功能材料

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LiCoPO₄包覆的Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂锂离子电池正极材料:增强的库伦效率和循环性能

何磊, 徐俊敏, 张昌锦

功能材料. 2017, 48(5): 5001-5006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.001

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LiCoPO₄包覆的Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂富锂正极材料是通过沉淀法制备的。包覆后的样品的首次库伦效率达到84.14%,在0.1 C(1 C=300 mA/g)电流下放电比容量高达305.95 mAh/g。特别是包覆后样品的循环性能得到极大的提升,1 C倍率下100次循环后容量保持率为88.2%,远远高于未包覆样品的72.3%。这些电化学性能的提高主要归功于包覆层,包覆层不但增强了材料的结构稳定性,同时也有效保护了电极材料不受电解液的侵蚀并且提高了材料的锂离子迁移率。

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TiH₂和V_0.6Ti_0.23Cr_0.05Fe_0.12H₂复合金属氢化物锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究

江海波, 黄利武, 吴朝玲, 吴琳, 黄菊, 陈云贵

功能材料. 2017, 48(5): 5007-5010. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.002

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通过氢化和高能球磨的方法制备出TiH₂和V_0.6Ti_0.23Cr_0.05Fe_0.12H₂复合金属氢化物,并利用XRD、SEM、BET、拉曼和充放电测试等技术对其结构、形貌、比表面积、导电剂电导率和电化学性能进行了研究。结果表明,金属氢化物经高能球磨未改变其初始的FCC结构;在电流密度为10 mA/g条件下,添加导电剂乙炔黑和石墨烯时复合金属氢化物的首次放电比容量分别为248.2 和580.6 mAh/g。

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半固态锂电池电极浆料导电性能的评价方法研究

冯彩梅, 刘丹丹, 陈永翀, 杜军军, 张萍

功能材料. 2017, 48(5): 5011-5016. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.003

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半固态锂电池是一种新型电化学储能技术,以电极浆料作为电化学反应的主体材料。电极浆料是将电极活性材料和导电剂分散于电解液中形成的固液混合体系,导电性能的优劣决定其是否能够实现良好的电化学性能。本论文以不同导电添加剂配比的磷酸铁锂电极浆料为研究对象,分别采用直流电导率仪、电化学阻抗谱测试以及固定频率交流电测试的方法进行电导率的测定,并与半电池在不同电流密度下的充放电性能进行了比较。研究认为对电极浆料进行电化学阻抗谱测试是有效的导电性能评价方法,但模型建立和数值模拟的过程较为复杂;通过电化学工作站对样品施加固定频率的交流电亦可得到相应的阻抗,测试结果稳定,操作简单高效,可用于对电极浆料导电性能的初步评价和比较。

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水热组装法制备碳纳米管网状支撑氮掺杂多孔碳材料及其储能特性研究

孙立, 阮曦金, 张岁鹏, 梁玉婷, 杨颖

功能材料. 2017, 48(5): 5017-5022. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.004

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采用水热组装法制备了碳纳米管/氮掺杂多孔碳复合电极材料。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、N₂吸附-脱附(BET)和X射线光电子能谱(XPS)表征了复合材料的微观形貌和结构;并采用循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗谱测试了复合材料的储能特性。结果表明,水热组装法成功地合成了具有高比表面积(1 039 m²/g)的碳纳米管/氮掺杂多孔碳复合材料。并且该复合材料表现出优异的储能特性,在1 A/g下,其比电容高达261 F/g,远远高于氮掺杂多孔碳(214 F/g)和碳纳米管(109 F/g)的比电容;在功率密度为10 500 W/kg下其能量密度仍为53.75 Wh/kg。

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间歇式As中断生长InGaAs/GaAs量子点

王继红, 罗子江, 周勋, 丁召

功能材料. 2017, 48(5): 5023-5027. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.005

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采用间歇式As中断方法利用分子束外延(MBE)生长了不同厚度的InGaAs量子点,并通过反射式高能电子衍射仪(RHEED)以及扫描隧道显微镜(STM)对其表面进行形貌表征与分析。研究发现间歇式As中断方法有利于改善量子点的均匀性,同时量子点的表面形貌特征由生长温度和沉积厚度决定;量子点沉积厚度越大,量子点面密度越高;在一定生长温度范围内,生长温度越高量子点分布均匀性越强,反之则越弱;研究还发现InGaAs量子点的生长过程中存在3个截然不同的阶段和两种明显的生长模式转变点,3个阶段分别是层状生长阶段、量子点形成阶段和量子点自合并成熟阶段,两种生长模式转变点分别是SK转变和量子点自合并熟化转变。

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稀土掺杂上转换发光纳米材料及其在生物分析化学的应用

吴靓, 肖双喜, 许剑平, 王敏, 陈中胜

功能材料. 2017, 48(5): 5028-5036. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.006

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稀土掺杂上转换发光纳米材料(RE-UCNPs)由于其生物体毒性低、背景荧光弱、灵敏度高、化学稳定性高、光稳定性好、光穿透能力强、Stokes位移大等优点,成为了新一代荧光纳米材料。通过对上转换发光中几种能量交换形式的介绍,来阐述其发光机理;通过研究国内外RE-UCNPs的报道,介绍了其几种常见的制备方法和在生物分析化学领域的应用。着重介绍了荧光共振能量转移(FRET)在上转换发光纳米材料(UCNPs)检测生物分子、危险品化学和金属离子中的作用及应用。对各种被检测物的检测范围和检出限作了说明与归纳。FRET在UCNPs应用中有着重要意义,对其进行更多的基础性研究十分重要。

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二维点缺陷等离子体光子晶体缺陷模特性研究

杨东瑾, 谭海云, 金成刚, 诸葛兰剑, 吴雪梅

功能材料. 2017, 48(5): 5037-5041. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.007

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利用基于有限元法的COMSOL软件仿真研究了在微波波段下二维点缺陷光子晶体缺陷模的特性。主要讨论了在TM模式下,点缺陷对透射系数的影响以及等离子体密度对二维点缺陷等离子体光子晶体透射系数的影响。重点研究了缺陷模与等离子体密度之间的关系,以及光子晶体的层数对缺陷模特性的影响。研究结果对微波段的多通道滤波器、波分复用器的设计和制作提供了理论参考。

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壳聚糖/单宁酸复合胶体粒子的制备及功能涂层研究

石甜甜, 孙家娣, 朱叶, 孟龙, 魏玮, 刘晓亚

功能材料. 2017, 48(5): 5042-5047. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.008

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以壳聚糖(Chitosan, CS)和单宁酸(Tannic acid, TA)为组装基元,在水溶液中通过pH诱导组装制备壳聚糖/单宁酸(CS/TA)复合胶体粒子,用透射电子显微镜(TEM)对复合胶体粒子的尺寸及形貌进行了表征。再将复合胶体粒子水分散液为电泳沉积液,通过电泳沉积技术诱导复合胶体粒子在316L不锈钢表面二次组装制备纳米功能涂层;利用接触角测试对涂层表面的亲疏水性进行了研究;并通过体外细胞实验探究了涂层的细胞相容性,抗菌实验测试了涂层对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌活性。研究结果表明,通过电诱导胶体粒子可以在316L不锈钢表面形成了致密的纳米涂层材料,涂层具有良好的细胞相容性和抗菌作用,在生物涂层领域有着潜在应用前景。

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挖补复合材料层合板拉伸性能的参数影响研究

丁林, 周丽

功能材料. 2017, 48(5): 5048-5053. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.009

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建立了挖补复合材料层合板的有限元模型,并通过渐进损伤分析方法计算了拉伸载荷下挖补结构的极限强度,计算结果与实验结果吻合良好,验证了模型的有效性。分析了该结构的失效过程,得出结构的失效模式为胶层失效。对挖补复合材料层合板的修理参数进行研究,分析了挖补斜度和挖补深度对挖补结构极限强度的影响。结果表明减小挖补斜度以及减小挖补深度都能提高挖补结构的极限强度。

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圆筒状超磁致伸缩致动器磁场研究与仿真

范文涛, 林明星, 鞠晓君, 王庆东

功能材料. 2017, 48(5): 5054-5060. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.010

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为设计圆筒状超磁致伸缩致动器(GMA),采用基于磁路的方法对圆筒状超磁致伸缩材料(GMM)内的磁场强度进行计算,基于Maxwell软件建立了圆筒状GMA的3D模型并对磁路结构中各部件尺寸及GMA筒内构件的磁导率对磁场的影响进行了仿真研究。结果表明:在闭合的磁路结构中,对于给定的线圈匝数和激励电流,GMM筒中磁场强度大小受GMM筒轴向长度影响较大且为负相关。磁场均匀性方面,影响较大的是穿过圆筒状GMA构件的磁导率和导磁环轴向长度,二者均与磁场不均匀度正相关。

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中间层碳纤维方向的微波无损检测实验研究

杨玉娥, 安延涛, 赵东

功能材料. 2017, 48(5): 5061-5064. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.011

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在研究多层媒介中的微波信号传播与反射机理的基础上,利用微波网络分析仪对3层复合材料中间层的纤维方向进行了检测研究。首先,根据N5225A网络分析仪记录的反射系数相位计算出反射系数相位差;然后,建立反射系数相位差与表示中间层纤维方向的β建立对应关系;最后,利用反射系数相位差表征纤维方向的变化。实验结果表明,矩形波导相对于复合材料纤维方向的角度(α)会对检测结果有一定的影响,反射系数相位差随工作频率的变化规律不同,并且对中间层的纤维方向的变化敏感范围也不同,波导口长边平行于第一层的纤维时,即α为0°时,对β为15~45°较敏感,波导口长边垂直于第一层的纤维时,即α为90°时,对β为45~75°较敏感;复合材料末端加一反射板可以增强检测效果,检测工作频率为33 GHz,中间层纤维方向变化30°时,有反射板的反射系数相位差变化10°,而没有反射板的变化5°。

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稀土掺杂改性镍锌铁氧体磁学性能研究

刘作华, 尹建云, 朱冰, 陶长元, 杜军

功能材料. 2017, 48(5): 5065-5069. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.012

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以黄钠铁矾为原料,稀土掺杂改性制备镍锌铁氧体。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱分析(FT-IR)和振动样品磁强计(VSM)等对镍锌铁氧体进行表征,探究稀土掺杂对镍锌铁氧体磁学性能的影响。结果表明:稀土掺杂后镍锌铁氧体的晶格产生畸变,但是尖晶石型的形貌没有变化,软磁性能提高。并且镝掺杂量与软磁性能提高呈现正相关。掺杂3%镝的镍锌铁氧体软磁性能最好,矫顽力为2.082 kA/m,剩余磁化强度1.73 A·m²/kg,饱和磁感应强度为42.59 A·m²/kg。

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基于京尼平交联的壳聚糖膜的制备及性能研究

贾伟建, 李真真, 丁珊, 罗丙红, 李立华, 周长忍

功能材料. 2017, 48(5): 5070-5076. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.013

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利用广泛使用且具有良好生物相容性的壳聚糖为基材,采用生物交联剂京尼平交联壳聚糖,制备具有不同力学性能的壳聚糖材料。探讨不同实验条件对于材料性能的影响及材料力学性能与细胞行为之间的关系。结果表明,投料比、反应温度、反应时间均能在不同程度上影响材料的交联程度及各项性能,其中投料比对于膜材料的性能影响最为明显。通过在不同力学性能的二维材料上培养前成骨细胞MC3T3-E1发现,随着材料力学强度的增高,材料上的细胞增殖率不断增大,但到了一定限度,增殖率开始减小;而细胞的成骨分化能力则一直增大。

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磷酸锆碟片粒径对提高二氧化钛悬浮液分散稳定性的影响

袁潇, 莫松平, 陈颖, 贾莉斯

功能材料. 2017, 48(5): 5077-5083. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.014

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制备纳米二氧化钛(TiO₂)分别和729.6,1 004.5,1 168.5 nm 3种粒径的磷酸锆碟片(ZrP)混合纳米悬浮液,研究了混合悬浮液的分散稳定性。运用稳定性性分析仪,沉降实验和紫外-可见分光光度计综合分析了纳米悬浮液的分散稳定性,并测量了混合悬浮液的粘度。结果表明,加入ZrP碟片后,TiO₂悬浮液的粘度增大,稳定性提高;3种混合纳米悬浮液的粘度相近,但ZrP粒径最小的混合悬浮液,其分散稳定性最好。通过分析发现,3种混合纳米悬浮液中,ZrP粒径越小,颗粒团聚粒径和团聚速度越小,其原因可能是ZrP碟片的粒径越小,相同质量浓度条件下碟片数目浓度越大,对TiO₂的空间位阻作用越强。

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银纳米粒比色传感器对水中Cd²⁺的检测

展军颜, 崔建国, 黄燕敏, 甘春芳, 刘志平

功能材料. 2017, 48(5): 5084-5088. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.015

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采用硼氢化钠还原法制备粒径10 nm的银纳米粒比色传感器,用于检测水中Cd²⁺。将脱氢胆酸修饰于银纳米粒表面,通过脱氢胆酸与Cd²⁺之间的特异性络合作用,诱导银纳米粒团聚,溶液由黄色变为酒红色,实现水中Cd²⁺的比色识别。该方法检测Cd²⁺的线性范围为0.9~50 μmol/L,检出限可达129 nmol/L。在实际水样中裸眼可观察的检测下限低至1 μmol/L,有望应用于水体中Cd²⁺的原位现场快速检测。

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Ag-Ag₂O/Bi₂WO₆光催化剂的合成及其光催化性能

邱爽, 赵彬侠, 关文斌, 牛露, 郭丹, 刘钰玲, 张小里

功能材料. 2017, 48(5): 5089-5093. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.016

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水热法合成了Bi₂WO₆催化剂后,将Ag-Ag₂O负载在Bi₂WO₆上,制备出新型Ag-Ag₂O/Bi₂WO₆异质结光催化剂,通过XRD,SEM,TEM,UV-Vis DRS 等一系列测试手段对光催化剂进行了形貌、结构、吸光性能等性质的表征,并以罗丹明B(Rh B)为目标污染物研究催化剂的光催化活性。结果表明制备的Ag-Ag₂O/Bi₂WO₆异质结光催化剂主体为立体花球状结构,直径约2 μm,具有较大的比表面积,且对可见光的吸收范围有明显增加(从442红移至594 nm),催化活性亦高于未负载的Bi₂WO₆,反应120 min后,Ag-Ag₂O/Bi₂WO₆对罗丹明B(Rh B)的降解率可达96.20%,在重复4次降解实验之后,其光催化活性虽然有一定损失,但光催化性能仍优于其余两组催化剂。

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纳米纸/聚合物基复合材料热传导性能模拟研究

张阿樱, 吕海宝

功能材料. 2017, 48(5): 5094-5098. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.017

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为了研究纳米纸加热片的形状控制、厚度及弯曲周期等因素对纳米纸/聚合物基复合材料达到稳态时温度分布的影响规律,采用FLUENT有限元软件分别模拟研究了不同工况条件下矩形弯曲及平板形纳米纸/聚合物基复合材料的热传导性能。计算结果表明:加热过程中矩形弯曲纳米纸/聚合物基复合材料的平均温度略低,加热速率略慢,达到稳态所需的时间稍短,温度分布更为均匀。纳米纸加热片厚度越小、弯曲周期越小,纳米纸/聚合物基复合材料达到稳态时的平均温度水平越高,达到稳态所需的时间越长。分析认为,纳米纸加热片的厚度和弯曲周期对纳米纸/聚合物基复合材料达到稳态所需时间及温度分布规律的影响主要通过纳米纸加热片的单位体积热源起作用;对流散热速率低于产热量的增大导致纳米纸/聚合物基复合材料达到稳态所需时间增长。

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多孔Ag/ZnO的生物模板法合成及气敏性能研究

李酽, 陈丽丽, 吕谭

功能材料. 2017, 48(5): 5099-5103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.018

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以油菜花粉为模板合成了Ag/ZnO纳米颗粒,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等手段对样品进行了结构形貌表征,并测试了其气敏性能。结果表明,所得产物为直径30~50 nm左右的六方纤锌矿结构, Ag/ZnO纳米粒子在相对低的工作温度(270 ℃)下,对100×10^-6的丙酮气体的灵敏度达到了38.2(约为ZnO的10倍),其响应和恢复时间分别为3和36 s。

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煤渣基二氧化钛复合材料制备及其光催化性能研究

丘则海, 黄田富, 赵陈浩, 郑瑞娟, 吴德武, 丁马太, 胡志彪

功能材料. 2017, 48(5): 5104-5108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.019

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采用微波辅助条件下的溶胶-凝胶法制备了煤渣负载纳米TiO₂光催化剂。X射线衍射仪、扫描电镜表征结果表明,所负载的TiO₂为锐钛矿型,平均粒径12 nm。以亚甲基蓝为目标降解物,着重考察了不同煤渣含量、烧结温度、微波时间、微波功率对其催化性能影响结果表明,煤渣含量32.49%,微波时间为5 min,微波功率为400 W,马沸炉温度为400 ℃时制备的催化剂,催化亚甲基蓝光TiO₂/煤渣复合材料降解效果最好。在搅拌条件下该催化剂催化的光降解反应符合一级动力学方程。

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中间相Si-Co合金作为锂离子电池负极材料的第一性原理研究

黄钊文, 肖文平, 李劲扬, 侯贤华

功能材料. 2017, 48(5): 5109-5115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.020

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合成Si-M“活性-活性/非活性”体系,利用第二组元的成键特性降低Si负极材料的体积膨胀系数,被视为实现Si基负极材料商业化的有效方法。采用第一性原理平面波赝势法,对中间相Si-Co合金作为锂离子电池负极材料的嵌脱锂机理进行研究,预测材料的电化学特性。结果表明,Si₂Co具有最低的体积膨胀系数以及最低的嵌锂形成能,嵌锂后形成的Li-Si键及Li-Co键单位键长电荷布居最小,具有最佳的电化学综合性能。

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两种烷基次膦酸锌阻燃环氧树脂热性能比较

胡权, 彭攀瑞, 周敏, 胡吉龙, 刘学清, 刘继延

功能材料. 2017, 48(5): 5116-5121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.021

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利用热重法比较了两种不同烷基次膦酸锌及其阻燃环氧树脂(EP)复合材料的热性能。首先探究甲基环己基次膦酸锌(Zn(MHP))、甲基乙基次膦酸锌(Zn(MEP))、Zn(MHP)/EP、Zn(MEP)/EP在N₂氛围下的热稳定性。然后运用Kissinger 法、Flynn-Wall-Ozawa(简称FWO法)计算出EP、Zn(MHP)、Zn(MEP)、EP/Zn(MHP)、EP/Zn(MEP)) 热分解活化能E、指前因子lnA_k,并结合Coast-Redfern理论模型机理函数g(α),求得反应级数n。结果表明,Zn(MHP)比Zn(MEP) 具有更高的热稳定性和表观热分解活化能。同时Zn(MHP)或Zn(MEP)能明显提高EP的热稳定性能,延迟EP的分解、提高残碳率和热分解活化能。当添加量为均为20%(质量分数)时,EP/Zn(MHP)的热分解活化能高于EP/Zn(MEP)。Coats-Redfern法推断Zn(MHP)的热分解机理为g(a)=－ln(1－α),反应级数即为1,Zn(MEP)的机理函数为g(a)=3[1－(1－α)^1/3],反应级数为1/3。EP/Zn(MHP)和EP/Zn(MEP)的热分解机理函数与EP一致,均为g(a)=[－ln(1－α)]^2/3,反应级数为2/3。

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Sn掺杂对Ca₂Si基半导体材料热电性能的影响

段兴凯, 江跃珍, 胡孔刚, 况菁, 仪登亮, 金海霞

功能材料. 2017, 48(5): 5122-5126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.022

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采用钽管封装熔炼和热压烧结技术制备了Ca₂Si_(1-x)Sn_x(x=0, 0.02, 0.04, 0.06)热电材料。利用X射线衍射(XRD)对样品的物相结构进行了表征,XRD结果表明,Ca₂Si_(1-x)Sn_x块体材料的XRD图谱与Ca₂Si的XRD图谱对应一致,但所有样品中都出现Ca₅Si₃衍射峰。当掺杂量Sn为0.06时,样品Ca₂Si_(1-x)Sn_x(x=0.06)的XRD图谱中还出现了CaSn₃相。在室温下测试了样品的霍尔系数,在300~873 K温度范围内研究了Sn掺杂对Ca₂Si电导率和Seebeck系数的影响,随着Sn掺杂浓度的增加,电导率逐渐增大,Seebeck系数则减小。分析了Sn掺杂对Ca₂Si晶格热导率和热导率的影响,Sn掺杂浓度为x=0.02和x=0.04时,晶格热导率减小,从而对热导率有所优化,其中Ca₂Si_(1-x)Sn_x(x=0.02)的热导率得到明显地改善,在300~873 K温度范围内,其热导率都低于Ca₂Si的热导率。在550~873 K温度范围内,Ca₂Si_(1-x)Sn_x(x=0.02)表现了较高的ZT值,873 K时的最大ZT值为0.22。

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ZnO:Cd纳米棒薄膜的制备及其光学氢敏性质研究

陈露, 杨晓红, 张李

功能材料. 2017, 48(5): 5127-5131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.023

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采用磁控溅射法在透明玻璃基底上制备50 nm厚的ZnO种子层,利用水热法在ZnO种子层上生长厚度大约为1 000 nm左右的ZnO:Cd纳米棒薄膜,通过SEM,XRD对其形态和晶体结构进行分析。结果表明:该薄膜是由沿C轴方向生长,呈六角纤锌矿结构的ZnO:Cd纳米棒阵列组成,并研究了薄膜型光学气敏传感器对氢气的光学敏感特性,结果表明:当工作温度为室温时,ZnO:Cd纳米棒薄膜器件对浓度为500×10^-6的氢气表现出明显的光学敏感特性,且具有良好的可重复性。

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氧化石墨烯/白炭黑对硅橡胶力学性能的协同补强效应

杨勃, 魏世林, 孙素明, 张倩, 余凤湄, 芦艾, 康明

功能材料. 2017, 48(5): 5132-5136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.024

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用机械共混的方法制备了SiO₂-氧化石墨烯(GO)/硅橡胶(MVQ)复合材料,研究了GO对SiO₂/MVQ体系的硫化过程、稳态、动态以及力学松弛性能的影响。结果表明,GO的引入一方面会提高填料网络对基体橡胶的物理补强效果,另一方面会延缓硅橡胶硫化交联速度,并降低最终的交联密度,削弱了化学补强效果。当GO的添加量为2 Phr时,硅橡胶协同补强效果最佳,与只添加SiO₂的硅橡胶相比,100%定伸强度提高了37%,拉伸断裂强度提高了17%,断裂伸长率提高了8%,平台动态模量提高了115%。加入GO后,复合材料Payne效应及松弛效应均增大,从另一个角度反映了GO与SiO₂共同形成了物理补强效果更佳的填料网络。

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一种基于超材料的雷达红外兼容隐身材料设计与验证

李君哲, 田浩, 刘海韬, 程海峰, 侯中喜

功能材料. 2017, 48(5): 5137-5143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.025

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首先阐述了基于超材料的雷达/红外兼容隐身材料设计思路,设计了一种频率选择表面和电阻型周期表面双层超材料结构形式的雷达/红外兼容隐身材料;其次,构建了雷达/红外兼容隐身材料的等效电路模型,从等效电路的角度分析了其吸波机理;最后,对设计的雷达/红外兼容隐身结构进行了实验验证。测试表明,实验结果和设计结果一致,当制备的雷达/红外兼容隐身材料的厚度<3 mm时,其反射率在4~8 GHz范围内小于-6 dB,红外发射率仅为0.298。

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氧化石墨烯改性水泥砂浆耐腐蚀性能的研究

杨雅玲, 袁小亚, 沈旭, 殷璐

功能材料. 2017, 48(5): 5144-5148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.026

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采用Hummers法和超声波分散法制备氧化石墨烯(GO),并通过SEM、FT-IR等微观手段对其结构进行了表征。并将其应用在水泥砂浆中,研究不同掺量氧化石墨烯在复合盐溶液中经长期浸泡和干湿循环作用后对水泥砂浆耐腐蚀性能的影响。研究结果表明,当GO掺量为0.03%时,水泥砂浆试件经腐蚀作用后抗折强度、抗压强度及相应的耐蚀性能均达到最高。通过SEM及能谱分析结果表明,基准试件的内部结构酥松、杂乱无章,有明显的吭噬痕迹,且试件内部含有较多的Na、S、Cl等元素。而当GO掺量为0.03%时,水泥砂浆内部结构均匀密实,无明显被腐蚀的痕迹,且试件内部无Na、S、Cl等元素,对提高水泥基材料的耐腐蚀性能起到积极作用。

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可降解聚酯型温敏性环状嵌段共聚物的控制合成研究

杨丹丹, 聂康明, 张延好, 王嵩

功能材料. 2017, 48(5): 5149-5153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.027

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应用原子转移自由基活性聚合(ATRP)和“点击”化学中铜催化的炔基/叠氮偶极环加成(CuAAC)反应相结合的方法,可控合成了环状聚(ε-己内酯)-b-(聚N-异丙基丙烯酰胺)(Cyclic-PCL-b-PNIPAM)温敏性嵌段共聚物。采用FT-IR、¹H-NMR和GPC方法表征了其共聚产物的结构、分子量及分子量分布。用TGA 、DSC和静态水接触角方法,研究了环状嵌段共聚物的热稳定性、温敏性和亲水性变化。相比于PCL-b-PNIPAM线形嵌段共聚物,由于无端基的环状拓扑结构的形成,其相应环状两亲性嵌段共聚物的热稳定性进一步提高;PNIPAM温敏性链段的相转变温度表现为37.5 ℃;亲水性亦有所变化。

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肉豆蔻酸-硬脂酸/改性粉煤灰复合相变储能材料的制备及性能研究

黄平, 丁益民, 胡婷, 张劲, 王雪

功能材料. 2017, 48(5): 5154-5158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.028

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以肉豆蔻酸(MA)和硬脂酸(SA)的二元低共熔混合物为相变储能基材、改性粉煤灰为复合基底,采用熔融混合法制备了MA-SA/改性粉煤灰的复合相变储能材料(CPCM)。利用TG/DTA与FT-IR分析研究了CPCM的热性能与结构。结果表明,MA-SA低共熔物可均匀的嵌入改性粉煤灰的多孔结构中。经过800次的吸放热循环后,CPCM的相变温度和相变焓变化都不大,表现出较好的储热稳定性,有望在储能方面得到实际的应用。

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ZnO纳米棒阵列膜在低功率UV照射下润湿性可逆转换机制研究

李慧, 张君

功能材料. 2017, 48(5): 5159-5163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.029

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通过水热合成、硬脂酸修饰的方法制备了超疏水性ZnO纳米棒阵列膜。该膜经低功率紫外辐照后,表面润湿性转变为超亲水性;在暗室中放置一段时间,则又恢复为超疏水性。ZnO纳米棒阵列膜样品经UV辐照后通过FT-IR分析发现其疏水性硬脂酸并未发生明显地光降解,这表明紫外诱导的表面润湿性转变并非由光催化去除有机物导致。继而通过对样品的XPS研究发现,氧空位(VO)在膜表面润湿性的转变中发挥了重要作用。提供了一种研究紫外诱导ZnO纳米棒阵列膜表面润湿性可逆转换机制的新途径。

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麦秸/木材均质复合无机碎料板的阻燃性能研究

潘亚鸽, 朱凌波, 唐钱, 黄清华, 卢立, 郑霞, 李新功

功能材料. 2017, 48(5): 5164-5168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.030

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以镁系无机胶粘剂和均匀混合的麦秸和木材碎料为原料,采用热压工艺,制备麦秸/木材均质复合无机碎料板。利用导热系数测定仪、锥形量热仪对比研究了普通有机胶粘剂胶合麦秸板、麦秸无机碎料板、木材无机碎料板以及麦秸/木材均质复合无机碎料板的阻燃抑烟性能。结果表明,与普通有机胶粘剂胶合麦秸板相比,无机胶粘剂能显著降低板材的热释放和烟释放;麦秸/木材均质复合无机碎料板的热释放速率(HRR)、总热释放量(THR)、烟生成速率(SPR)、总烟生成量(TSP)和质量损失均高于麦秸无机碎料板而低于木材无机碎料板,点燃时间(TTI)小于麦秸无机碎料板而大于木材无机碎料板,麦秸/木材均质复合无机碎料板具有良好的阻燃抑烟性能。

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超临界流体技术制备聚乳酸组织工程三维多孔支架实验研究

蒋静智, 苗凯, 崔海亭, 彭培英

功能材料. 2017, 48(5): 5169-5173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.031

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理想三维支架的构建是组织工程化人工器官成功的前提条件。以聚乳酸为模型材料,二氯甲烷为溶剂,利用超临界流体诱导相分离过程制备具有外部三维立体结构和内部三维互通的组织工程支架,考察了过程制备的可行性,分析了操作参数如操作压力、温度和溶液浓度对孔的形态、结构和孔壁的影响。结果表明,利用超临界流体诱导相分离过程可成功制备孔径分布均匀、互通性好、孔隙率高的组织工程用三维多孔支架,且制备周期短,工艺简单。随操作压力、温度和溶液浓度的增加,支架孔径均逐渐减小。但过程中温度太低,压力或初始溶液浓度太高均会导致聚合物富相内聚乳酸的快速结晶析出从而形成由纳米级聚乳酸颗粒粘结在一起的支架孔壁。本实验范围内较优的操作参数为:高压釜压力10 MPa,温度45 ℃,溶液浓度20%(质量分数)。

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形状记忆聚氨酯的热机械循环变形行为实验研究

张泽斌, 李建, 陈开卷, 邱博, 康国政, 阚前华

功能材料. 2017, 48(5): 5174-5179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.032

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形状记忆聚氨酯是一种热致型功能高分子材料,可以通过感知外界温度刺激而改变其分子结构并回复到初始设定形状。通过在不同温度下的单调拉伸实验,获取了形状记忆聚氨酯在玻璃态和橡胶态下力学性能参数;通过不同峰值应变下的热机械循环实验获知,在降温过程中应力升高幅度随着加载峰值应变的增加而减小,应变回复率随循环周次的增加而增加,回复比随着循环周次的增加而降低,呈现出功能退化的现象;通过机械循环和热机械循环交互作用实验发现,热机械循环和机械循环的交互作用有助于提高形状记忆聚合物的应变回复率和回复比,从而提高形状记忆聚氨酯形状记忆能力的稳定性。

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磁控溅射制备Al掺杂氮化铜薄膜研究

袁作彬, 左安友, 李兴鳌

功能材料. 2017, 48(5): 5180-5184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.033

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利用磁控共溅射方法在玻璃基底上制备出了Al掺杂Cu₃N薄膜,研究了其晶体结构、表面形貌、光学特性和电学特性。XRD结果表明Al掺杂没有引起峰位的明显变化,说明Al替代了Cu的位置或者进入晶界处,并且随掺杂含量升高,结晶度降低;扫描电子显微镜图像表明Al掺杂之后使得氮化铜晶粒形状变得不规则,晶界变得模糊,说明Al掺杂会抑制氮化铜晶体的生长;通过光学透射谱计算得到光学带隙,Al掺杂降低了氮化铜薄膜的光学带隙,并随着掺杂含量的增加而逐渐减小,实现了Al掺杂氮化铜薄膜光学带隙的连续可调,带隙减小源于Al外层电子的局域态进入氮化铜的带隙间,增加了中间态。同时四探针的测试也表明掺杂之后电阻率变小。

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碳化硅量子点荧光特性及其致病镰刀菌活体细胞标记机制

柳洪洁, 孙丰飞, 宋月鹏, 朱彦敏, 康杰, Kim Hyoungseop

功能材料. 2017, 48(5): 5185-5189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.034

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研究了腐蚀法制备的碳化硅量子点荧光特性及其致病镰刀菌活体细胞标记强度与机制。结果表明当激发光为340nm时SiC量子点光致发光强度最大,随着激发光波长增加,发射光波长出现红移现象,且具有较高的斯托克斯(Stokes)位移,由于荧光发射可以全色调谐,从而实现了致病镰刀菌的近紫外检测,可用来对自发荧光细胞的有效检测与定量分析。进一步对致病镰刀菌活体细胞SiC量子点荧光标记机制的研究结果表明,量子点通过网格蛋白依赖的内吞方式进入活体细胞内部,并均匀分布,从而实现了对致病镰刀菌的稳定荧光标记。另外基于实验结果与理论分析,提出了致病镰刀菌SiC量子点荧光标记模型。

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核电工程用高温合金丝材的研制

王明波, 贺文海, 刘海定, 王东哲, 常亮, 莫燕, 朱天奇

功能材料. 2017, 48(5): 5190-5192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.035

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研究了核电工程用GH4169丝材的冷拉变形量、固溶温度及时效热处理制度对GH4169合金冷拉丝材的晶粒度和力学性能的影响。研究结果表明,随着固溶温度的提高,合金晶粒会长大,同时合金硬度呈现降低趋势;由于加工硬化效应的影响,随着冷拉变形度的增加,合金强度随之提高,且冷拉变形度大于25%时,加工硬化对抗拉强度的贡献有明显增加的趋势。

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不同热处理对V150钻杆材料性能的影响

刘阁, 陈林燕, 宋永石, 李振宇, 何仁琪

功能材料. 2017, 48(5): 5193-5198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.036

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随着酸性油气田的陆续出现,钻杆在酸性环境下腐蚀性能的研究显得尤为重要。采用金相显微镜、万能试验机、冲击试验机、扫描电镜、能谱仪等对不同热处理后V150钻杆材料的性能进行了研究。结果表明:热处理可以提高V150钻杆材料的抗硫化氢应力腐蚀(SSC)性能及氢致开裂(HIC)性能;二次回火对V150钻杆材料的力学性能及腐蚀性能影响不大。夹杂和缺陷是导致V150钻杆材料抗SSC性能降低的主要原因。HIC试验后试样的主要腐蚀产物为Fe和Mn的硫化物,Cu,Ni等元素有利于提高G105钻杆材料的抗HIC敏感性。

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金纳米粒子的绿色可控合成及其合成机理研究

孙丽, 尹跃超, 章立新, 苏文献, 魏中

功能材料. 2017, 48(5): 5199-5204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.037

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以水溶性淀粉为还原剂,以氯金酸为前驱体,快速合成了单分散的金纳米粒子。采用紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDX)等对金纳米粒子进行表征。结果表明,合成了面心立方结构的球状金纳米粒子,其平均直径不大于40 nm,表面等离子体共振吸收峰在534~552 nm之间线性可调。系统考察了水溶性淀粉的水解时间、氯金酸添加量、反应时间等制备条件对金纳米粒子光学性能的影响并对金纳米粒子的合成机理进行了研究。实验发现,最佳水解时间为5 min,增加反应时间或氯金酸的添加量,金纳米粒子的吸收峰均发生规律性红移。

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梳形聚羧酸盐AMPS/MAA/MAAMPEG的制备与性能研究

朱军峰, 王佩, 张光华, 李俊国

功能材料. 2017, 48(5): 5205-5210. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.038

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以甲氧基聚乙二醇(MPEG,氧乙烯单元数为11,23)和甲基丙烯酸(MAA)为原料制得甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯化单体(MAAMPEG);再以该酯化单体、甲基丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料,制得具有不同长度侧链的梳形聚羧酸盐(PC)分散剂AMPS / MAA /MAAMPEG(AMAPEG)。利用核磁共振氢谱(¹H-NMR)、红外光谱仪(FT-IR)、凝胶渗透色谱仪(GPC)对分散剂分子的结构、分子质量及分布进行了表征;并将其和工业分散剂萘磺酸盐(NSF)用于彬长煤制水煤浆,结果表明,所得目标聚合物的M_w为2×10⁴~3×10⁴,分子量分散系数D在约为1.3,煤质量浓度为65%时,最佳用量为0.4%,浆体粘度约为447 mPa·s,zeta电位达到-56 mV,比萘磺酸盐具有良好的润湿效果,更好的降粘分散和稳定作用。

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Al₂O₃修饰3D-SiC/Al复合材料的制备与性能

张大川, 汪冬梅, 郑治祥, 吴玉程

功能材料. 2017, 48(5): 5211-5215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.039

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用Al₂O₃作为界面修饰剂,通过反应烧结,在SiC颗粒之间形成莫来石界面,制备SiC预制件,采用无压熔渗法制备3D-SiC/Al互穿式连续结构复合材料。基于正交实验研究了Al₂O₃添加量、预制件烧结时间、熔渗温度和熔渗时间对3D-SiC/Al复合材料抗弯强度和热导率的影响。实验结果表明,Al₂O₃添加量对复合材料抗弯强度和热导率影响显著,复合材料获得最大抗弯强度344 MPa和热导率165 W/(m·K)的制备工艺为:氧化铝添加量2.0%(原子分数),预制件烧结时间2 h,熔渗温度950 ℃,熔渗时间1 h。

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一种光敏变色水性聚氨酯涂饰剂的制备与性能研究

柴春鹏, 徐单单, 马一飞, 李帅杰, 李国平, 罗运军

功能材料. 2017, 48(5): 5216-5220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.05.040

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采用传统的水性聚氨酯合成工艺,添加市售光敏变色材料(MC粉),制备出具有光敏变色效果的环保型水性聚氨酯涂饰剂。通过激光粒度测试仪、扫描电镜、色差仪、接触角测定仪等对涂饰剂进行表征。结果表明,所制备的光敏变色水性聚氨酯(MC-WPU)涂饰剂变色效果明显;经该涂饰剂整理后的织物表面连续、平滑,且出现类似荷叶表面的乳凸结构;随着MC粉含量的增加,总色差值以及接触角逐渐增大并在MC粉含量为1.6%时达到极大值。

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2017年, 第48卷, 第5期　刊出日期：2017-05-30

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