠、钼酸钠和硫代乙酰胺为原料,利用温和的两步水热法,不加任何模板和表面活性剂成功制备出MoS₂/WO₃纳米复合材料。利用XRD、TEM、FT-IR、UV-Vis和BET分别对MoS₂/WO₃纳米复合材料的结构、形貌、尺寸、吸附性能和比表面积进行了表征。结果表明,MoS₂/WO₃样品展现了较高的比表面积(139.9 m²/g),理想的纳米结构和优异的吸附性能。MoS₂/WO₃吸附剂对亚甲基蓝有较高的选择性吸附。在初始浓度为10 mg/L,100 mL的亚甲基蓝溶液中加入10 mg的吸附剂,60 min后吸附效率可达100%(无需进一步光催化),吸附容量优于380 mg/g。

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基于PCM/泡沫铜/多孔热管复合相变材料的动力电池热管理研究

刘军, 卓威, 张文灿, 托尼.薛

功能材料. 2018, 49(7): 7070-7075. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.011

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采用复合相变材料热管理方式研究了热管类型、环境温度、放电倍率、热管数量以及复合相变材料等对动力电池热性能的影响。通过改变复合相变材料和导热铜管的机械结构,增强对动力电池热性能的影响,针对面向复合相变材料与导热铜管耦合热性能进行实验研究。结果表明,在不同环境温度(30,35 ℃)下动力电池组高倍率(4,5 C,瞬态)放电的散热效果并没有随着用量的增加而提高,降温效果具有不确定性因素,其工况下动力电池组的温度普遍高于PCM(265.9 g)工况下的温度。在改变PCM/泡沫铜/多孔热管复合相变材料用量的情况下,当PCM/泡沫铜/多孔热管复合相变材料的耦合模块用量为343.7 g时,提高了相变材料的导热系数,能够缩小其内部温差,提高散热效率,优于其它耦合模块,具有较好的循环散热工作性能,所构造的导热铜管与复合相变材料耦合是可行的。

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巴基纸/SMP复合材料温度场模拟研究

张阿樱, 吕海宝

功能材料. 2018, 49(7): 7076-7081. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.012

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为了优化设计巴基纸/SMP复合材料中巴基纸埋入方式和尺寸参数,采用有限元软件FLUENT分析了加热过程中巴基纸形状及厚度对巴基纸/SMP复合材料温度场分布的影响规律。分析结果显示,和平板形巴基纸/SMP复合材料相比,相同加热工况条件下,矩形弯曲巴基纸/SMP复合材料虽然在加热过程中达到稳态所需的时间略短,加热速度也较慢,最高温度和平均温度相对更低,但是其温度场分布更加均匀。分析认为,巴基纸的形状和厚度改变时,导致巴基纸的单位体积内热源也发生变化,进而影响了巴基纸/SMP复合材料的温度场分布。巴基纸的单位体积热源越大,其产热量越大,巴基纸/SMP复合材料的最高温度和平均温度越高,其温度分布均匀性越差;并且由于散热速率低于产热量的增大,因此巴基纸/SMP复合材料达到稳态所需时间越长。

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铜掺杂Ni-P-PTFE涂层的微观结构、耐蚀性和力学性能

杨玉明, 李伟, 刘平, 张柯, 马凤仓, 陈小红

功能材料. 2018, 49(7): 7082-7087. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.013

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研究了铜的掺杂量对化学镀Ni-Cu-P-PTFE复合涂层的微观结构、耐蚀性和力学性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电化学工作站、纳米压痕仪、HSR-2M摩擦磨损试验机分别对Ni-Cu-P-PTFE复合涂层的微观结构、耐蚀性和力学性能进行表征和测试。结果表明,铜的掺杂对Ni-P-PTFE复合涂层的成分、微观结构、耐蚀性和力学性能都具有较大的影响,随着镀液中Cu²⁺浓度的增加,涂层中Cu含量先增加后下降,而Ni、P和PTFE含量则先下降后增加;随着涂层中掺杂Cu含量的增加,Ni-Cu-P-PTFE涂层的耐蚀性和硬度得到改善,但其摩擦性能降低。

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磁控溅射和能量过滤磁控溅射TiO₂薄膜结构和光学性质的对比研究

赵遵杰, 王朝勇, 吴丹, 张世慧, 夏雨, 姚宁

功能材料. 2018, 49(7): 7088-7092. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.014

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磁控溅射是一种广泛应用的薄膜制备技术。能量过滤磁控溅射是对磁控溅射技术加以改进后的一种薄膜制备技术。通过改变能量过滤磁控溅射技术过滤电极网孔大小制备TiO₂薄膜,研究了网孔目数对薄膜物相结构、表面形貌以及光学性质的影响,并与磁控溅射技术制备的TiO₂薄膜进行了对比研究。结果表明:(1) 能量过滤磁控溅射技术较磁控溅射技术所制备薄膜的结构均匀性更加优异,薄膜的透射率由86.5%增大到91.4%、波长500 nm处折射率由1.61增加到1.68、波长300 nm处消光系数由0.42降低到0.12;(2) 能量过滤磁控溅射技术过滤电极网孔目数不同时薄膜的结晶性能、表面粗糙度以及光学性质均存在差异,且随网孔目数的增加呈周期性变化;(3) 过滤电极网孔目数为8目时,薄膜的结晶性能较好、薄膜较为均匀、透射率较高,为91.4%。

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Bi₂WO₆耦合宽带隙半导体TiO₂及其可见光催化活性

卢明剑, 杨洲, 赵文锋, 李焱

功能材料. 2018, 49(7): 7093-7098. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.015

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基于纳米级耦合效应,采用溶胶-凝胶联合浸渍提拉法合成了Bi₂WO₆/TiO₂复合催化材料。利用XRD、SEM、UV-Vis、XPS和PL对Bi₂WO₆/TiO₂复合光催化剂进行了表征和分析,并对其可见光催化降解乙烯的光催化性能进行了评价。结果表明,Bi₂WO₆/TiO₂纳米复合材料比纯Bi₂WO₆、TiO₂具有更高的光催化活性。当Bi₂WO₆和TiO₂镀层比为3∶1时,乙烯的可见光催化降解效果最好,其降解率分别比TiO₂和纯Bi₂WO₆高5.4和2.4倍。纳米复合材料的光催化活性的提高主要是由于在Bi₂WO₆和TiO₂的接触界面形成了交错异质结。这改善了复合材料中晶粒在交界面处的晶格缺陷,提供了更多的活性位点,提高了光生电子空穴对的分离效率,并将光谱响应范围扩展到可见光区域,提升了光能的吸收和利用。

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氮化钛陶瓷力学性能与结构关系

汪海涛, 张志远, 张远鹏, 白云, 梁德建, 迟润强, 庞宝君

功能材料. 2018, 49(7): 7099-7105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.016

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采用分离式霍普金森杆及脉冲回波模量测试仪测试了加压烧结的TiN陶瓷材料在室温下的静、动态力学性能曲线,采用扫描电镜分析了烧结前后的TiN材料的表面特征,采用XRD分析了烧结前后的TiN材料的结构变化,采用XFD分析了烧结前后的TiN材料的Ti/N比例。结果表明,加压烧结使TiN晶粒取向改变,颗粒变小,TiN陶瓷的弹性模量、剪切模量与文献报道基本吻合,泊松比要比文献报道的要小。讨论了实验中TiN材料的微观结构与表观力学性质的关系。

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过渡金属掺杂单层MoS₂的第一性原理计算

牛兴平, 张石定, 窦立璇

功能材料. 2018, 49(7): 7106-7110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.017

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利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法分别计算了本征及过渡金属掺杂单层MoS₂的晶格参数、电子结构和光学性质。计算结果显示,过渡金属掺杂所引起的晶格畸变与杂质原子的共价半径有联系,但并不完全取决于共价半径的大小。分析能带结构可以看到,Co、Ni、Cu、Tc、Re和W掺杂使能带从直接带隙变成了间接带隙。除了Cr和W以外,其它掺杂体系的禁带区域都出现了数目不等的新能级,这些杂质能级主要由杂质的d、S的3p和Mo的4d轨道组成。掺杂对MoS₂的光学性质也产生了相应的影响,使MoS₂的静态介电常数、介电函数虚部峰值、折射率和光电导率峰值呈现不同程度的增加。

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水热法合成Nd³⁺掺杂SiO₂介孔分子筛及其发光性能研究

陈东, 顾士甲, 赵玉叶, 江莞

功能材料. 2018, 49(7): 7111-7115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.018

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通过水热法合成Nd³⁺掺杂的介孔分子筛(FDU-12)发光材料,以三嵌段共聚物(F127)作为模板剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,氯化铝(AlCl₃)为修饰剂,在合成过程中将Nd³⁺掺杂到FDU-12介孔分子筛中。通过X射线粉末衍射(XRD)、N₂的等温吸附-脱附、透射电镜(TEM)和荧光光谱测试等手段对合成的粉体进行表征。结果表明,元素Nd以+3价态存在于FDU-12介孔分子筛中,合成的FDU-12/Nd分子筛具有规则的面心立方孔道结构,以LED激光器808 nm对样品进行荧光测试时,其在912,1 065和1 350 nm处出现钕离子的特征发射峰,表明FDU-12/Nd介孔分子筛表现出较好的荧光性能,有望成为掺钕激光器或放大器的新型基质材料。

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两个新型芳香四元羧酸的合成及荧光性质

孟超, 支太兴, 史大斌

功能材料. 2018, 49(7): 7116-7120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.019

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以1,4-二溴苯,二苯胺等为原料经Buchwald-Hartwig芳胺化、溴化、Suzuki偶联、Heck和水解等反应合成两个新型长链芳香四元羧酸,即N,N,N’,N’-四[4-(4’-羧基)联苯基]-1,4-苯二胺(4)和N,N,N’,N’-四[4-(2-羧基乙烯基)苯基]-1,4-苯二胺(6)。其结构经¹H NMR,¹³C NMR 和高分辨质谱表征。通过UV-Vis和荧光光谱(FL)考察了目标产物的光物理性能。结果表明,化合物4和6紫外吸收峰分别为254,360和254,374 nm,分别以360和374 nm为激发波长,化合物4和6的钠盐水溶液的最大发射波长分别为530和525 nm,具有发绿光的性质,同时也有较好的荧光量子效率。

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高压烧结AlN陶瓷的残余应力研究

李小雷, 王红亮, 曹新鑫, 马红安

功能材料. 2018, 49(7): 7121-7124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.020

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利用六面顶技术,在5.0 GPa/1 700 ℃/75～125 min条件下高压烧结制备了无烧结助剂的AlN陶瓷块体材料。利用微区拉曼光谱对其残余应力进行了测量,研究了烧结时间对其残余应力的影响,并探讨了残余应力产生的原因及消除的方法。研究表明,微区拉曼光谱是一种测量AlN高压烧结体残余应力的有效方法;在5.0 GPa/1 700 ℃/75 min条件下高压制备的AlN陶瓷存在着1.4 GPa的残余压应力,且残余应力会随着烧结时间的延长而增大;高压烧结AlN陶瓷产生残余应力的主要原因是AlN晶格产生畸变,这种畸变是长时间施加高压产生的,退火是消除AlN高压烧结体的有效手段。

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废弃玻璃纤维增强磷酸盐混凝土的力学性能研究

郑红勇

功能材料. 2018, 49(7): 7125-7128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.021

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以废弃玻璃纤维、磷酸盐、粉煤灰、砂骨料等材料为原料,制备了短纤维增强磷酸盐基混凝土。利用电子万能试验机和扫描电镜研究了混凝土的抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等力学性能和混凝土中玻璃纤维的失效机制。结果表明,玻璃纤维增强磷酸盐基混凝土具有优异的力学性能;玻璃纤维长度为13 mm,体积分数为2%的混凝土抗压强度、抗拉强度和抗弯强度分别为56.6,2.96和10.1 MPa,比未添加玻璃纤维的混凝土提高12.3%,46%和260%,力学性能和Portland水泥混凝土相当;玻璃纤维增强混凝土中纤维的失效机制为纤维断裂机制,而不是纤维拔出机制。

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碳纳米管对磷酸镁水泥的性能影响研究

李悦, 谢梦洋, 林辉, 李亚强, 王子赓

功能材料. 2018, 49(7): 7129-7133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.022

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研究了不同掺量的碳纳米管对磷酸镁水泥(MPC)力学性能和导电性能的影响,并结合压汞法,XRD和FTIP分析其组分与微观结构变化。结果表明,随着碳纳米管掺量的增加,磷酸镁水泥的抗压强度先增加后降低,掺量为0.03%时达到最佳。随着碳纳米管掺量增加,MPC电阻率逐渐降低,而孔隙率增加。一定掺量的纳米碳管可以促进磷酸镁水泥的水化,但没有新的水化产物生成。

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侧链悬挂辣素衍生结构丙烯酸树脂的合成及抗菌性能研究

赵海洲, 倪春花, 于良民, 李霞

功能材料. 2018, 49(7): 7134-7137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.023

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以实验室自主合成的辣素类化合物——N-(4-羟基-2-甲基-5-甲硫基苄基)丙烯酰胺(HMMBA)为功能单体,通过与丙烯酸酯类单体的自由基聚合反应,合成出侧链悬挂辣素衍生结构的丙烯酸树脂,采用红外光谱(IR)和核磁氢谱(¹H NMR)对其结构进行了表征。考察了引发剂用量、聚合温度、聚合时间对树脂合成的影响,并确定了树脂的最佳合成条件为,引发剂用量为单体质量的1.5%,聚合温度为100 ℃,聚合时间为8 h。以自然界常见细菌大肠杆菌作为受试菌对所合成的树脂进行了抗菌性能测试,实验结果表明,随着HMMBA含量的增加,树脂的抗菌率也相应增大。

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高灵敏比色检测药物分子四环素的分子印迹凝胶光子晶体膜

秦立彦, 施冬健, 陈明清, 刘士荣

功能材料. 2018, 49(7): 7138-7143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.024

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在过去几十年中,大量分子被研究作为模板应用于分子印迹技术从而实现分离、催化、药物输送等,然而其中对于大分子的研究仍是较少的。近年来,研究者将分子印迹技术与凝胶光子晶体结合所得分子印迹凝胶光子晶体(MIPC)方法已成为一种新型大分子检测手段,其印迹位点多少与三维孔道结构完整性是影响响应性的两个关键因素,因而选择合适的单体与适当的胶体晶体制备方法至关重要。采用一种新的功能单体衣康酸,单分子中具有两个活性羧基基团,可同时与印迹分子结合形成特异性印迹位点,同时借助“三明治”结构控制前驱液的填充有效制备反蛋白石结构,得到可无标记比色检测四环素的分子印迹凝胶光子晶体膜. 以未添加印迹分子的非印迹薄膜作为对照,将洗脱胶晶模板与印迹分子的薄膜及对照薄膜分别浸入四环素检测液中,当四环素浓度由10^-9～10^-4 mol/L变化时,印迹薄膜的Bragg衍射峰位移达到111 nm,其宏观颜色由紫色变为黄绿色,颜色变化可由肉眼明显识别,从而实现半定量快速检测,而无印迹薄膜在相同浓度变化时Bragg衍射峰仅发生微小变化,宏观颜色变化不明显. 相较于传统检测手段耗时、费力、仪器操作复杂等问题,采用分子印迹凝胶光子晶体方法灵敏、快速、操作简便,为药物分子检测提供了新的思路,有望应用于临床和食品快速检测。

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纳米零价铁对钨离子的吸附相平衡和动力学

赵长多, 吴凡, 杨晓博, 范美玲, 夏启斌

功能材料. 2018, 49(7): 7144-7150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.025

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采用液相还原法制备纳米零价铁(nZVI),并用PXRD、TEM、BET和XPS等表征手段对材料进行表征。探讨了初始钨(Ⅵ)浓度、纳米零价铁用量和初始pH值对纳米零价铁吸附钨(Ⅵ)性能的影响,测定了纳米零价铁对钨(Ⅵ)的吸附等温线和吸附动力学曲线。研究结果表明,制备的纳米零价铁具有典型的核-壳结构,其粒径在10～30 nm之间,BET比表面积为53 m²/g。纳米零价铁对钨(Ⅵ)的回收率随着初始钨(Ⅵ)浓度和初始pH值的增大而减小。在25 ℃条件下,纳米零价铁对钨(Ⅵ)的平衡吸附容量为172.82 mg/g。Langmuir等温线方程可以很好地拟合纳米零价铁对钨(Ⅵ)的吸附等温线,且纳米零价铁对钨(Ⅵ)吸附动力学曲线符合准二级动力学模型。

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一种新型高光谱涂层的设计与研制

夏晨硕, 陈乐, 孙惠敏, 郭雪松, 顾兆栴

功能材料. 2018, 49(7): 7151-7155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.026

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在400～2 500 nm波段内系统分析了绿色植物的光谱曲线特征以及产生机理。在此基础上,采用BaCl₂·2H₂O、 ZnSO₄·7H₂O和铬绿作为基本填料,聚脲作为树脂基体制备涂层,试验结果表明,所得涂层在400～2 500 nm波段内具有和绿色植物相似的光谱曲线,经与桑叶的光谱曲线对比,相关系数达到了0.9249,相似角余弦值达到了0.9883,且整体曲线符合深绿涂层的光谱通道要求。并对涂层进行了高温下的光谱稳定性测试,结果表明涂层在高温下的光谱稳定性良好。涂层能够有效地对抗高光谱探测技术的威胁。

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立方空心Ni(OH)₂的制备及其在AA电化学检测中的应用

贺格格, 田亮亮, 李璐

功能材料. 2018, 49(7): 7156-7160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.027

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Ni(OH)₂作为过渡金属氢氧化物具有储量大,活性高和价格低廉等优点。根据动力学原理,空心结构具有较大的比表面积,良好的内部空间,丰富有序的传递通道,可以有效提高材料的电催化活性。以氧化亚铜为模板设计合成了立方空心Ni(OH)₂电催化材料,并将其用于抗坏血酸(AA)的电化学检测,结果表明立方空心Ni(OH)₂在检测AA的过程中有较高的灵敏度(1 678 μA/(cm²·mM)),较低的检测下限(0.25 μM)和可靠的稳定性,证明了立方空心Ni(OH)₂在检测AA方面具有实际应用价值并且为构建高性能电催化剂提供了一种有效的策略。

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纤维素纤维织物接触式柔性电极材料的制备及其性能研究

覃海明, 吴坤泽, 李军荣, 钱丽颖

功能材料. 2018, 49(7): 7161-7165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.028

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采用原位镀银法制备了具有优良导电性的纤维素纤维织物,探究了AgNO₃浓度、葡萄糖用量、温度等因素对织物的镀银量和导电性的影响。通过表面方阻测试、拉伸强度、接触角、耐洗涤性等分析了镀银棉织物导电性能、力学性能、疏水性和镀层结合情况。所制备的镀银棉织物的表面方阻低至75 mΩ/□,扫描电镜显示纤维表面均匀覆盖银纳米粒子,将纤维素纤维的亲水性表面转变为疏水性表面,同时显著提高了棉织物的热稳定性和机械性能,导电织物具有较好的耐洗涤性,有望应用于可穿戴智能织物的电极材料。

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NKC-9催化D₄开环聚合制备高粘度二甲基硅油

蔡天瑜, 邓建国, 周元林, 马春彦, 纪兰香, 白小峰

功能材料. 2018, 49(7): 7166-7169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.029

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报道了采用高活性、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)开环聚合,六甲基二硅氧烷(MM)封端,制备高粘度二甲基硅油的方法。探讨了聚合温度、聚合时间、催化剂量、封端剂用量等因素对聚合反应的影响。研究结果表明,当n(D₄)∶n(MM)=75、催化剂量为7%(质量分数)、聚合温度80 ℃、聚合时间3.5 h时,获得的二甲基硅油产率为88.51%,粘度为23 520 mPa·s。

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原位合成Ag/AgBr/AgVO₃复合光催化剂及其增强的可见光催化活性

易均辉, 宋佳兴, 莫惠媚, 谢海媚, 杨宇鹏

功能材料. 2018, 49(7): 7170-7174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.030

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以一维的AgVO₃为基体,采用原位离子交换法和光还原法制备了Ag/AgBr/AgVO₃复合光催化剂。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱 (DRS)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对材料的晶型、形貌特征、光吸收特性和元素表面化学状态进行了表征。用酸性橙-Ⅱ(AO-Ⅱ)作为目标污染物,考察Ag/AgBr/AgVO₃复合光催化剂的可见光活性。测试结果表明,Ag/AgBr/AgVO₃复合光催化剂对AO-Ⅱ降解率优于AgVO₃和AgBr/AgVO₃,在可见光下降解60 min,可使AO-Ⅱ的降解率达到84%,同时复合物具有较高的稳定性,其原因是由于AgBr和AgVO₃异质结之间的协同效应和纳米银的局部等离子共振引起的。最后,通过添加不同的牺牲剂,探讨其光催化机理和光催化过程中的活性物种。

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磷酸化石墨烯(PGO)的制备及其对Gd³⁺的吸附性能研究

杨启毅, 任嗣利, 徐海燕, 贾卫红, 刘洪霞, 王金清

功能材料. 2018, 49(7): 7175-7182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.031

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以氧化石墨烯(GO)为原料,利用膦类基团对稀土离子的高配位能力制备了磷酸化石墨烯(PGO)。分别利用XRD、FT-IR和XPS对PGO的物相、组成和化学性质进行了分析表征,并且利用TEM、SEM和BET等观察分析了PGO的形貌尺寸和微结构特征。在此基础上,研究了PGO对溶液中Gd³⁺的吸附性能,并通过与GO进行对比,揭示了影响PGO吸附溶液中Gd³⁺的关键因素。结果表明,PGO是一种表面磷酸化的二维炭材料,其对Gd³⁺的吸附主要是基团配位控制的化学吸附过程。在温度为20 ℃、溶液pH值为4条件下,PGO在经过120 min的吸附反应后可达到最高吸附容量。此时,与GO对Gd³⁺的吸附量238.51 mg/g相比,PGO的吸附量高达351.85 mg/g,性能提升了47.52%。

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基于席夫碱反应的腙键共价有机聚合物的合成与表征

张成江, 袁晓艳, 周亚平, 王安俊, 袁泽利

功能材料. 2018, 49(7): 7183-7187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.032

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以均苯三甲酰肼(1,3,5-Benzenetricarbohydrazide, BTH)和对苯二甲醛(1,4-phthalaldehyde, PD)为有机单体构建模块,根据席夫碱(Schiff-base)反应原理和网状化学的设计思想,设计合成了一种新的腙键共价有机聚合物(BTH-PD-COP)。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、固体核磁(¹³C NMR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、热重分析(TGA)等分别对BTH-PD-COP材料进行了结构和性能表征。结果表明,BTH-PD-COP材料具有优异的物理化学性能。

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新型金属有机骨架材料的合成及吸附染料废水的性能研究

惠远峰

功能材料. 2018, 49(7): 7188-7191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.033

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在水热条件下,以四(4-羧基苯基)硅烷(SiH₄L)和1-(四唑-5-基)-4-(三唑-1-基)-苯(mttb)两种有机配体,制得新型金属有机骨架结构(MOFs)材料[Zn₃O(H₂O)₂][mttb· 2DMF]L·2H₂O。对其进行了X射线单晶衍射表征,确定其晶体结构;X射线粉末衍射(XRD),证明其为纯相;热重分析(TG)证明其稳定性; N₂吸附-脱附性能的表征,证明其具有孔道结构;并测试了对亚甲基蓝染料分子的吸附能力。

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光学活性甲基丙烯酰胺类聚合物的合成及其性能研究

闫慧君, 徐华北, 谢巍, 张小善, 姜艳丽, 杨立鹏, 白建伟

功能材料. 2018, 49(7): 7192-7196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.034

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利用两步反应合成新的手性烯类单体N-(S)-(苯甘氨酸乙酯)甲基丙烯酰胺(S-OCB)。通过可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT),新型手性单体S-OCB和甲基丙烯酸甲酯(MMA)在不同条件获得具有不同性质的二嵌锻聚合物,且用IR、GPC 和DSC来表征聚合物的具体性质。结果表明聚合物的数均分子量和单体S-OCB的浓度呈线性关系,通过GPC曲线得出聚合物具有较小的分子量分布。以聚合物P2、P3和P5制备了涂敷型高效液相色谱用手性固定相CSP-2、CSP-3和CSP-5,结果表明该类固定相对三(乙酰丙酮)钴具有显著的手性识别能力。

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多形貌纳米银粒子的制备工艺研究

刘锦涛, 马运柱, 刘文胜, 唐思危, 黄宇峰

功能材料. 2018, 49(7): 7197-7203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.035

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随着电子元器件向微型化、精密化和柔性化等方向发展,金属导电填料纳米化成为电子封装用导电银浆发展的必然趋势。其中,多形貌纳米银粒子的制备成为该领域的研究热点。采用液相还原法,通过多种表面活性剂的添加调控纳米银晶粒的生长过程,制备出球状、片状、立方状等多种形貌的银纳米粒子,并揭示了它们的生长机理。结果表明,随着聚乙烯吡咯烷酮(PVP)浓度的增加,纳米银颗粒的分散性得到逐步优化,当PVP浓度为2 mmol/L时,制备出平均粒径为20 nm左右且分散性良好的球状银纳米粒子;柠檬酸钠和双氧水的添加能够诱导纳米银颗粒向片状结构转变,当柠檬酸钠浓度为20 mmol/L,双氧水浓度为25 mmol/L左右时,有大量片状银纳米粒子的形成;氯化钠(NaCl)能够诱导纳米银颗粒向立方体结构转变,当NaCl浓度为20 mmol/L时能够得到形状规则的立方银纳米粒子。

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绝缘剂用量对铁硅铝软磁粉芯磁性能的影响

韩仕杰, 吴鹏, 张政, 汤凤林, 苏海林, 吴益明, 都有为

功能材料. 2018, 49(7): 7204-7209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.036

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采用纳米氧化硅/环氧树脂复合包覆工艺,在铁硅铝粉末表面实现了均匀连续的氧化硅绝缘层包覆。通过调节氧化硅用量,制备了不同绝缘包覆量的铁硅铝软磁粉芯。研究了氧化硅绝缘包覆量对粉芯磁性能的影响,发现随着氧化硅绝缘包覆量的增加,粉芯的有效磁导率降低,直流偏置性能提高,而粉芯损耗在不同频率或不同磁通密度下呈现不同的变化规律。非铁磁性高电阻率氧化硅绝缘材料的加入稀释粉芯单位体积内的磁矩,增大退磁场,阻碍磁化,增大磁滞损耗,降低涡流损耗被认为是导致粉芯磁性能随氧化硅绝缘包覆量变化的物理根源。而不同绝缘包覆量粉芯磁滞损耗和涡流损耗在不同频率或不同磁通密度下的竞争决定了粉芯总损耗的变化规律。实验所制备的铁硅铝粉芯具有远优于常规商用60 μ铁硅铝粉芯产品的直流偏置性能。

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PLZT纳米陶瓷粉末的合成及表征

曾阳, 王烈林, 谢华, 王文文, 胡登超, 冯志强

功能材料. 2018, 49(7): 7210-7214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.037

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通过溶胶喷雾热解法合成PLZT(10/65/35)陶瓷粉末,通过热分析仪、X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对样品进行分析。研究表明,前驱体经过900～1 000 ℃的烧结能得到单一的PLZT晶体;当烧结温度超过1 100 ℃,PLZT陶瓷发生相变,分解为ZrO₂和Pb_0.64La_0.206Ti_0.949O_2.846;扫描电镜(SEM)分析表明PLZT粉末样品颗粒饱满、粒径均匀,为纳米晶体;透射电镜(TEM)分析结果表明PLZT晶粒呈现球状,晶粒为多晶结构。

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钠基膨润土对泡沫混凝土结构与性能的影响

解悦, 李军, 卢忠远, 蒋俊, 牛云辉

功能材料. 2018, 49(7): 7215-7220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.07.038

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利用膨润土中蒙脱石结构矿物的吸水膨胀性,以钠基膨润土预水化膨胀浆体取代不同体积分数(5%,10%,15%,20%)的预制泡沫制备了泡沫混凝土。采用光学显微镜、压汞(MIP)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等手段对泡沫混凝土气孔结构、矿物组成和微观形貌进行了表征,同时研究了钠基膨润土对硬化泡沫混凝土力学性能和导热系数的影响。研究结果表明,钠基膨润土预水化膨胀浆体的替代性掺入能够改善泡沫混凝土气孔结构和孔径分布,增加毛细孔数量,同时提升硬化体的力学性能和保温隔热性能。

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2018年, 第49卷, 第7期　刊出日期：2018-07-30

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