功能材料

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石墨烯制备方法研究进展

胡成龙, 高波, 周英伟

功能材料. 2018, 49(9): 9001-9006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.001

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石墨烯的大批量生产是推进石墨烯产业化的核心,其关键问题之一就是石墨烯的制备方法。现有的制备方法主要可分为物理、化学方法、有机化学结合法以及掺杂法4大类型。以下将详细介绍了这4种类型的最新研究进展,通过阐述各种方法工艺的研究机理及制备流程,报道国内外研究的现状,列举相关研究成果,分别进行叙述各自方法制备出石墨烯产物的性能和生长特点。通过探讨比较不同研究方法之间的差别及产物石墨烯的品质,得出含元素掺杂法是最有可能实现石墨烯产业化的方法。最后总结出不同方法的大致应用范围,提出含元素掺杂法是最有潜力实现石墨烯产业化的制备方法,并就未来如何继续深入研究以及挖掘该方法的潜力做出展望。

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锂/硫电池硫基复合电极材料的新进展

王静强, 王存国, 宋和伟

功能材料. 2018, 49(9): 9007-9014. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.002

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锂/硫电池因其较高的理论能量密度被认为是最有前途的下一代高能二次电池,但是由于硫的导电性差、穿梭效应、体积膨胀效应等缺陷阻碍了其发展。介绍了硫/碳复合材料、硫/金属有机框架复合材料等载体材料与硫复合的新的制备方法及研究进展。其中硫/金属有机框架复合电极材料(S@Co-N-GC)的可逆容量达到了1 670 mAh/g,非常接近于硫的理论比容量1 675 mAh/g,有望在未来的3～5年中实现广泛的商品化。

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基于SnO₂/石墨烯的光催化及应变传感多功能涂层

李家兴, 张东

功能材料. 2018, 49(9): 9015-9019. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.003

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利用喷涂法制备了兼具光催化性能和应变传感功能的SnO₂/石墨烯复合涂层。实验研究了石墨烯含量对涂层应变敏感性及SnO₂光催化性能的影响。石墨烯的引入能够有效地抑制SnO₂的团聚现象继而提高SnO₂/石墨烯复合涂层的光催化性能。此外,SnO₂/石墨烯复合涂层对应变展现出了良好的敏感性。

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TiO₂纳米棒-ZnO纳米片分级结构的制备及光电性能

孙宝, 张赛, 苏子亭, 郝彦忠, 杜静文, 裴娟, 李英品

功能材料. 2018, 49(9): 9020-9026. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.004

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采用两步水热法在无种子层的基础上制备了新颖的TiO₂纳米棒-ZnO纳米片分级结构。采用旋涂辅助连续离子反应方法分别在TiO₂纳米棒阵列和TiO₂纳米棒-ZnO纳米片分级结构中沉积窄禁带半导体光敏剂CdS纳米晶,形成CdS/TiO₂纳米棒复合膜和CdS/TiO₂-ZnO分级纳米结构复合膜。利用SEM、TEM、XRD、紫外-可见吸收光谱、瞬态光电流图谱等分析手段对样品的形貌结构以及电极的光吸收和光电性能进行了表征和测试。结果表明,沉积光敏层CdS后,TiO₂纳米棒-ZnO纳米片分级纳米结构膜的瞬态光电流明显高于TiO₂纳米棒阵列膜,尤其是在500 nm处光电响应出现明显增强;以P3HT为p型聚合物材料组装杂化太阳电池,光伏性能测试结果表明,以P3HT/CdS/TiO₂-ZnO分级结构复合膜制备的杂化太阳电池能量转换效率可达0.65%,与P3HT/CdS/TiO₂复合膜制备的杂化太阳电池的能量转换效率相比提高了58%。

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一步溶液法制备FA_0.95Cs_0.05PbI_(3-x)Cl_x钙钛矿太阳电池

魏清渤, 乔雨佳, 周盼, 窦生艳

功能材料. 2018, 49(9): 9027-9030. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.005

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采用一步法制备了FA_0.95Cs_0.05PbI_(3-x)Cl_x钙钛矿薄膜,研究了CsI对钙钛矿薄膜形貌、光学性质及电池性能的影响。研究结果表明,与FAPbI_(3-x)Cl_x体系相比较,当掺杂少量CsI时,FA_0.95Cs_0.05PbI_(3-x)Cl_x钙钛矿层薄膜晶粒尺寸明显增大且紧密堆积;在300～810 nm范围内,紫外-可见吸收光谱吸收明显增强;通过构筑FA_0.95Cs_0.05PbI_(3-x)Cl_x电池器件的开路电压V_oc=0.88 V,光电转换效率PCE=5.86%。

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荧光探针在细胞成像领域的研究进展

杨媛, 马拉毛草, 马恒昌

功能材料. 2018, 49(9): 9031-9037. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.006

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荧光成像技术是生物医学领域的重要研究手段,可对目标分子进行原位实时的监测,且这种方法具有无损伤、高特异性和高灵敏度,以及能在细胞水平获得更高的分辨率等优势。近年来,荧光材料在离子分子识别、医学诊断、生物分子检测以及生物成像等领域显示出了重要的应用价值,因此受到越来越多的化学和材料工作者的重视。综述了碳纳米材料、半导体量子点、稀土金属、有机荧光小分子、聚合物荧光纳米颗粒几种常见不同类型的荧光探针材料在细胞成像领域的应用,介绍了其发射波长、荧光量子产率、生物相容性、光稳定性、细胞毒性以及遗传毒性等特性。设计并合成发射波长较长、Stokes位移大、生物相容性好、光稳定性好、廉价的荧光探针将是荧光成像技术的主要研究方向。

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疏油/超疏油表面制备技术研究进展

吴昊晨, 李杰, 张小青

功能材料. 2018, 49(9): 9038-9042. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.007

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疏油/超疏油表面因在防油污材料、生物粘附等方面具有广泛的应用前景,而引起人们的广泛关注。介绍了表面润湿性的相关理论和经典物理模型,综述了当前疏油/超疏油表面的制备与加工方法,并对其进一步的研究方向进行展望,以期为疏油/超疏油表面的深入研究提供参考。

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海藻酸盐医用敷料的研究与应用进展

宋文山, 代元坤, 李八方

功能材料. 2018, 49(9): 9043-9049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.008

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现代“湿性伤口愈合”理论表明,伤口处在湿润的环境下,愈合速度会加快。海藻酸盐作为一种从褐藻中提取的天然高分子材料,具有高吸湿性、凝胶特性以及良好的生物相容性。以其为原料开发伤口愈合敷料一直是国内外的研究热点。目前海藻酸盐伤口敷料的主要形式有纤维、海绵、水胶体、水凝胶等。其中,海藻酸盐纤维敷料在临床上应用最为广泛。海藻酸盐海绵、水胶体、水凝胶作为新型的敷料形式更有利于伤口愈合,因此在基础理论及临床应用研究方面均受到广泛重视。国内外少数相关海藻酸盐新型敷料产品已经成熟并上市。基于目前国内外研发现状,对以上4种海藻酸盐敷料的研究与应用进展进行综述,并对其开发前景做出展望。

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绿色载体材料β-环糊精的改性及其应用研究进展

詹世平, 赵宇, 张娇, 王卫京, 李鸣明

功能材料. 2018, 49(9): 9050-9055. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.009

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绿色环保材料β-环糊精因其独特的结构和优异的性能,被广泛应用于医药、医疗和环境等领域,并发挥着越来越多的作用。介绍了β-环糊精及其衍生物的优良特性,对β-环糊精的几种改性原理及方法进行了简要介绍,重点综述了其纳米微粒的制备方法,以及其近几年在医学与环境等领域的应用研究成果,最后对β-环糊精改性微粒抗肿瘤效果的研究工作提出了建议,并对拓展其应用的改性方法进行了展望。

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稀土离子掺杂AlN薄膜发光材料的研究进展

陈飞飞, 王晓丹, 李祥, 曾雄辉

功能材料. 2018, 49(9): 9056-9060. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.010

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纤锌矿结构氮化铝(AlN)是一种典型的直接宽禁带化合物半导体,稀土离子掺入后可作为发光材料应用在显示、照明等众多领域。对稀土掺杂氮化铝薄膜的制备方法,结构损伤、发光特性、器件研究等进行了综述,并着重总结了影响发光性能的因素。最后对该研究方向进行了展望。

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氧化锌型复合抗菌材料抗菌活性研究进展

麻晓霞, 马玉龙

功能材料. 2018, 49(9): 9061-9066. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.011

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氧化锌类复合抗菌材料因其优良的抗菌活性和广阔的应用潜能而备受关注。综述了氧化锌抗菌材料的制备方法、条件及粒径大小等因素对抗菌性能的影响,总结了氧化锌类复合抗菌材料的分类及抗菌机理,提出了抗菌材料抗菌机理尚不明确,最后对该类抗菌材料发展前景做了展望,期望对于氧化锌复合材料的研究具有借鉴意义。

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聚氨酯原料对聚氨酯发泡法所得Al₂O₃多孔陶瓷性能的影响

张在娟, 唐欣悦, 闫姝, 吕琳, 杨金龙

功能材料. 2018, 49(9): 9067-9071. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.012

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通过聚氨酯发泡法制备了氧化铝多孔陶瓷,通过研究不同聚醚多元醇与多异氰酸酯对所得多孔陶瓷及坯体微观形貌、力学性能的影响,对聚氨酯发泡原料进行了优化。实验结果表明,聚醚多元醇采用分子量为500 g/mol的R2305,可明显降低体系粘度,将氧化铝粉体的添加量增加至63%(质量分数)。多异氰酸酯选用多官能度的多亚甲基多苯基异氰酸酯PM200,可明显增加体系的交联密度,得到孔结构完整的氧化铝多孔陶瓷。通过使用R2305/PM200为基础原料的聚氨酯发泡体系可得到气孔率为64%,抗压强度为25.26 MPa,具有多级孔的氧化铝多孔陶瓷,该发泡体系也可广泛适用于氧化锆等多种体系多孔陶瓷的制备。

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聚酰亚胺填充PTFE复合材料摩擦学性能的研究

王建吉, 刘涛

功能材料. 2018, 49(9): 9072-9077. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.013

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将聚酰亚胺(PI)、石墨和铜粉按照不同比例混合填充聚四氟乙烯(PTFE)形成新的复合材料,分别在MMU-2端面摩擦磨损试验机上进行摩擦性能测试,并将磨损后的试样在JSM-5600LV扫描电子显微镜下观察摩擦表面的磨痕和复合材料的转移情况,确定出最佳配比。为了研究试验条件对材料摩擦学性能的影响,对最佳配比PTFE基复合材料通过改变试验条件再次进行试验。结果表明,聚酰亚胺可增强填充PTFE的耐磨性,Cu可增加转移膜与对偶件结合的强度,而石墨有利于转移膜的形成;当PI的质量分数为25%,石墨质量分数为5%,Cu粉质量分数为5%时,材料的摩擦学性能表现最好;当滑动速度＞4.5 m/s,载荷＞300 N时,试样表面温度均大于120 ℃,复合材料进入高温摩擦阶段,摩擦表面发生蠕变,转移膜出现灼烧现象。

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锶掺杂对氧化铝气凝胶高温热稳定性的影响

孙雪峰, 吴玉胜, 李来时, 王昱征, 李明春

功能材料. 2018, 49(9): 9078-9081. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.014

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以AlCl₃·6H₂O为原料,Sr(NO₃)₂为添加剂,通过溶胶-凝胶法并结合超临界干燥技术制备了氧化铝气凝胶。利用X射线衍射分析(XRD)、氮气吸附-脱附比表面积测定和场发射扫描电镜(FESEM)等对样品进行了表征,考察了SrO含量对氧化铝气凝胶热稳定性的影响。结果表明,掺杂SrO的氧化铝气凝胶是由片状和针状颗粒经过相互搭接构成的三维多孔网络结构。高温条件下,SrO的掺杂能明显抑制氧化铝气凝胶的相变,随着SrO含量的增加,氧化铝气凝胶的比表面积变大。经1 200 ℃焙烧后,SrO掺杂量为5%(质量分数)的气凝胶焙烧产物中有SrO·6Al₂O₃相生成,形成的SrO·6Al₂O₃可显著抑制氧化铝气凝胶的物相转变,获得的氧化铝气凝胶产物的比表面积高达122 m²/g,比相同条件下焙烧纯氧化铝气凝胶获得的产物的比表面积增加113 m²/g。

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3D凝胶打印锰锌铁氧体软磁制品的研究

何建壮, 邵慧萍, 林涛, 袁佳昀, 周雨铃

功能材料. 2018, 49(9): 9082-9086. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.015

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锰锌铁氧体作为一种重要的基础功能材料,广泛应用在传感、通信、开关电源、音响设备等领域。随着这些领域的快速发展,锰锌铁氧体材料不断朝着形状复杂、尺寸小、近净成形和低成本的方向发展。研究了通过3D凝胶打印技术成形锰锌铁氧体软磁材料,从而实现软磁材料的近净成形,无需二次加工,减少了原材料的浪费,降低了产品的成本。结果表明,通过3D凝胶打印成功打印出了锰锌铁氧体零件,适合该打印技术的料浆固含量最高可以达到50%(体积分数),打印坯体的表面粗糙度为R_a 7.76 μm,坯体经过1 350 ℃烧结3 h,其表面粗糙度达到R_a 7.10 μm,密度为4.40 g/cm³,相对密度达到91.7%。

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NaCl-KCl-NaF-NiO熔盐体系中电沉积制备Cu-Ni功能梯度材料的研究

李孟星, 柳亚斌, 孟祥海, 张宏博, 李欣, 李运刚

功能材料. 2018, 49(9): 9087-9095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.016

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在NaCl-KCl-NaF-NiO熔盐体系中,采用镍板为阳极,铜板为阴极,电沉积制备致密Cu-Ni功能梯度材料(FGM)进行了研究;对熔盐组成、电流波形、电流密度、熔盐温度、电沉积时间等电沉积条件对沉积层表面形貌和厚度的影响规律进行了分析,确定出最佳工艺条件;并对Cu-Ni FGM表面成分及断面形貌进行了分析。结果表明,不同熔盐组成对电沉积层表面质量影响差异很大;电沉积Cu-Ni梯度材料的最佳工艺条件是:电流波形为脉冲电流;电沉积温度为700 ℃;电流密度为70 mA/cm²;电沉积时间为30 min。

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改性石墨烯/环氧涂层厚度对其性能影响研究

郝松松, 孙晓峰, 宋巍, 李占明, 邱骥

功能材料. 2018, 49(9): 9096-9100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.017

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为研究7A52铝合金表面有机涂层厚度对其性能的影响,采用刮涂棒控制涂层厚度,制备了5种不同厚度的改性石墨烯环氧涂层。通过耐冲击测试、柔韧性测试、摩擦磨损测试、交流阻抗谱及极化曲线测试,分别对不同厚度涂层的耐冲击性能、柔韧性、耐摩擦性能、耐腐蚀性能进行评价,并与未添加改性石墨烯涂层进行对比。改性石墨烯涂层的厚度＞70 μm时,涂层的机械性能均高于未添加改性石墨烯涂层,正冲、反冲测试均达到50 kg·cm,且并未出现裂纹;同样条件下的摩擦磨损测试,未改性石墨烯涂层已经磨穿,大于70 μm改性石墨烯涂层仍能保持良好的耐磨性能;交流阻抗测试同样表明,改性石墨烯涂层的耐腐蚀性能得到提高,但当厚度减少至60 μm后,涂层耐腐蚀性能下降;大于70 μm改性石墨烯涂层较未添加改性石墨烯涂层的腐蚀电流减小,腐蚀电位增加,耐腐蚀性能强于100 μm未改性石墨烯涂层。

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NiSiO₂太阳光谱选择吸收涂层的设计制备及热稳定性研究

武永鑫, 王聪

功能材料. 2018, 49(9): 9101-9106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.018

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采用软件模拟辅助实验的方式制备了新型Al/NiSiO₂(M)/NiSiO₂(D)/SiO₂太阳光谱选择吸收涂层,并对其热稳定性进行了研究。使用磁控溅射技术,通过改变氧气(O₂)流量制备了一系列NiSiO₂膜层,研究了O₂流量对膜层光学性能的影响,并使用光学模拟软件对涂层进行设计和优化。根据模拟优化结果在不锈钢基底上成功制备了Al/NiSiO₂(M)/NiSiO₂(D)/SiO₂光谱选择吸收涂层,其吸收率(α)为0.933, 400 ℃下的发射率(ε)为0.14。涂层在空气中450 ℃高温下热处理100 h后,其吸收率与发射率之比(α/ε)由6.66上升至7.62,依然保持着较高的光谱选择性,表明涂层具有较好的热稳定性。

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不锈钢纤维多孔材料的准静态压缩性能

王建忠, 敖庆波, 马军, 汤慧萍, 宋卫东, 罗世铭, 陈旭军, 江林

功能材料. 2018, 49(9): 9107-9110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.019

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以直径为8,20 μm的316L不锈钢纤维毛毡为原料,通过烧结工序制备了孔隙率为64.3%～89.3%的不锈钢纤维多孔材料,采用INSTRON测试仪测试了其准静态压缩性能,利用Vic-3D非接触应变测试仪获得了材料的静态压缩应力应变曲线,利用高速摄像机拍摄了材料的静态变形过程,系统分析了孔隙率、纤维直径、材料厚度对多孔材料弹性模量和能量吸收值的影响规律。研究表明不锈钢纤维多孔材料的准静态压缩应力应变曲线分为3个阶段,即弹性变形阶段、弱变形强化阶段和强变形强化阶段。随着孔隙率的降低,多孔材料的弹性模量和能量吸收值逐渐增加,其弹性模量和能量吸收值最大分别达到542 MPa和27.7 MJ/m³(孔隙率为64.3%)。

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CaTiO₃∶Pr³⁺光催化降解亚甲基蓝的实验研究

王俊兰, 杨紫淇, 娄三钢, 张佩聪, 邱克辉

功能材料. 2018, 49(9): 9111-9114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.020

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采用燃烧法合成制备CaTiO₃∶Pr³⁺功能矿物材料,运用扫描电镜(SEM),X射线粉末衍射仪(XRD)对其形貌和结构进行了表征,研究了CaTiO₃∶Pr³⁺对亚甲基蓝溶液的降解性能,结果表明,紫外光催化下CaTiO₃对亚甲基蓝具有光催化降解功能,Pr³⁺的掺杂显著提升了CaTiO₃催化效率。降解率随着亚甲基蓝溶液初始浓度的提高而降低,随着催化剂浓度的提高先增大后减小。

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疏高粘液体表面的制备及其界面粘附性能研究

祝青, 谢虓, 郑保辉, 李尚斌

功能材料. 2018, 49(9): 9115-9121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.021

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高粘液体广泛应用于工业生产和日常生活中。因此,疏高粘液体表面的制备及其粘附性能研究对高粘液体的操控、研究和实际应用具有重要意义。以铜阵列为基体,通过氢氧化钠/过硫酸铵混合溶液的浸泡构建二级纳米结构,再采用十七氟癸烷三甲氧基硅烷进行表面修饰,构建了疏高粘液体表面。该表面对高粘液体HTPB(端羟基聚丁二烯)和HTPB/Al(粘度均为水的几万倍)具有良好的疏液特性,其静态接触角均大于140°。当NaOH浓度为5 mol/L和过硫酸铵浓度为0.3 mol/L,反应时间为8 h时,铜阵列表面形成的多层级微-纳复合结构极大地减小了固-液界面间的接触面积,使铜阵列表面与HTPB和HTPB/Al液滴间的粘附作用力分别降低至25.5和42.2 μN,成功构建了对高粘液体具有低粘附特性的表面。

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不同尺寸参数对双极高频电刀温度场的影响

崔海坡, 黄嘉平, 宋成利, 周宇

功能材料. 2018, 49(9): 9122-9126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.022

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基于有限元分析软件,对双极高频电刀工作过程中的温度场进行了详细的电热耦合仿真分析,研究了3种不同绝缘层厚度、3种不同电极厚度以及3种不同涂层厚度对双极高频电刀各部分温度场的影响规律。结果表明,对于0.5,1.0和1.5 mm这3种电极厚度而言,在连续通电2 s的时间内,电极厚度选取0.5 mm时,高频电刀各部分的温度最高,且绝缘层的温度超过其制作材料的热变形温度,从而易导致绝缘层发生软化,影响电刀的正常使用性能;涂层厚度与心肌组织温度成反比,与绝缘层和电极处温度成正比,且随着通电时间的延长,涂层厚度对心肌组织温度的影响程度逐渐增大。

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(400)择优取向ITO薄膜制备及其红外隐身性能研究

陈一达, 朱归胜, 徐华蕊, 董玲, 江旭鹏, 史忠峰, 廖微莉

功能材料. 2018, 49(9): 9127-9131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.023

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通过调节磁控溅射过程中通入氧气的流量,在二氧化硅基片上制备具有“富氧层+贫氧层”结构的(400)高度择优的ITO薄膜。采用XRD、SEM等对薄膜的微观结构进行了表征,并对其可见光透过率和红外反射率进行了研究。结果显示,富氧层厚度薄时有利于获得(400)方向择优的ITO薄膜,同时(400)方向的XRD衍射峰强度随富氧层厚度的增加而降低。制备所得的厚度为350 nm的ITO薄膜断面呈柱晶状,其表面粗糙度仅为2.9 nm,可见光透光率可达87%,2.5～15 μm波长的红外反射率为85%,薄膜的电阻率为1.32×10^-4 Ω·cm,载流子浓度和迁移率分别为1.24×10²¹cm^-3和38.18 cm²/(V·s)。“富氧层+贫氧层”的结构有利于同时获得高可见光透过率和高红外反射率的ITO薄膜,为ITO薄膜应用于红外隐身领域提供了新的思路。

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再生水泥浆料替代硅酸盐水泥的性能应用研究

史华

功能材料. 2018, 49(9): 9132-9136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.024

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通过再生水泥浆料细料(RCPF)替代硅酸盐水泥的实验,重点研究了RCPF替代硅酸盐水泥浆料混合料的矿物学和力学性能,评价了RCPF替代硅酸盐水泥的可行性。并通过水化动力学、碳化动力学、抗拉强度及孔隙率等测试,表征了RCPF替代硅酸盐水泥浆料混合料的使用性能。结果表明,使用RCPF作为水泥的部分替代物,在混合料中不能提供任何额外的填充效应和成核部位,且材料的水化性能、抗碳化性能、抗拉强度及耐久性能均随RCPF含量的增加而不断增强,其中,M100砂浆水处理90 d的抗压强度可达7.29 MPa,且28 d时的孔隙率达到31%。最终结果显示RCPF无水相在砂浆中具有潜在的反应性。

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基于纳米压入法Ti-13Mo-8Cr-6Sn-5Nb钛合金的应变率敏感性研究

邢学刚, 肖革胜, 王鹤峰, 树学峰

功能材料. 2018, 49(9): 9137-9140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.025

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采用纳米压入法对钛合金室温应变率敏感性进行研究。通过控制加载阶段不同应变率达到最大压入深度,基于连续刚度测量原理,研究硬度及弹性模量的应变率敏感性,并观察压入应变率对于保载阶段材料蠕变位移的影响。结果表明,钛合金硬度表现出应变率敏感性,弹性模量对应变率不敏感。压痕保载阶段主要为位错运动主导的蠕变形式,蠕变应力指数随加载应变率增大而降低。

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再生沥青混合料配合比设计参数研究

戴胜, 姚晓光, 王燕, 张争奇, 栗培龙

功能材料. 2018, 49(9): 9141-9147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.026

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为弥补目前规范中再生沥青混合料配合比设计过程的不足,基于厂拌热再生技术对再生料配合比设计参数展开研究。根据回收SBS改性沥青混合料燃烧炉试验结果发现,路面在使用一定年限后,混合料的油石比降低,集料有细化现象,其中大粒径集料较易细化成中等粒径的集料,中等粒径的集料细化速度变缓,小粒径集料则基本不变;此外,再生料级配和最佳油石比的大小与其集料密度、最大理论相对密度关系密切,根据统计学原理及大量数据分析可知,使用“比例法”、“流程法”分别确定集料密度值和最大理论相对密度值更切合实际。

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C₆₀微米管/棒阵列的合成和场发射性能研究

金彤, 刘德弟, 饶莉, 贾洪声

功能材料. 2018, 49(9): 9148-9151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.027

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利用溶剂挥发法,通过甲苯和间二甲苯溶剂对富勒烯纳米晶结构和形貌的控制作用,合成垂直阵列结构的微尺寸的C₆₀纳米晶。利用SEM、Raman、XRD等方式对材料的形貌和结构进行了表征,并对其进行了电子场发射性能的研究。实验结果表明,实验中获得的样品是具有六棱柱形貌的C₆₀微米管/棒状材料;原始合成的C₆₀微米管/棒材料是具有六角(hcp)和面心立方(fcc)混合晶体结构的溶剂化微米晶体,在真空下加热处理可以去除掺杂在晶格内部的溶解,获得纯C₆₀微米晶阵列。实验发现,该C₆₀微米晶体阵列材料具有良好的场发射性能。

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Al³⁺浓度对Ce³⁺掺杂高硅氧玻璃发光性能的影响

任林政, 任林娇

功能材料. 2018, 49(9): 9152-9155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.028

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为分析高硅氧玻璃中Al³⁺对Ce³⁺发光性能的影响,提高稀土掺杂高硅氧玻璃的发光效率,从理论与实验两个方面出发分析了高硅氧玻璃制备过程中Al³⁺浓度对Ce³⁺掺杂量的影响,并结合高硅氧玻璃吸收与发射光谱变化研究了Al³⁺浓度对Ce³⁺发光性能的影响机理。结果表明,纳米多孔玻璃孔径为7.74 nm时,溶液中少量共掺Al³⁺可明显降低Ce³⁺掺杂量,减少稀土离子浓度猝灭现象,提高Ce³⁺发光强度;但大幅增加Al³⁺浓度时,Ce³⁺掺杂量与发光强度基本不变。这是由于纳米多孔玻璃孔径较大时,其表面吸附的稀土离子含量远小于孔径中扩散的稀土离子含量,故若想通过增加Al³⁺浓度来提高Ce³⁺发光强度,则需要增大纳米多孔玻璃的比表面积或表面羟基浓度。

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石墨烯疏水性能研究

洪跃, 李多生, 叶寅, Qinghua Qin, 邹伟, 林奎鑫

功能材料. 2018, 49(9): 9156-9159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.029

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通过化学气相沉积(CVD)方法在蓝宝石衬底表面生长石墨烯,探究生长时间对石墨烯疏水性能和微结构的影响。利用接触角测量仪、傅里叶红外光谱仪、拉曼光谱仪、场发射扫描电镜研究石墨烯的疏水性能和微结构。发现生长时间是30 min时,石墨烯的接触角最大,为129.96°,表现出疏水性,红外测试表明只有CC,拉曼分析发现在10～30 min的生长时间下,石墨烯都出现了3个特征峰。较大的接触角使石墨烯有望作为疏水材料,甚至可以通过对其疏水改性让它在超疏水领域存在潜在应用。

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硅基金纳米基底的制备及在拉曼检测中的应用

叶巧云, 满石清, 汤俊琪, 顾慈勇, 姚心言

功能材料. 2018, 49(9): 9160-9163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.030

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单晶硅通过碱性溶液腐蚀制备有序的金字塔结构,采用磁控溅射法在硅基金字塔表面镀上一定厚度的金膜,作为表面增强拉曼散射活性基底。采用扫描电镜和紫外-可见分光光度计表征样品的表面形貌和光学性质。以亚甲基蓝为探针分子,检测到更多的拉曼特征峰。通过改进硅基金纳米基底,检测到了三聚氰胺和农药联苯肼酯的拉曼光谱。实验结果表明,制备出的硅基金纳米基底在食品安全和农药检测有潜在的应用前景。

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互穿网络结构导电高分子复合固态电解质的研制与应用

陆胜, 张翠玲

功能材料. 2018, 49(9): 9164-9168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.031

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采用聚四氟乙烯(PTEF)溶液对已形成钽氧化膜(Ta₂O₅)的Ta多孔体阳极表面进行预处理,在钽阳极微孔内形成具有许多通孔的非导电性高分子互穿网络结构,然后采用化学氧化聚合法,在互穿网络结构的通孔中原位聚合聚3,4-亚乙基二氧噻吩(PEDT)导电高分子聚合物,从而在Ta阳极体表面形成导电性高分子复合柔性固态电解质层。实验结果表明,采用20%体积浓度的PTEF水性分散液,原位聚合PEDT可以在钽阳极表面形成高机械强度的复合固态电解质层,用其制作的钽电解电容器,平均漏电流＜15 μA,产品的平均等效串联电阻(ESR)值＜50 mΩ。

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铬污染土壤-粉煤灰陶粒制备工艺研究

杨威, 陈一萱, 王海超, 雷晓玲, 曾祯

功能材料. 2018, 49(9): 9169-9173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.032

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针对我国面临的严重铬污染威胁,进行了将铬污染土壤与粉煤灰混合后在高温下解毒,获得陶粒产品以实现资源化利用的研究。通过单因素试验,以Cr(Ⅵ)浸出浓度和陶粒颗粒强度为控制指标,优选陶粒制备的焙烧工艺参数;通过正交试验得到最优陶粒产品,并分析焙烧工艺条件对陶粒性能的影响机制。结果表明,在焙烧温度1 120 ℃、粉煤灰添加量25%、焙烧时间10 min的试验条件下得到了最佳的陶粒产品;其中焙烧温度是影响陶粒性能的关键因素,对陶粒颗粒强度、表观密度、1 h吸水率均影响显著;最终陶粒产品堆积密度等级为600级,筒压强度为3.0 MPa,属于普通轻集料优等品;陶粒浸出液Cr(Ⅵ)浓度0.042 mg/L,浸出液总铬浓度0.045 mg/L,安全性能符合《铬渣污染治理环境保护技术规范》(HJ/T301)对铬污染土壤解毒后用于混凝土骨料的处理要求。

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xBiInO₃-(1-x)PbTiO₃薄膜的制备与铁电、介电特性研究

孙科学, 常月欣, 成谢锋, 张淑仪

功能材料. 2018, 49(9): 9174-9179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.033

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利用射频磁控溅射方法,在单晶MgO(100)及缓冲层异质结构基底上沉积La掺杂的xBiInO₃-(1-x)PbTiO₃薄膜。通过调控靶材配比和溅射参数,研究了溅射中由于基底加热造成的溅射过程中的薄膜失铅、失铋现象,同时对磁控溅射参数进行了调控和研究,得到了优化的溅射制备条件。利用XRD、SEM、EDS、铁电分析仪等仪器,并对不同BiInO₃组分对薄膜性能的影响进行研究,包括对薄膜的生长取向、形貌、铁电性和居里温度等进行研究,获得综合性能良好的高铁电性、高居里温度的铁电薄膜。

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(Ce_0.9Gd_0.1O_2-δ/ZrO₂:8%(摩尔分数)Y₂O₃)_n超晶格电解质薄膜的制备与特性

苏海莹, 贾晓静, 许彦彬, 刘华艳, 刘超, 丁铁柱

功能材料. 2018, 49(9): 9180-9183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.034

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采用脉冲激光沉积技术(PLD),在SrTiO₃(STO)单晶片上依次沉积钇稳定氧化锆(ZrO₂∶8%(摩尔分数)Y₂O₃,YSZ)和氧化钆掺杂的氧化铈 (Ce_0.9Gd_0.1O_2-δ,GDC)制备出5种不同调制周期数n(n=4,6,10,20,30)的(Ce_0.9Gd _0.1O_2-δ/ZrO₂:8%(摩尔分数)Y₂O₃)_n超晶格电解质薄膜。利用X射线衍射(XRD)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)和扫描电子显微镜(SEM),研究(GDC/YSZ)_n超晶格电解质薄膜的形貌和晶体结构,发现薄膜表面颗粒生长致密、均匀,薄膜的界面处无元素扩散,外延生长状况良好,薄膜的结构优异。电化学测量研究表明,随着(GDC/YSZ)_n超晶格电解质界面数的增加,其离子电导率相应增加,(GDC/YSZ)_n=30超晶格电解质的离子电导率最大。

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用于焰熔法金红石单晶体生长的微米级TiO₂粉体制备与表征

唐坚, 张东, 毕孝国, 牛微, 董颖男, 周文平, 张瑞青, 孙旭东

功能材料. 2018, 49(9): 9184-9187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.035

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以提纯后的TiCl₄为原料,氨水作为形核剂,PEG400为分散剂,制备出高纯TiO₂粉体。采用ICP、XRD、SEM等手段对所得样品进行分析。结果表明,TiCl₄溶液经60 ℃水浴2 h后加入含15 mL PEG400的氨水溶液,在900 ℃下煅烧3 h,可以制备出晶型为单一金红石相,平均粒度为70 μm,形貌为近球形,流动性良好的高纯TiO₂粉体。

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基于共轭有机硼化合物的多功能发光材料的分子设计

靳瑞发, 赵丽娟

功能材料. 2018, 49(9): 9188-9194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.036

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设计了6种可作有机发光二极管(OLEDs)发光材料和空穴传输材料的π-共轭有机硼化合物。利用密度泛函(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法研究了它们的前线分子轨道、吸收光谱、荧光光谱以及电荷传输性质。通过前线分子轨道分析发现,所设计化合物的吸收和荧光发射导致的电子跃迁具有明显的分子内电荷转移特性。引入不同的π-共轭桥影响化合物的前线分子轨道能量、能隙、光学和电荷传输性质。同时,预测了所设计化合物的电子和空穴的迁移率。研究结果表明,所设计的π-共轭有机硼化合物有望成为性能良好的有机发光二极管的发光材料和空穴传输材料。

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双峰结构硅橡胶泡沫的制备

向斌, 贾亚兰, 刘涛, 罗世凯

功能材料. 2018, 49(9): 9195-9201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.037

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通过超临界CO₂发泡制备了MMT-SiO₂/MVQ复合泡沫材料。研究了MMT对硅橡胶复合体系流变性能,以及成核机理的影响,并且系统的研究了发泡工艺对泡孔形貌的影响。结果表明,MMT对硅橡胶基体补强作用较弱,在基体中与白炭黑均作为异相成核剂,发生异相成核,从而获得具有双峰泡孔结构的硅橡胶泡沫。此外,通过优化工艺参数可以获得更好的微孔硅橡胶泡沫。

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二烷基二硫代氨基硼酸酯的摩擦学性能

赵永涛, 孙建林, 汤安, 王成龙, 张红松

功能材料. 2018, 49(9): 9202-9206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.038

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探讨二烷基二硫代氨基硼酸酯的抗磨减摩性能。合成了一种新型含硫含氮硼酸酯挤压抗磨添加剂(CNSB)。将合成的有机含硫含氮硼酸酯按比例加入到基础油T100中,制成润滑油样。利用四球摩擦磨损试验机考察各油样的抗磨减摩性能,利用扫描电子显微镜观察磨斑表面形貌。对多组样品的磨斑直径、摩擦系数、最大无卡咬负荷、磨斑表面形貌进行对比,探究二烷基二硫代氨基硼酸酯的抗磨减摩性能和机理。伴随着添加剂CNSB质量分数增加,磨斑直径、摩擦系数迅速减小,最大无卡咬负荷明显增加。添加1.5%CNSB的油样磨斑直径下降了28.95%;添加2.0%CNSB的油样摩擦系数下降了34.48%;添加2.0% CNSB的油样的最大无卡咬负荷增加了539 N。在摩擦过程中,合成的CNSB发生分解反应,出现的活性S元素和少量的N、B元素,形成润滑保护薄膜,从而起到了抗磨减摩作用。

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MoS₂/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能

白利忠, 李方, 王彦辉, 朱叶宁, 安东, 张志毅

功能材料. 2018, 49(9): 9207-9211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.039

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采用水热法以钼酸铵、氧化石墨烯和硫脲作为原料制备得到不同石墨烯含量的MoS₂/石墨烯复合材料。利用XRD、Raman、SEM、TEM和电化学测试对复合材料的形貌、结构和电化学性能进行了表征。结果表明,氧化石墨烯和钼酸根离子被成功地还原成MoS₂/石墨烯复合材料,同时MoS₂纳米片均匀地分散在石墨烯表面上。当氧化石墨烯为800 mg时复合材料的电化学性能最佳,在电流密度为1 A/g时,比容量高达310 F/g,经过500次循环后比容量仍保持在230 F/g。以上研究结果说明,石墨烯片层的介入有效地阻碍了MoS₂纳米片的堆叠,提高复合材料的比容量和循环稳定性。

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Pt纳米粒子修饰石墨烯材料的制备及其应用研究

王恩通

功能材料. 2018, 49(9): 9212-9215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.040

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通过酰胺化的方法(二酰亚胺活化)制备了氧化石墨烯(GO)支撑的Pt(GO-Pt)纳米粒子,研究了其作为0.5 mol/L H₂SO₄溶液中联胺电氧化电催化剂的催化活性与稳定性。通过表征技术探究了GO-Pt纳米粒子的物理化学性质,GO-Pt纳米粒子的平均粒径为2.6 nm,其粘附性强,并且Pt纳米粒子高度密集的分散沉积在酰胺化的GO上。循环伏安图表明,与商业Pt/C和Pt金属电极相比,该催化剂在催化强酸性溶液中联胺的电氧化过程中,能够明显地提高催化活性和长期稳定性。这些增强的电化学性质归因于小尺寸且分散性极好的Pt纳米粒子沉积在酰胺化GO后形成的大量电化学活性表面。

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金红石型钛白粉ZrO₂-CeO₂复合包膜的研究

段海婷, 侯清麟, 孙卓林

功能材料. 2018, 49(9): 9216-9220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.09.041

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以金红石型钛白粉为原料,以浆液浓度、搅拌器转速和锆铈两种包膜剂的用量为影响因素,通过设计正交实验L₉(3⁴),对锆铈双滴加包膜金红石型钛白粉的新工艺进行研究。通过zeta电位分析确定了较优的工艺条件,同时利用沉降实验、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等测试手段,探究锆铈包膜金红石型钛白粉的效果和包膜机理。通过实验得到了锆铈包膜金红石型钛白粉的优化工艺条件,证实了金红石型钛白粉表面包覆了两层以化学键形式键合的均匀而致密的ZrO₂膜和CeO₂膜,同时还证实了这两层膜形成的包覆层能使金红石型钛白粉性能更加稳定。

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2018年, 第49卷, 第9期　刊出日期：2018-09-30

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