功能材料

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污水处理用多孔载体超临界流体技术制备实验研究

蒋静智, 苗凯, 崔海亭, 彭培英, 耿士敏

功能材料. 2017, 48(6): 6001-6006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.001

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生物膜载体是生物膜法污水处理的关键核心部分,载体性能的优良与否直接影响着生物膜法处理污水的效果。采用超临界流体诱导相分离-循环干燥工艺,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为溶质,丙酮为溶剂,超临界CO₂为非溶剂,制备了PMMA污水处理多孔载体,采用扫描电镜对载体内部结构进行表征,考察了PMMA初始浓度、CO₂压力、CO₂温度、保压时间t₁、干燥时间t₂、卸压时间t₃等操作条件对多孔载体内部结构的影响。结果表明,利用该工艺可成功制备污水处理用PMMA多孔载体,且载体孔径分布均匀、孔间连通性好、孔隙率高。实验最优操作条件为PMMA初始溶液浓度20%(质量分数),CO₂压力10 MPa、温度45 ℃,t₁ 90 min,t₂ 90 min, t₃ 90 min。

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La_0.8Ca_0.2Fe_0.5X_0.5O₃型氧化物的制备及其近红外发射率研究

刘庆生, 常晴, 李江霖, 高道武

功能材料. 2017, 48(6): 6007-6012. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.002

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利用固相反应法在1 300 ℃下合成La_0.8Ca_0.2Fe_0.5X_0.5O₃(X=Fe、Cu、Cr、Mn)氧化物,并对它们在近红外波段的发射率进行了研究和比较,通过XRD、XPS、FT-IR等对样品进行分析和表征。研究结果表明,合成的La_0.8Ca_0.2Fe_0.5X_0.5O₃型氧化物样品为单相正交晶系。掺杂后的试样较LaFeO₃在200～2 500 nm近红外波段的发射率均提高60%以上,其中Ca-Cr＞Ca-Cu＞Ca＞Ca-Mn＞不掺,可能是掺杂引入Fe⁴⁺杂质能级增强了自由载流子浓度及其带隙之间的跃迁,不同元素掺杂引起Fe³⁺↔Fe⁴⁺的跃迁程度与氧空位的浓度存在差异,导致不同掺杂元素发射率不同。La_0.8Ca_0.2Fe_0.5X_0.5O₃型氧化物材料均具有优异的近红外辐射性能,能够在高温热工节能领域发挥作用。

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硅酸镁的改性及其对稠油污水中有机物的吸附

杜国勇, 张洪铭, 李艳, 邓春萍, 汪倩, 朱盟翔

功能材料. 2017, 48(6): 6013-6017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.003

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采用焙烧酸处理成功制备了酸化硅酸镁吸附材料,通过傅里叶红外(FT-IR)、扫描电镜(SEM)和全自动化表面积和孔结构分析仪等手段对样品结构进行表征;研究了酸化硅酸镁的吸附性能,考察了吸附剂加量、pH值、温度和时间等因素对稠油污水中有机物的吸附影响。结果表明,酸化处理改变了硅酸镁表面晶体结构,微孔数量与比表面积增加;强化了硅酸镁对稠油污水的有机物吸附,将同浓度的COD去除率从52.94%提高到76.12%;吸附剂的吸附能力随温度的升高而降低;强酸或强碱性条件下有利于对稠油污水中有机物的吸附;吸附0.5 h,COD去除率可达65.58%。

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分子量对α相聚偏氟乙烯介电性能与储能特性的影响

赵月涛, 陈燕, 周榆久, 杨文耀, 徐建华

功能材料. 2017, 48(6): 6018-6022. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.004

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制备了4种不同分子量的α相聚偏氟乙烯(PVDF)膜,研究了PVDF分子量对其介电性能与储能特性的影响。研究结果表明,低分子量PVDF膜具有更窄的电滞回线,其充放电效率达到了73.05%,是高分子量薄膜的2.27倍。进一步的研究发现,在1 000 kV/cm电场下,低分子量PVDF膜的漏导电流为0.07175 μA,远低于高分子量PVDF膜,并体现出较高的电阻率(22.7 TΩ·m),更适合作为储能电容器的电介质材料。

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甲基丙烯酰氯改性电气石功能聚合物的制备与性能表征

胡应模, 李云华, 李梦灿, 候春燕, 刘权

功能材料. 2017, 48(6): 6023-6028. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.005

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通过甲基丙烯酰氯的表面改性,在电气石表面引入带双键的有机官能团制备了可聚合的有机化改性电气石,然后与甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯进行共聚合反应,成功地将电气石引入到了聚合物分子结构中,制备了含电气石的功能聚合物p(TMC/BA/MMA)。结果表明,表面改性没有影响电气石的功能特性,所得的改性电气石及其功能聚合物均具有优良的负离子释放和远红外辐射性能,电气石在共聚物中分散稳定性良好,且该含电气石共聚物膜具有优良的力学性能。

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CO₂甲烷化Ni基分子筛催化剂的研究进展

周亭, 郭芳, 许俊强, 陈志, 李军, 刘奇

功能材料. 2017, 48(6): 6029-6033. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.006

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综述了镍基分子筛催化剂在CO₂甲烷化反应中的研究进展,系统总结了不同分子筛催化剂对CO₂甲烷化反应性能的影响,分析了不同分子筛载体结构与活性组分之间的相互作用及其对活性组分Ni的分散度、颗粒尺寸、抗烧结性之间的关系,阐释了不同孔结构分子筛催化剂的构效关系及其抗烧结和抗积碳的反应机理,展望了Ni基分子筛催化剂在甲烷化反应的应用前景。

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薄膜热导率测量方法研究进展

张武康, 陈小源, 李东栋, 方小红

功能材料. 2017, 48(6): 6034-6041. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.007

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薄膜材料对微纳器件制造不可或缺,而其热导率直接限制微纳器件的散热性能,从而影响器件的可靠性。因此,研究薄膜热物理性质对于半导体器件的制造以及集成电路的设计极为重要。为此,对薄膜材料热导率测量方法进行了综述,并在分析薄膜微结构模型的基础上,对热导率测量方法进行了可行性分析,从而为薄膜材料热性能测量提供技术参考。

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碳纳米管分散性及其水泥基复合材料力学性能的研究进展

唐倩兰, 黄俊, 田国鑫

功能材料. 2017, 48(6): 6042-6049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.008

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作为一种完美的纳米纤维材料,碳纳米管拥有优异的力学、电学、热学等其它性能。在土木工程领域,将均匀稳定分散的碳纳米管用于增强水泥基复合材料,能够更好的提高水泥基复合材料的强度。主要分析了碳纳米管的分散性以及从实验研究和数值分析两方面对碳纳米管水泥基复合材料的力学性能进行了分析和总结,并对碳纳米管水泥基复合材料的力学性能进行了评价与展望。

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过渡金属表面CVD石墨烯的生长机理研究进展

吴涛, 张晓伟, 蒋业华

功能材料. 2017, 48(6): 6050-6056. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.009

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石墨烯由于其独特的优异性能逐渐成为新材料领域的研究热点。在石墨烯的各类制备方法中,CVD法已然成为大面积石墨烯制备的主流方法。与铜表面形核生长石墨烯相比,钌、铱、镍、钴等过渡金属作为CVD法制备石墨烯的衬底时,其生长机理完全不同于前者。综述了过渡金属表面CVD石墨烯的生长机理,并总结了石墨烯大规模生产和金属催化剂再利用所面临的困难和挑战。

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耐久性超疏水表面的构建及其研究进展

张艳平, 董兵海, 王世敏, 赵丽, 王二静, 万丽

功能材料. 2017, 48(6): 6057-6063. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.010

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荷叶表面的超疏水现象由于其独特的性能,在生产生活方面有很大的应用前景,然而由于其较差的耐久性,其实际的应用受到了极大的限制。主要介绍了构建超疏水表面的主要方法,重点介绍了如何构建耐久性超疏水表面,指出了其耐久性超疏水目前存在的问题,并对其未来发展进行了展望。

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稀土上下转换材料在染料敏化太阳能电池中的应用

郭海永, 赵丽, 王世敏, 董兵海, 吴亚丹, 夏思

功能材料. 2017, 48(6): 6064-6068. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.011

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染料敏化太阳能电池(DSSCs)作为硅太阳能电池的替代者引起了广大科研工作者的密切关注,然而由于DSSCs最大的太阳光吸收波长在可见光区域,限制了其光电转换效率。稀土上下转换材料通过将紫外或近红外光转换成电池可利用的可见光,应用到DSSCs中有效弥补DSSCs光吸收不足,同时还具有光散射作用、有效减小电子复合损失,提高电池稳定性。阐述了稀土对光上下转换机理,详述了近几年稀土上下转换材料在染料敏化太阳能电池中应用的研究进展。

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单相Bi_0.95La_0.05Fe_1-xCo_xO₃陶瓷的多铁性能研究

张春梅, 冉念, 刘海峰, 张行泉

功能材料. 2017, 48(6): 6069-6073. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.012

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利用高温高压技术制备了Bi_0.95La_0.05Fe_1-xCo_xO₃(x=0,0.1,0.2)陶瓷样品。研究了La和Co共掺杂对BiFeO₃的物相结构及多铁性能的影响。结构分析表明,所有样品均为菱方钙钛矿结构,同时Co掺杂引起一定的结构畸变。Co掺杂导致Bi_0.95La_0.05FeO₃中空间调制的螺旋磁结构转变为共线的G型反铁磁结构,从而导致样品室温磁性能得到明显提高。样品中介电常数随着外加磁场的增加而增加,表明在Co掺杂Bi_0.95La_0.05FeO₃陶瓷中存在磁电耦合效应。在796 kA/m外加磁场及3 kHz频率下,Bi_0.95La_0.05Fe_0.9Co_0.1O₃和 Bi_0.95La_0.05Fe_0.8Co_0.2O₃的磁介电系数分别为1.61%和1.75%。

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不对称电极介电弹性体的电致动响应与有限元分析

陈鹿民, 王晨, 王才东, 史波, 郭东杰

功能材料. 2017, 48(6): 6074-6079. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.013

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以DowCorning 186硅橡胶为介电弹性体(DE)基底膜,以精细Ag纳米颗粒和导电石墨掺杂的硅橡胶为电极,组装了不对称DE电致动膜。两电极膜存在显著的力学性能、导电性能差异,其厚度、模量、面电阻分别为96.8 μm、26.6 MPa、8.42 kΩ/cm²和179.3 μm、32.6 MPa、 3.87 kΩ/cm²。导入4 kV、2 Hz、25%占空比的激励信号,不对称DE膜发生上下振动,中心偏离平衡位置的最大振幅为3.6 mm,偏离角为17.4°。利用激光位移传感器研究了偏振位移与驱动电压、频率之间的关系,结果表明,偏振位移随驱动电压的增加而增加,随激励频率的增加而减小。同时利用ANSYS模拟了不对称DE泵膜的应力输出、功率、流量,计算结果可为研制新型智能可控微泵提供实验数据和研究基础。

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高DP竹溶解浆在NaOH/添加剂水溶液中的溶解行为

石岩, 张括, 孙海桐, 朱雅桐, 胡振兴, 郑权, 杨方

功能材料. 2017, 48(6): 6080-6085. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.014

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低温溶解纤维素的NaOH/添加剂水溶液溶剂体系因其价廉环保、溶解快速的特点引起了广泛的关注,但因为溶解能力的限制使其难于工业化。因此本文以较高聚合度(DP＞740)的商业竹溶解浆为实验原料,通过正交偏光显微镜观察了其在7%NaOH/12%尿素、9.5%NaOH/4.5%硫脲和8%NaOH/8%尿素/6.5%硫脲等NaOH/添加剂水溶液溶剂体系中低温溶解的行为。通过生成的透明纤维素溶液的粘度测试、溶解率的测定,UV-Vis光谱分析、动态光散射(DLS)测试和未溶残渣的XRD分析比较了3种NaOH/添加剂水溶液溶剂体系对高聚合度竹溶解浆的溶解能力。实验结果表明,8%NaOH/8%尿素/6.5%硫脲水溶液对竹溶解浆表现出最佳的溶解能力,约达到60%的浆纤维溶解。即不同于纯纤维素和其它低聚合度的化学木浆,纤维刚硬的高聚合度竹溶解浆在低温需要较高浓度的碱液和复配强氢键破坏能力的添加剂的溶剂体系才能获得较好的溶解效果。

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Gd_1-xHo_xCo₂的结构及磁热效应

毛宇龙, 郑志刚, 檀竹才, 余红雅, 曾德长

功能材料. 2017, 48(6): 6086-6090. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.015

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通过真空电弧熔炼的方法制备了Gd_1-xHo_xCo₂(x=0,0.2,0.4,0.6)系列化合物,利用XRD、SEM、VSM等分析设备对其结构及其磁性能进行了研究。结果表明,Gd_1-xH_xCo₂系列化合物保持纯MgCu₂类型的Laves相结构,并存在在少量的GdCo₃相。该系列化合物的居里温度随着Ho含量的增加从399 K降低到了236 K,降低幅度达到了67%,但在5 T外场下磁熵变从3.3 J/(kg·K)增加到了4.0 J/(kg·K),变化幅度不大,说明Ho元素的替代在不改变磁熵变大小的同时可以有效地调节居里温度。另外还发现该化合物在5 T外场下的制冷量随着Ho含量的增加从158.3 J/kg增加到了254.6 J/kg,增加了60.8%。也讨论了晶体结构和磁性能之间的变化规律,为进一步调节磁性能奠定基础,使得这类材料在宽温区范围内的实际应用更有竞争力。

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第一性原理研究CuZr₂的电子结构及磁性质

徐志超, 冯中学, 史庆南, 杨应湘, 王效琪, 起华荣

功能材料. 2017, 48(6): 6091-6096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.016

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运用密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算分析了CuZr₂相的电子结构及相关磁性质。计算的晶格参数与实验值相吻合。能带结构和态密度分析说明相成键峰主要来自Cus轨道,Cup轨道,Cud轨道,以及Zrd轨道。Mulliken布局分布显示了Zr向Cu电荷转移数为0.34。对电荷密度分析表明,Cu-Zr电子重叠较强,表现出明显的极性共价键。进一步对CuZr₂的积分自旋态密度和磁矩的计算表明,CuZr₂磁性质表现为顺磁性,其磁性主要来源于Zr元素的d轨道贡献。CuZr₂的顺磁性将使ZW系镁合金产生较好的电磁屏蔽性能。

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类弹性蛋白-蚕丝纤维复合材料的制备及性能研究

陈卓玥, 魏琪, 王晋荣, 龙开平, 李红民

功能材料. 2017, 48(6): 6097-6103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.017

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采用热交联、京尼平交联、原花青素交联和戊二醛/聚乙二醇交联4种方法制备类弹性蛋白-蚕丝纤维多孔支架材料。利用扫描电镜、傅立叶变换红外光谱和力学性能测试研究了交联类弹性蛋白-蚕丝纤维多孔材料的内部形态和结构。通过细胞毒性实验分析了不同方法交联类弹性蛋白-蚕丝纤维多孔材料的细胞相容性。结果表明,热交联和京尼平交联能制备出的类弹性蛋白-蚕丝纤维多孔支架材料具有较高和较稳定的力学性能,且具有良好的细胞相容性。

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核壳结构PNIPAM温敏类凝胶的自组装及性能研究

汤洁莉, 马晶

功能材料. 2017, 48(6): 6104-6108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.018

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采用无皂乳液聚合法合成了一种以聚苯乙烯为核,聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-N-丙烯酸琥珀酰亚胺酯)为壳的单分散核壳结构聚合物微球。利用FT-IR、SEM、TEM和粒度分析对制备样品的物相结构、形貌进行了测试表征。表征结果显示聚合物具有良好的单分散性和清晰的核壳结构,且聚合物微球具有良好的温敏性,其低临界转变温度(LCST)为31 ℃。进而考察了微球与菠萝蛋白酶的结合率,研究了微球所含琥珀酰亚胺酯基与菠萝蛋白酶上伯氨基的反应活性,结果表明在pH值=6.39,t=4 ℃时,微球与菠萝蛋白酶的结合率最高,且在4 h内已经基本进行完全。

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高压下多孔阳极氧化铝薄膜的制备与光学性能研究

任亚璇, 徐芹, 孙玉宝, 马红梅, 张士元, 郭玉强, 付明珠

功能材料. 2017, 48(6): 6109-6112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.019

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利用电化学方法在丙二酸的乙二醇溶液中制备多孔阳极氧化铝,并通过控制溶液浓度对氧化铝的厚度、孔径、孔间距进行了调控。实验发现,在氧化电压为500 V时制备出的氧化铝模板孔间距大,且色彩饱和度高,其UV-Vis反射波峰随着溶液浓度的增大产生红移。在浓度为1.5 mol/L丙二酸的乙二醇溶液中,制备出的阳极氧化铝薄膜孔间距能够达到400 nm,并且在红光区(约622 nm处)其UV-Vis反射光谱存在一个极大峰值。

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Pd/mpg-C₃N₄对四溴双酚A的催化加氢脱溴研究

刘柏延, 陈欢, 江芳

功能材料. 2017, 48(6): 6113-6118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.020

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以单氰胺为前驱体,使用硬模板法制备介孔石墨相氮化碳(mpg-C₃N₄),并采用光沉积法制备载钯介孔石墨相氮化碳(Pd/mpg-C₃N₄)催化剂。对所得催化剂进行表征,结果表明Pd/mpg-C₃N₄存在介孔结构,具有较高的比表面积,且Pd颗粒均匀地分散于mpg-C₃N₄表面。将Pd/mpg-C₃N₄催化剂用于四溴双酚A(TBBPA)的液相催化加氢脱溴反应中,该催化剂表现出良好的催化活性。Pd/mpg-C₃N₄催化剂的活性与表面Pd²⁺含量呈正相关;反应过程可用Langmuir-Hinshelwood模型来描述,表明TBBPA在催化剂表面的吸附是反应的控制步骤。

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镁酞菁/PHBV催化薄膜的制备及光催化性能研究

徐敏虹, 王坤燕, 潘国祥, 郭玉华, 伍涛

功能材料. 2017, 48(6): 6119-6123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.021

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将四氨基镁酞菁(MgPc)负载到PHBV上制备复合催化薄膜(MgPc/PHBV)。采用XRD、FT-IR、TG-DTA和UV-Vis DRS等表征技术对MgPc/PHBV的结构和性质进行表征。结果表明,MgPc和PHBV之间可能通过物理作用结合;MgPc的加入降低PHBV的结晶度;并且将PHBV的分解温度提高20 ℃。基于UV-Vis DRS的测试表明MgPc/PHBV薄膜具有可见光催化活性。此外,MgPc/PHBV光催化降解有机污染物甲基橙的结果表明,光照、MgPc/PHBV和H₂O₂同时存在时才能催化氧化甲基橙;光照160 min后,甲基橙剩余率为0.0%,甲基橙完全被降解。光催化氧化反应中羟基自由基发挥着关键作用。

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丝素蛋白/膀胱脱细胞基质/透明质酸复合纤维支架的制备及生物学性能研究

蒋丹, 黄建文, 邵惠丽, 胡学超, 宋鲁杰, 张耀鹏

功能材料. 2017, 48(6): 6124-6128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.022

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以丝素蛋白(RSF)/膀胱脱细胞基质(BAM)/透明质酸(HA)水溶液为纺丝液,通过静电纺丝法制备RSF/BAM/HA复合纤维支架。通过扫描电子显微镜、ELISA、MTT以及荧光显微镜对支架的形貌和体外生物学性能进行表征。结果表明,3组分比例不变时,纺丝液浓度对纤维支架形貌影响不明显;从支架中成功检测出血管内皮生长因子(VEGF)、血小板衍化生长因子(PDGF-BB)和角化细胞生长因子(KGF)及其缓释行为曲线;这些生物活性因子使RSF/BAM/HA复合纤维支架比纯RSF支架更有利于细胞的粘附与增殖。

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Dy掺杂对Sm₂Ce₂O₇热物理性能的影响

汤安, 赵永涛

功能材料. 2017, 48(6): 6129-6133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.023

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以Dy₂O₃、Sm₂O₃和CeO₂ 为原材料,采用固相反应法制备了(Sm_1-xDy_x)₂Ce₂O₇固溶体。采用XRD技术分析了其相结构,用扫描电子显微镜观察了其显微组织,用激光脉冲法和推杆膨胀法测试了其热扩散系数和热膨胀系数。结果表明,成功制备了具有单一萤石结构的(Sm_1-xDy_x)₂Ce₂O₇固溶体,该系列固溶体显微组织致密,晶界清晰。其热导率和热膨胀系数均随着Dy³⁺掺杂量的增加而降低,但均满足热障涂层的要求。该系列固溶体有潜力用作新型热障涂层表面陶瓷层材料。

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溶胶-凝胶自蔓延燃烧法合成纳米尖晶石型AFe₂O₄

薛锐, 王永强, 臧萌, 陈曦, 刘敏敏, 赵朝成

功能材料. 2017, 48(6): 6134-6138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.024

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通过溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备了系列纳米尖晶石材料AFe₂O₄(A=Cu、Co、Ni、Mg、Zn),采用DTA、XRD、FT-IR、BET、SEM、TEM、XPS等技术对样品进行了表征,着重研究不同A位元素对尖晶石材料的影响。结果表明,200 ℃时,AFe₂O₄干凝胶发生自蔓延燃烧;500 ℃时,尖晶石结构形成,有明显的正四面体和正六面体亚晶格出现,晶格尺寸在40 nm左右,均呈纳米结构;其中CuFe₂O₄为反式尖晶石结构,Fe、Cu、O所占比例分别为42%,39%,19%。BET、TEM及SEM结果发现该方法制备的尖晶石材料呈明显的片状介孔结构,比表面积在20 m²/g左右,层状结构之间距离15 nm。A位上元素不同,制备过程中自蔓延温度不同,孔结构和微观结构有较大差异。

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EDTA络合法合成SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺及其改性研究

张春祥, 吴佳, 杨凯娜, 徐志斌, 张响

功能材料. 2017, 48(6): 6139-6143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.025

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以金属硝酸盐为原料,乙二胺四乙酸(EDTA)为络合剂,采用络合法制备了Eu²⁺,Dy³⁺掺杂SrAl₂O₄的发光材料,并通过偶联剂改性和接枝聚合的方式制备了发光材料/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料。探讨了焙烧温度对产物结构的影响。采用热重-差热分析(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和发光光谱对所制备干凝胶的热分解行为、产物的结晶行为与改性包覆前后结构与发光性能的变化进行了表征。结果表明,在1 000 ℃相对较低的温度下可以获得单相的SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺,包覆前后材料的结构与发光特性基本未发生变化,而耐水性能得到较大改善,有利于发光材料在潮湿或水性体系中的拓展应用。

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磁控溅射法制备Al_xCoCrFeNi高熵合金薄膜的微观组织和力学性能研究

黄纯可, 李伟, 刘平, 张柯, 马凤仓, 刘新宽, 陈小红, 何代华

功能材料. 2017, 48(6): 6144-6148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.026

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利用磁控溅射工艺制备了不同Al含量的(0～20%(原子分数))AlCoCrFeNi高熵合金薄膜,研究了Al含量对AlCoCrFeNi高熵合金薄膜微观结构和力学性能的影响。结果表明,Al元素的加入,使得原CoCrFeNi四元合金薄膜中的(200)峰消失,Al_xCoCrFeNi薄膜呈现出(111)晶面的择优生长取向。Al_xCoCrFeNi合金薄膜形成了面心立方单一均匀的固溶体。Al元素的加入起到了固溶强化的作用,使Al_xCoCrFeNi薄膜硬度相对于CoCrFeNi合金薄膜整体提高了1～2 GPa。当Al含量为0.8时,薄膜的柱状晶宽度达到最小,Al_0.8CoCrFeNi薄膜在Hall-Petch关系作用下硬度显著增加,达到最大值18.7 GPa。

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基于石墨烯和高分子乳液的应变传感薄膜材料的研究

李苗苗, 张东

功能材料. 2017, 48(6): 6149-6153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.027

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石墨烯是一种新型二维碳材料,同时具有一系列的优异的物化性能,如高透光率、高室温电子迁移率、较大的比表面积、高热导率、超高的机械强度和优异的柔韧性,引起了人们的广泛关注。石墨烯薄膜作为石墨烯材料的一种重要形态,可以充分展现石墨烯的一些优良性能,在应变传感器、可触摸电子器件等领域有广泛的应用前景。以石墨烯和丙烯酸酯乳液聚合物为原料,利用喷涂法设计组装一种新型的、可与待检测物一体化的基于石墨烯和高分子乳液的应变传感薄膜材料,并系统的研究石墨烯用量以及高分子薄膜层厚度对石墨烯薄膜微观结构、导电性及应变传感性能的影响。

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亚胺化工艺对聚酰亚胺/纳米Al₂O₃ 三层复合薄膜耐电晕性能的影响

贺洪菊, 刘立柱, 翁凌

功能材料. 2017, 48(6): 6154-6157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.028

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以均苯四甲酸二酐和4,4’-二氨基二苯醚作为原材料,N,N-二甲基乙酰胺作为溶剂,采用原位聚合法通过不同的亚胺化工艺分别制备了3组掺杂量为12%(质量分数)的PI/纳米Al₂O₃ 三层复合薄膜。采用红外光谱(FT-IR)对复合薄膜的第1层进行了表征,并计算了不同工艺下第1层复合薄膜的亚胺化率。采用扫描电子显微镜(SEM)对三层复合薄膜的断面结构进行了表征。同时,利用光激放电(photon-stimulated discharge, PSD)测试了复合薄膜的陷阱状态,并对纯膜及复合薄膜的电老化阀值和耐电晕时间进行了测试。结果表明,随着亚胺化温度与时间的增加,第1层复合薄膜的亚胺化程度随之增加,即亚胺化率增大;随着亚胺化率的增加,复合薄膜的层间结合程度逐渐变好,复合薄膜内部陷阱密度降低,电老化阀值增加,耐电晕时间增加。

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Co修饰Au@CeO₂核壳结构一氧化碳低温氧化纳米催化材料的制备及表征

陈伊璐, 张薇宁, 贺蓓蓓, 王晓红, 徐甲强

功能材料. 2017, 48(6): 6158-6164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.029

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利用葡萄糖水热法制备了两类Co修饰Au@CeO₂核壳结构纳米催化材料:一类为保持Au@CeO₂的量不变,改变Co的加入量,该类样品命名为m%Co-Au@CeO₂(m%为样品中Co的摩尔分数);另一类是保持金含量不变,Co/Ce摩尔比改变,该类样品命名为2%Au@CeO₂-Co₃O₄X (2%为金的质量分数,X=n_Co/n_Ce×100)。利用XRD、SEM、TEM等手段,表征了两类核壳结构样品的物相结构及表面性质,并研究了样品的一氧化碳低温氧化催化性能。结果表明,CeO₂和Co₃O₄共存于样品m%Co-Au@CeO₂中,两种氧化物之间的相互作用能够抑制彼此晶粒的生长,当Co含量为40%时,样品的一氧化碳低温氧化活性最高,但仍低于未修饰样品,这说明仅靠增加Co的用量来改变材料的催化活性,并不能达到理想的效果。而在Au含量不变的条件下,通过改变Co/Ce比可使材料的催化性能得到改善,其中2%Au@CeO₂-Co₃O₄ 60的粒径最小,催化活性最好。

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MCA-ADEPH磷-氮协同阻燃剂的制备及其对PA6阻燃性能的影响

肖媛芳, 许家友, 邓海铭

功能材料. 2017, 48(6): 6165-6170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.030

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在三聚氰胺(ME)和氰尿酸(CA)分子自组装合成三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)的过程中加入二乙基次磷酸铝(ADEPH)合成一种改性MCA,磷-氮协同阻燃剂MCA-ADEPH,并对其结构进行表征;在尼龙6(PA6)中加入MCA和改性MCA,通过熔融共混的方法制备无卤阻燃PA6/MCA和PA6/MCA-ADEPH复合材料,并研究其阻燃性能和力学性能。结果表明,MCA-ADEPH中ADEPH对MCA只是物理改性,ADEPH可细化MCA粒径;MCA-ADEPH可提高PA6/MCA的阻燃性能,MCA和ADEPH可从气相和凝聚相协同阻燃PA6;在提高PA6阻燃性能的同时,PA6的力学性能并没有下降。

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掺N多孔碳/氧化镍锰和碳微纳米管的联合制备与电容性能的研究

赵捷, 李侃社, 汪晓芹, 杨玉飞, 李巧琴

功能材料. 2017, 48(6): 6171-6175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.031

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以煤基聚苯胺为碳氮源,乙酸镍、二茂镍为催化剂前驱体,采用分段控温热解工艺和KMnO₄氧化工艺,成功实现掺N多孔碳/氧化镍锰和碳微纳米管的联合制备。分析发现,碳微米管管径在150～400 nm之间,碳纳米管管径在60 nm左右,壁厚约10 nm。多孔碳以介孔为主,BET比表面积为801.59 m²/g,BJH平均孔径为47.87 nm;并成功实现N掺杂,部分N以结晶性良好的CN_x的状态存在。氧化镍锰主要以NiO的化学状态存在,伴生有NiMn₂O₄和α-MnO₂;并以纳米片的形态附着在多孔碳表面或插入在孔隙中。制备的掺N多孔碳/氧化镍锰的比电容为387.18 F/g(1 A/g),1 000次充放电后的比电容保持率为81.48%(5 A/g)。

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共载姜黄素与阿霉素的聚乳酸-聚乙烯亚胺微球的制备及体外评价

郭庆发, 周茂玲, 曹慧

功能材料. 2017, 48(6): 6176-6182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.032

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以辛酸亚锡(Sn(Oct)₂)为催化剂,1,4-丁二醇和丙交酯为原料,开环聚合生成了聚乳酸(PLA),然后用异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)偶联小分子量的聚乙烯亚胺(2 000 Da)与PLA,生成了可生物降解的嵌段共聚物聚乳酸-聚乙烯亚胺(PLA-PEI,PEA)。采用水包油包水(W/O/W)乳化溶剂挥发法,制备了共传输阿霉素(DOX)与姜黄素(Cur)的PEA微球联合给药系统。并对PEA/(DOX+Cur)微球进行了表征和考察,包括粒度分布、形貌、载药量、包封率、体外释放和细胞摄取等。通过实验结果可知,PEA微球给药系统有望为肿瘤及其它重大疾病联合治疗提供有意义的思路。

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高温化学气相沉积法制备致密碳化钽涂层

张丽, 齐海涛, 徐永宽, 王利杰, 史月增, 刘金鑫

功能材料. 2017, 48(6): 6183-6186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.033

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采用高温化学气相沉积法(CVD)在高纯高密石墨基片的表面沉积了碳化钽(TaC)涂层。通过研究气化温度、气体流量及沉积温度对TaC涂层表面质量的影响,确定了高温CVD法制备TaC涂层的工艺参数,最终获得高致密度的TaC涂层。

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PDMS/PTFE杂合固化制备自清洁超疏水涂层

占彦龙, 李文, 李宏, 胡良云

功能材料. 2017, 48(6): 6187-6192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.034

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以正硅酸乙酯(TEOS)为交联剂、二月桂酸二正辛基锡(DOTDL)为催化剂,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)与聚四氟乙烯(PTFE)超细粉杂合固化在玻璃基体上制得具有一定透明度的自清洁超疏水涂层。使用接触角测量仪、扫描电镜、傅里叶红外光谱仪对表面浸润性、形貌及结构进行表征,讨论了PTFE超细粉加入量对表面结构和浸润性的影响,探究了涂层的自清洁性能。制得的超疏水表面静态接触角最高达169.83°,滚动角2～3°,具有很好的超疏水性、低粘附力及自清洁性能。

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羧基聚苯乙烯荧光微球的制备及其溶胀机制

汪雨, 刘丹丹, 张洁洁, 韩国志

功能材料. 2017, 48(6): 6193-6198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.035

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采用无皂乳液聚合法合成了系列不同表面羧基密度的单分散聚苯乙烯微球,然后以疏水性荧光染料NBD与亲水性荧光染料ICG为原料,通过溶胀法制备了2种聚苯乙烯荧光微球。通过粒度分析仪、扫描电子显微镜以及荧光光谱对其形貌和特性进行了表征。在此基础上,研究了表面羧基密度对2种微球荧光特性的影响,进而提出了相应的溶胀机制。实验结果表明,微球表面羧基密度对2种荧光分子的溶胀行为有着截然不同的影响。

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硅氧碳纳米镶嵌复合薄膜的氧空位形成与散热基板封装

杨敏, 毛宇, 陈奋, 周瑞, 廖亮, 陈增, 刘乐雨, 姚荣迁

功能材料. 2017, 48(6): 6199-6202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.036

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自支撑硅氧碳纳米镶嵌复合薄膜具有细小等轴β-SiC纳米晶弥散分布在非晶态相SiO_xC_y和游离碳基体的复合结构。利用电子顺磁共振谱(EPR)仪对900～1 200 ℃终烧薄膜复合结构中的氧空位形成进行分析;采用丝网印刷法在薄膜表面获得两条平行高温银浆电路层,并以其为散热基板进行LED器件板上芯片封装(COB)。通过扫描电镜(SEM)与光学显微镜对薄膜微观形貌及封装结构进行观察,并通过LED热光参数测试仪对其结温进行探究。结果表明,终烧温度升高,薄膜氧空位浓度增大,g因子接近自由电子值2.0023。高温银浆导电层均匀致密保证良好电导效果。1 200 ℃终烧薄膜作为散热基板具有较好热传导与绝缘特性,其封装LED结温约为33.7 ℃,低于120 ℃限制,有望规模应用于大功率LED器件领域。

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铝锡复合材料水解制氢性能研究

官旭, 罗平, 董仕节, 熊灿

功能材料. 2017, 48(6): 6203-6209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.037

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研究了铝锡复合材料与纯水反应过程中的产氢特性。所提及的铝锡复合材料全部采用机械球磨的方法制备而成。不同成分复合材料的相组成和表面形貌分别用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)进行表征。研究结果表明,增加金属Sn的含量、提高起始反应温度、添加助磨剂NaCl和添加低熔点金属(Bi、In等),可以提高铝锡复合材料的活性,增加产氢量以及产氢速率。通过调整添加剂种类和添加量得到成分比例(质量分数)为Al-6%Sn-2%Bi-2%In的合金在25 ℃的水浴中水解30 min的产氢量为785.6 mL/g,最大产氢速率可以达到175 mL/(min·g)。

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PMN掺杂酯醚共聚聚氨酯压电阻尼材料的制备及其表征

马驰, 闫丽玲, 方庆红, 郭卓, 安然然, 李佳锡

功能材料. 2017, 48(6): 6210-6214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.038

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通过溶液共混法制备了铌镁锆钛酸铅(PMN)掺杂酯醚共聚聚氨酯压电阻尼材料,并研究了PMN含量对材料阻尼性能、压缩生热、压电性能及力学性能的影响。结果表明,PMN可有效改善材料的阻尼性能,并且可以降低材料因阻尼效应而产生的温度升高,同时也可赋予材料一定的压电性,但当PMN含量过高时反而不利于材料阻尼性能和力学性能的提高。

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液流电池用含氟磺化聚芳醚酮质子交换膜的制备

孔令涛, 陈娟, 崔青青, 陈清松, 黄雪红, 丁富传

功能材料. 2017, 48(6): 6215-6220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.06.039

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质子交换膜是液流电池的核心部件之一。以6F-双酚A(6F-BPA) 、二氟二苯甲酮(DFBP)及磺化二氟二苯甲酮(SDFBP)为共聚单体,经由逐步缩聚反应,通过调整DFBP与SDFBP的投料比,合成了3种含氟磺化聚芳醚酮,采用溶液浇铸成膜的方法制备成质子交换膜。傅立叶红外、核磁氢谱及离子交换容量的表征结果表明所合成聚合物的结构与目标产物的结构相一致。当SDFBP与DFBP的投料比为1:1时,所制备的质子交换膜具有最高的H⁺传导选择性,所组装的钒流电池在充放电流为50 mA/cm²时,电池的库仑效率、电压效率、能量效率分别达到95%,78%,74%,优于同等条件下Nafion 117膜的性能。

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2017年, 第48卷, 第6期　刊出日期：2017-06-28

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