本期目录

2018年, 第49卷, 第10期　刊出日期：2018-10-30
  

  • 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)
  • 一种新型光诱导仿生复杂形变材料的制备
    陈婷珽, 计冲, 王珺, 金桥
    功能材料. 2018, 49(10): 10001-10005. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.001
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    受自然界中植物形变原理的启示,将仿生不对称结构和形状记忆聚合物结合,探索制备具有复杂形变功能的新型仿生材料。研究利用光热转换特性,在透明的形状记忆Nafion膜表面采用黑色染料构筑图案化表面,在均匀近红外光照射下诱导出具有空间分布特点的温度场,引发局部形状回复,调控材料的复杂形变过程。该方法可通过简单的实验设计获得具有稳定结构的光诱导的复杂形变材料。与此同时,该图案化形状记忆材料的形变和表面图案均可以通过有机溶剂及后续退火过程擦除,因此,该方法可成功实现形变信息的写入,存储,显示,擦除的循环,并有望进一步发展成为一种非电子操控式的信息处理平台。
  • 涂覆型TiO2光催化材料的制备及光催化性能研究
    宋薇, 聂阳, 李世博, 李顺义
    功能材料. 2018, 49(10): 10006-10011. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.002
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    以溶液凝胶法制备TiO2溶胶,用氧化铝球为载体,采用浸渍法制备涂覆型TiO2光催化材料用XRD、SEM、UV-Vis等方式进行性能表征;将制备的涂覆型TiO2光催化材料装入自制的管式光催化反应器中,以甲苯为目标污染物,研究了其光催化性能。结果表明,氧化铝球载体涂覆前后形貌发生改变,涂覆后氧化铝球载体表面包裹一层较为均匀光滑的锐钛矿相TiO2,该晶相对紫外光源吸收率更高。并考察涂覆方式、光源、甲苯进气浓度、停留时间、相对湿度等因素对涂覆型TiO2光催化性能的影响。试验发现,在相同条件下,涂覆型TiO2比喷涂型TiO2去除甲苯效率高20%左右。且在光源为254 nm,甲苯进气浓度43 mg/m3,停留时间117 s,相对湿度70%条件下,涂覆型TiO2对甲苯去除率可高达80%左右。
  • 原子层沉积法制备氧化锌纳米管
    廖荣, 刘慧君, 柯嘉聪, 李涌春, 廖鸿韬, 罗志勇
    功能材料. 2018, 49(10): 10012-10015. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.003
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    采用原子层沉积法成功制备出了大小均匀、形貌规则、晶体质量较好的ZnO纳米管,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等对样品表面形貌和物相进行分析,得到的ZnO纳米颗粒为六角纤锌矿结构,纳米管外径2 μm,壁厚150 nm。还可选用其它孔径的聚碳酸酯薄膜以及不同的原子层沉积循环数,控制管壁的厚度,以得到不同直径的ZnO纳米管。该方法工艺简单,操作简便,无任何中间产物,可实现工业化生产。
  • 镍锰铁氧体的制备及其光催化性能研究
    奚锐, 原金海, 邹名明, 许静, 苏小东, 邱会东
    功能材料. 2018, 49(10): 10016-10019. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.004
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    针对尖晶石型铁氧体与不同阳离子匹配,就有不同电荷的特点。利用化学共沉淀法,在NaOH溶液中添加MnCl2·4H2O、FeCl3·6H2O、Ni(NO3)2·6H2O溶液,制备镍锰铁氧体前驱体,在温度600 ℃煅烧3 h得到镍锰铁氧体。利用SEM、XRD、FT-IR等方法对镍锰铁氧体的形貌和尺寸、结构进行表征分析。结果表明,生成的镍锰铁氧体为尖晶石型的软磁材料,禁带宽度约为1.14 eV,饱和磁化强度(Ms)和矫顽力(Hc)为10 A·m2/kg、9 950 A/m。制备的镍锰铁氧体可作有效的光催化剂。
  • 不同溅射功率下PEN/Ti纳米复合薄膜的制备及性能研究
    丁雨田, 陈建军, 高钰璧, 许佳玉, 柴利强
    功能材料. 2018, 49(10): 10020-10025. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.005
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    采用直流磁控溅射法,在溅射气压为7.0×10-1 Pa和不同溅射功率(72～144 W)下,制备出PEN/Ti纳米复合薄膜。研究了不同溅射功率对Ti膜微观组织、表面粗糙度、硬度及生长方式的影响规律。结果表明,直流磁控溅射法在PEN柔性衬底上沉积的钛膜是一种纳米多晶薄膜;随着溅射功率的增加,钛膜沉积速率及钛膜弹性模量皆升高,而钛膜表面粗糙度与钛膜晶粒尺寸均减小;溅射功率的增加将抑制钛膜柱状生长方式。在溅射气压为7.0×10-1 Pa,溅射功率为144 W时的工艺参数下,获得性能最佳的复合薄膜。
    • 综述·进展
  • 含F有机供-受体聚合物给体材料研究进展
    刘书强, 秦元成, 代威力, 周丹, 王国号
    功能材料. 2018, 49(10): 10026-10038. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.006
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    有机受供体聚合物薄膜太阳能电池的活性层是由共轭材料构成。其中含氟聚合物材料因氟原子的存在,有着优异的物理化学性质而被应用到有机太阳能电池的功能材料中,其不仅能提高有机太阳能电池的光电转化效率,还能增强电池的稳定性。目前已报道的基于含F聚合物的光伏器件(organic photovoltaic device, OPV)光电转化效率(power conversion efficiency, PCE)最高已达到12%,应用前景巨大。综述了3类受体单元上含F有机聚合物供体材料近几年的研究进展,并简要分析了F原子的个数以及所在区域位置的不同对器件性能的影响。最后对含氟共轭聚合物在有机太阳能电池未来的发展做出了展望。
  • 碳纳米管抗菌性能、机制及应用研究进展
    毛贻琴, 丁利君, 王浩, 刘丹
    功能材料. 2018, 49(10): 10039-10042. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.007
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    对碳纳米管抗菌性能、机制及应用领域进行较为全面的综述,分别对单壁碳纳米管和多壁碳纳米管抗菌活性及影响因素进行了阐述,结果表明单壁碳纳米管抑菌性能较好。多壁碳纳米管需要进行相应的改性能够达到良好的抑菌效果。碳纳米管对细菌的作用机理主要是细胞膜损伤、氧化应激反应和细胞粘附等作用方式。最后也简单的介绍了碳纳米管在水体净化、医用材料及食品抗菌材料的应用。由于碳纳米管的毒性和成本问题,使其应用面临着巨大的挑战。
  • 基于晶体塑性理论镁合金塑性变形行为研究概述
    刘胜伟, 杨冲, 彭艳, 高新亮, 吴璐, 石宝东
    功能材料. 2018, 49(10): 10043-10052. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.008
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    对镁及其合金的基本特点作了详细的介绍,总结概括了镁合金塑性变形过程中的滑移与孪生两种变形机制,阐述了镁合金的塑性变形是滑移与孪生两种变形机制相互竞争的结果,并对镁合金在塑性变形中孪生与退孪生现象做出了解释。简述了经典的晶体塑性模型及理论,如泰勒(Taylor)模型、萨克斯(Sachs)模型、粘塑性自洽模型(VPSC)以及晶体塑性有限元模型(CPFE)。分析国内外关于镁合金晶体塑性理论研究,主要包括塑性变形力学性能的研究、晶体塑性变形过程中各种滑移与孪生机制的开动及织构演化的研究,并利用VPSC和CPFE进行模拟,在宏观、微观、介观尺度上分析镁合金塑性变形过程中各变形机制的影响。
    • 研究·开发
  • 电沉积Cu对纳米结构Ti-16Zr合金腐蚀性能的影响
    张娇娇, 王鹤峰, 邢学刚, 杨尚余, 王昊, 司马林
    功能材料. 2018, 49(10): 10053-10058. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.009
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    采用阳极氧化法在Ti-16Zr合金表面上制备TiO2纳米管,然后通过恒电位电沉积法在TiO2纳米管上沉积Cu,获得Cu/TiO2,并分析基体Ti-16Zr合金、TiO2纳米管以及Cu/TiO2在人工模拟体液中的耐腐蚀性能。结果表明在基体Ti-16Zr合金上形成了整齐有序的TiO2纳米管阵列,平均直径大约为110 nm,管壁厚度大约为20 nm。在TiO2纳米管上沉积Cu后,其表面被相对均匀且致密的微米大小的球状颗粒覆盖,出现了明显的团聚现象。TiO2纳米管和Cu/TiO2发生了点蚀,而Ti-16Zr发生了均匀腐蚀。试样在人工体液中的耐腐蚀性排序为Ti-16Zr＞TiO2纳米管＞Cu/TiO2,即基体Ti-16Zr在人工体液中的耐腐蚀性最好。
  • PTFE自组装涂层对PPS滤料性能的影响
    杜川, 汪家道, 吴腾飞, 刘晓红
    功能材料. 2018, 49(10): 10059-10064. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.010
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    PPS滤料因其极高的性价比在烟气过滤领域中得到广泛应用,然而,PPS滤料在工作过程当中极容易遭到氧化破坏,缩短使用寿命。对PPS滤料分别进行PTFE浸渍涂层和PTFE自组装涂层处理,并通过SEM、拉伸强力仪、VDI滤料动态过滤性能测试仪等对所制备滤料的表面性能和过滤性能进行比较。结果表明,相较于PTFE浸渍涂层滤料,PTFE自组装涂层滤料纤维表面覆盖率大大提高,纤维表面颗粒覆盖率＞95%,并且纤维空隙没有多余团聚的PTFE颗粒。由于PTFE在滤料纤维表面上形成的包覆保护作用,PTFE自组装涂层滤料相较于纯PPS滤料和PTFE浸渍涂层滤料表现出优异的耐酸碱腐蚀、耐氧化性以及过滤清灰性能。因此,PTFE自组装涂层滤料技术为制备高寿命、易清灰滤料提供了一种有益的思路。
  • 应力调控TiS3单层材料电子性质的第一性原理研究
    陈卉, 董帮少, 周少雄, 李京波
    功能材料. 2018, 49(10): 10065-10070. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.011
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    采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了应力对TiS3单层材料电子性质的影响。研究发现,TiS3单层材料是直接带隙半导体,带隙1.06 eV,符合实验值。TiS3在a方向上更容易产生形变,在不同方向应力作用下,带隙、价带顶和导带底都会随应力变化而不断变化。其中,当b方向压应力增加到6%时,TiS3由直接带隙转变为间接带隙。分析载流子有效质量得到,在任何方向拉应力作用下,载流子有效质量对应力相应不敏感。在b单轴方向和双轴方向压应力作用下,载流子有效质量表现出强烈的各向异性。这一研究对深入理解应力调控TiS3的电子结构意义深远。
  • 纯聚脲防护涂层的耐海水腐蚀性研究
    林静, 吕平, 黄微波, 马明亮, 宋奕龙
    功能材料. 2018, 49(10): 10071-10074. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.012
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    研究了两种纯聚脲涂层(QF-163涂层和QF-165涂层)在120 d海水浸泡环境下力学性能和表面性能的变化规律,并结合傅里叶红外光谱(FT-IR)观察涂层腐蚀前后内部化学键的变化。力学性能研究结果表明,海水浸泡120 d后,QF-163涂层拉伸强度下降13.59%,断裂伸长率下降23.15%,硬度变化幅度较小,增加1.10%;QF-165涂层拉伸强度下降13.29%,断裂伸长率下降8.66%,硬度增加1.10%。表面性能研究结果表明,两种涂层的接触角均随浸泡时间的增长而减小,表面能则均增大,浸泡120 d后,QF-163涂层接触角下降7.77%,QF-165涂层下降4.46%。FT-IR微观结果表明QF-163和QF-165纯聚脲涂层内部化学键均没有出现明显的断键现象,涂层均具有较好的耐海水浸泡腐蚀能力。
  • 氧化处理对碳纤维表面碳纳米管修饰效果及其电磁性能的影响研究
    李宝毅, 张换换, 王东红, 张泽奎, 赵亚娟
    功能材料. 2018, 49(10): 10075-10079. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.013
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    针对碳纤维和碳纳米管作为吸波剂单独使用时存在的吸波机制单一、分散困难、无法实现宽频强吸收等问题,采用化学接枝法在酸氧化的碳纤维表面成功制备了碳纳米管,并研究了氧化处理对碳纤维表面碳纳米管接枝效果及其电磁性能的影响。结果表明,氧化处理可提高CNT的接枝量和接枝效率,进而提高其介电常数和对电磁波的损耗性能。当硝酸浓度65%,反应时间8 h时,CF表面CNT接枝率达到15.3%且无团聚发生,对电磁波具有较好的吸收效果。
  • 磁电复合材料PMN-PT/Terfenol-D/PMN-PT磁电耦合性能的有限元分析
    丁本杰, 陈剑斌, 黄斌, 杜建科
    功能材料. 2018, 49(10): 10080-10084. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.014
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    由铁电相和铁磁相组成的磁电复合材料被证明有非常显著的磁电耦合效应,近年来受到越来越多的关注。利用有限元PDE的方法对磁电复合材料PMN-PT/Terfenol-D/PMN-PT的磁电耦合性能进行了分析,主要研究了边界条件、结构尺寸对磁电耦合性能的影响。研究发现,当上下表面y方向固定,其它表面自由时,磁电复合材料长度方向伸缩更加明显,具有更大的磁电耦合系数;铁电相和铁磁相厚度比与磁电耦合系数程非线性关系,当铁电相厚度为1.1 mm,铁磁相厚度为1.9 mm时,磁电耦合系数具有最大值3.354((V/m)/A/m));当铁电层尺寸保持不变,铁磁层长度超过10 mm后,铁磁层长度对磁电耦合系数影响不明显。该理论结果可以用于提高磁电耦合性能同时达到节省材料的目的。
  • 电沉积条件对Cu-Ni-W梯度层特征影响的研究
    李孟星, 孟祥海, 张宏博, 李欣, 柳亚斌, 李运刚
    功能材料. 2018, 49(10): 10085-10093. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.015
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    在NaCl-KCl-NaF-WO3熔盐体系中,采用纯W板为阳极,Cu-Ni板为阴极,电沉积制备致密Cu-Ni-W功能梯度材料(FGM);研究熔盐组成、电流波形、电流密度、熔盐温度、电沉积时间等电沉积条件对梯度层特征的影响规律,确定出最佳工艺条件;并对Cu-Ni-W FGM表面成分及断面形貌进行了分析。结果表明,电沉积Cu-Ni-W梯度材料的最佳工艺条件是:熔盐组成摩尔比为n(NaCl)∶n(KCl)∶n(NaF)∶n(WO3)=0.3385∶0.3385∶0.25∶0.073,电流波形为脉冲电流;电沉积温度为700 ℃;电流密度为50 mA/cm2;电沉积时间为20 min。
  • 外延Y3Fe5O12薄膜的制备及其磁特性的研究
    李少珍, 王秀章
    功能材料. 2018, 49(10): 10094-10097. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.016
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    利用磁控溅射方法在Gd3Fe5O12衬底上制备外延Y3Fe5O12薄膜。在室温300 K时,改变腔内氩气压得到不同气压下制备的Y3Fe5O12薄膜。样品都在空气中进行后退火处理,退火温度800 ℃/2 h,退火升温速率是180 ℃/h,降温速率是120 ℃/h。通过测试发现薄膜的特性及膜厚等都依赖沉积氩气压PAr,沉积气压为2.394 Pa时,样品的磁特性较好。为了能充分利用Y3Fe5O12纳米结构特性,利用电子束光刻蚀方法成功制备Y3Fe5O12纳米量级结构阵列,分析磁阻尼因子变化。
  • 碱金属原子吸附在双空位缺陷石墨烯表面的第一性原理研究
    谭心, 陈路华, 刘尧尧, 刘志鑫, 未雪原
    功能材料. 2018, 49(10): 10098-10103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.017
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用了基于密度泛函(DFT)的第一性原理方法进行了计算,研究了双空位缺陷(DV)的存在对碱金属原子吸附在石墨烯表面的性质的影响以及碱金属原子在缺陷石墨烯表面的吸附迁移行为。与本征石墨烯相比,DV缺陷石墨烯表面更容易吸附碱金属原子,且碱金属原子位于DV缺陷正上方时吸附更加稳定;电荷密度分布和Bader电荷计算表明,碱金属元素与缺陷石墨烯的结合方式表现出离子性,电荷由碱金属原子向石墨烯转移;迁移计算的结果表明DV缺陷的存在不利于碱金属原子在石墨烯表面的迁移。
  • Au-Ag合金纳米球光学特性调控的理论研究
    罗道斌, 师博, 骞来来, 秦毅盼
    功能材料. 2018, 49(10): 10104-10107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.018
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    理论研究了Au-Ag合金纳米球的消光特性、近场场强特征,并分析了颗粒的半径及合金比对其光学特性调控。通过分析Au-Ag纳米颗粒的消光特性,研究发现通过优化组合颗粒半径和合金的比例,可以实现Au-Ag合金颗粒在可见光波段实现高通滤波;特定入射波长下,通过改变合金比例,可对纳米颗粒周围的场分布增强因子调控。
  • 杂多酸对杨木燃烧过程中热/烟释放行为的影响
    吴袁泊, 袁利萍, 黄自知, 胡云楚, 汤连东, 李慧, 胡进波
    功能材料. 2018, 49(10): 10108-10116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.019
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    对比经H3PMo12O40(PMA)、H3PW12O40(PTA)、H3SiW12O40(TSA)等杂多酸浸渍的杨木粉的热解过程和热、烟释放特性参数,探究杂多酸对杨木热解过程的影响及其作用机制。利用热重分析仪(TGA)、锥形量热仪(CONE)研究3种杂多酸对杨木粉热解TG、DTG曲线、热释放速率(HRR)、总热释放速率(THR)、生烟速率(SPR)和总烟释放量(TSP)等参数的影响;并采用FT-IR红外光谱和拉曼光谱表征高温残炭的结构。TGA结果表明,3种杂多酸均可有效降低杨木热解的Ti、Tmax、Rmax并提高CR740 ℃,其中,S-wood/PMA具有最低的最大热失重温度(Tmax)及最大热失重速率(Rmax)较S-wood分别降低了17.5%和23.3%,而S-wood/PTA在740 ℃时热解炭残余量(CR740 ℃)最高,其次是S-wood/TSA;CONE结果表明,杂多酸/杨木试样的HRR、THR、SPR、TSP以及COY等参数有显著地降低,S-wood/PMA具有最低的热、烟释放参数,其最高释热峰峰值(PHRR)和THR较S-wood分别降低了31.6%、67.5%,SPR和TSP较S-wood分别降低了86.0%,87.5%。FT-IR及Raman分析显示,杂多酸/杨木试样残炭中缔合O—H和不饱和CC含量明显增加,并有酯键和MoO3、WO3、SiO2等化合物存在,同时AD/AG有所减小。因此,杂多酸通过高温分解催化杨木脱水成酯、固化成炭,有效地降低杨木粉的热解速率,延缓热解过程,表现出良好的阻燃和高效的抑烟作用。其中,H3PMo12O40对杨木粉的阻燃、抑烟效果最佳。
  • 杨梅单宁泡沫的制备工艺研究
    徐洋, 李斌, 周晓剑, 李涛洪, 杜官本
    功能材料. 2018, 49(10): 10117-10122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.020
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    研究利用化学方法分析了杨梅单宁的主要结构,并利用杨梅单宁和糠醇等生物质原料来制备单宁泡沫塑料。系统对泡沫的表观密度、粉化程度、吸水率、压缩性能、阻燃性能和泡孔形态进行表征。研究得出,在该工艺下制备的泡沫,孔径和形态均匀分布,密度可控,最大压缩强度为0.23 MPa,氧指数为34.71%,属于难燃材料;24 h吸水率高达842.07%,有在鲜花保湿领域应用的巨大潜力。
  • 玄武岩-碳纳米纤维增强聚合物复合材料的制备及力学性能研究
    史春娟
    功能材料. 2018, 49(10): 10123-10126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.021
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    以玄武岩纤维(BF)和纳米碳纤维(CNF)为增强相制备了玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)复合材料和玄武岩-碳纳米纤维增强聚合物(BF-CNFRP)复合材料。利用万能试验机、扫描电子显微镜研究了复合材料的拉伸、弯曲、冲击等力学性能和断口形貌。结果表明,加入0.5%(质量分数)CNF的BF-CNFRP复合材料,在拉伸实验中具有更强的拉伸强度,拉伸强度增加了约20%;在弯曲试验中具有更好的残余抗折强度和弯曲性能,当温度高于50 ℃时,抗弯强度提高了13%～15%;在冲击试验中表现出更好的能量吸收和变形性能,抗冲击强度提高了8%～17%。对复合材料断裂界面进行SEM观察,探讨了BFRP和BF-CNFRP复合材料界面处的作用机理,为BF-CNFRP复合材料力学性能的提高提供了理论支持。
  • 羧甲基壳聚糖硫代衍生物的制备及其在油田回注水中对Q235B碳钢的缓蚀性能研究
    范金福, 刘猛, 张晓辰, 曲文娟, 李少香
    功能材料. 2018, 49(10): 10127-10132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.022
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    通过引入疏水部分成为表面活性聚合物,进一步改性羧甲基壳聚糖,合成活性较高的羧甲基壳聚糖硫代衍生物;利用红外光谱(FT-IR)对合成产物进行表征,用失重实验和电化学实验研究了羧甲基壳聚糖(cmch)和羧甲基壳聚糖硫代衍生物(thio-cmch)对Q235B钢在60 ℃下油田回注水的缓蚀性能,并用热台显微镜对金属腐蚀形貌进行分析。结果表明,cmch随含量的增加先增大后趋于平缓,在200 mg/L时缓蚀率最大为87.81%;thio-cmch随含量增加逐渐趋于平缓,在300 mg/L时缓蚀率最大为93.89%;cmch和thio-cmch在碳钢表面的吸附遵循Langmuir规律,为自发进行的混合型缓蚀剂。
  • 镍钴元素比对富锂锰基材料电化学性能的影响
    邱家欣, 江奇, 高艺珂, 彭俊琪, 卢晓英, 胡爱琳, 徐君, 蔡玉东
    功能材料. 2018, 49(10): 10133-10139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用两步煅烧的高温固相法制备富锂锰基材料Li1.2Mn0.54Co0.13+xNi0.13-xO2材料,通过控制镍钴元素比得到了一系列富锂锰基材料,重点研究了所得材料的首次充放电性能、循环性能和大电流充放电性能。利用XRD、SEM和氮气吸脱附仪分别对制备材料的结构和形貌进行表征,采用恒电流充放电、循环伏安法及交流阻抗技术对制备材料进行电化学性能测试。研究结果表明,随着Co含量的增加,材料的层状结构趋于明显,层间结构更加紧密,团聚程度逐渐增大,材料的比表面积先增大后减小。当镍钴比为1∶1时,材料拥有良好的低倍率性能和循环性能,在0.2 C倍率下的放电比容量为204 mAh/g,0.5 C倍率下40次循环的容量保持率为97.1%;而当镍钴比为1.6∶1时,材料拥有良好的2 C倍率充放电性能。
    • 工艺·技术
  • 反相微乳液法制备球形金刚石堆积磨料与性能研究
    刘菊, 万隆, 洪秋, 常闯
    功能材料. 2018, 49(10): 10140-10144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以无机硅溶胶为结合剂,金刚石微粉为单颗粒磨料,以异辛醇、无水乙醇、OP-10的混合液为微乳液体系,采用反相微乳液法制备球形陶瓷结合剂金刚石堆积磨料。利用扫描电镜、表面粗糙度仪等表征手段考察不同结合剂量对球形金刚石堆积磨料的显微结构、抛光性能影响。结果表明,采用反相微乳液法能获得球形度较好的金刚石堆积磨料。在660 ℃下烧结,异辛醇等有机物能充分分解,溶胶结合剂以薄膜的形式对金刚石颗粒进行较好的包覆,堆积磨料粒径可控制在50～100 μm。抛光实验表明,随着结合剂量的增加,抛光速率先增大后减小,在结合剂含量为50%(质量分数)左右时加工效率最高,玻璃表面粗糙度先减小后增大,在结合剂量为55%(质量分数)左右时,工件的表面一致性较好,粗糙度最低,约为Ra 0.095 μm。
  • 肉豆蔻酸-十四醇/二氧化硅复合相变材料的制备及性能研究
    刘晓, 孙志高, 李娟, 李翠敏, 黄海峰
    功能材料. 2018, 49(10): 10145-10149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    利用肉豆蔻酸(MA)和十四醇(TD)复合制备出二元共熔混合物作为储能基元,以二氧化硅作为载体材料,采用溶胶-凝胶法制得MA-TD/SiO2定形复合相变材料。在70 ℃温度条件下,采用扩散-渗透圈法确定MA-TD相变材料和正硅酸乙酯(TEOS)的最佳质量配比为1∶2。扫描电镜(SEM)观测发现复合相变材料外观近球形,储能基元被固定到SiO2多孔网络中;DSC检测结果表明复合相变材料的相变起始温度为23.46 ℃,相变潜热为83.07 kJ/kg;红外光谱(FT-IR)测试结果显示相变材料和SiO2之间为物理复合,未出现新物质;300次0～60 ℃冷热循环后MA-TD/SiO2复合相变材料的失重率仅为0.67%,具有良好的热稳定性。
  • 聚酯纤维增韧二氧化硅气凝胶的制备及其性能
    周俊伶, 史明佳, 龙丹, 王冠然, 时洪民, 李双红, 刘明昊, 张冰鑫, 李贞玉
    功能材料. 2018, 49(10): 10150-10154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    二氧化硅气凝胶作为一种轻质、多孔的新型纳米材料,由于其结构的独特性及优异的隔热性能,使其在高温隔热、吸附、催化等领域具有广阔的应用前景。对二氧化硅气凝胶的应用开发具有重要意义。以二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMTS)为混合硅源,甲醇和水为溶剂,在原有的高疏水性基础上进一步以聚酯纤维为增强相,通过溶胶-凝胶及常压干燥等步骤,实现了增韧SiO2气凝胶复合材料的制备。所得气凝胶平均孔径约为5～10 μm ;气凝胶的孔容约为 5.52 cm3/g;最高抗压力在6 MPa左右;重复吸附次数可达30次以上,最佳吸附为6.5 g/g;有望在吸附材料等领域得到应用。
  • 不同温度下ZnO/ZnSe复合结构的制备及光催化性能
    鲁浈浈, 张琪, 何杨
    功能材料. 2018, 49(10): 10155-10159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以氧化锌(ZnO)、硒粉(Se)以及硼氢化钠(NaBH4)为原料,采用浸渍覆膜法,在不同保温温度下(50,70和90 ℃),制备出具有核壳结构的ZnO/ZnSe纳米光催化材料。采用透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(RAMAN)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)、光催化性能测试等手段对其样品的结构、形貌以及光催化性能进行了表征。通过测试复合结构对一氧化氮(NO)的降解能力,评估其光催化效率。结果表明,样品的保温反应温度越高,附着在ZnO晶体表面的ZnSe颗粒越密集,纳米棒的核壳结构越明显,制备的ZnO/ZnSe样品在金卤素灯照射下降解氮氧化物的速率与降解效果也越明显。但考虑到制备过程的便捷、环保等因素,保温温度70 ℃为制备具有核壳结构的ZnO/ZnSe纳米光催化材料的最佳温度条件。
  • 钙长石/顽辉石复合陶瓷的合成及其热震性能研究
    宋谋胜, 张杰, 李勇, 王应
    功能材料. 2018, 49(10): 10160-10165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.028
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以锰渣为主要原料,添加适当滑石、铝矾土、石英,在1 100～1 200 ℃温度内采用固相烧结而合成了钙长石、顽辉石陶瓷。结果表明,单相钙长石在1 100～1 200 ℃烧结温度内均能生成,而顽辉石相的烧结温度需超过1 140 ℃,烧结温度达1 200 ℃则会出现过烧现象。同时,原料中的重金属离子Mn2+能够溶解到产物相的晶体结构中而实现对锰污染的“解毒”。热震测试表明,随热震次数增加,1 160 ℃温度下烧成的钙长石/顽辉石复相陶瓷的强度先降低,后逐渐回升并趋于稳定。经30次热循环后材料的抗折强度仍高达102.45 MPa,相对于热震前仅减少2.21 MPa,损失率仅2.11%。热震类似于淬火强化,材料优良的抗热震性能与钙长石、顽辉石较低的热膨胀系数有关。
  • S掺杂TiO2/硅藻土复合光催化材料的制备及其特性研究
    裴俊绅, 陈勇, 谷科成, 彭小红, 陈逸
    功能材料. 2018, 49(10): 10166-10171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.029
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以钛酸四丁酯为前驱体,以硫脲为S源,硅藻土为载体,用超声辅助溶胶-凝胶制备了S掺杂纳米TiO2/硅藻土复合光催化剂。采用差示量热扫描分析仪(DSC)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射(UV-Vis)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)等测试技术对复合材料的结构进行表征。选用煅烧温度,不同S掺杂量,不同TiO2负载量及重复使用等作为影响复合材料光催化性能的因素进行探究。结果表明,当煅烧温度为500 ℃,S掺杂量为7.5%,TiO2负载量为40%的条件下制备的催化剂有着最佳催化活性,在500 W紫外灯照射下,复合材料的光催化去除TNT(50 mg/L)的效果最佳,达到86.3%,且复合材料具有良好再生利用性能。
  • MgO-B2O3二元体系微波介电材料的制备及性能研究
    张海林, 林同智, 陈秀丽, 周焕福
    功能材料. 2018, 49(10): 10172-10175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.030
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    以MgO和B2O3为原料,采用固相法合成了0.67MgO-0.33B2O3陶瓷。利用 X射线粉末衍射仪和阿基米德法研究了烧结温度、烧结时间对陶瓷材料的晶相、介电常数、品质因子Q·f值等性能的影响。结果表明,烧结温度为1 290～1 350 ℃时,0.67MgO-0.33B2O3陶瓷的介电常数并没有显著的变化。当烧结温度在1 350 ℃以上时,陶瓷则会形成MgO和Mg3B2O6晶相,两相共存;烧结时间对0.67MgO-0.33B2O3陶瓷的品质因子Q·f值具有极大的影响;在1 330 ℃的空气中烧结1 h时,得到最高的品质因子Q·f值为270 200GHz,介电常数为7.6。
  • 氮/磷双掺杂聚吡咯基多孔碳的制备和电容特性
    陈楠楠, 季辰辰, 李志伟, 米红宇
    功能材料. 2018, 49(10): 10176-10183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.031
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以聚吡咯为碳源,通过一步碳化-活化法制备了氮/磷双掺杂分级孔结构的多孔碳。在6 mol/L KOH和1 mol/L Na2SO4电解液中研究了所制备多孔碳的电化学电容性能。研究表明,活化后的碳材料A-Z0比表面积高达1 433 m2/g,总孔体积为0.96 cm3/g,氮和磷元素的含量分别为1.78%和0.24%,证明A-Z0为氮/磷双掺杂的高比表面积的多孔碳。由于高的比表面积、分级孔道结构以及氮/磷官能团的协同作用,A-Z0材料表现出较为优异的电化学特性。在电流密度为0.5和30 A/g时,其比电容分别达到209.3和176 F/g,显示出高的比电容和倍率特性。此外,该材料也显示出优异的循环稳定性(4 A/g下循环10 000圈后电容保持率为98%)。在中性电解液中,A-Z0组装成的对称两电极电容器呈现出高的能量密度(13.3 Wh/kg),表明该材料在超级电容器等领域具有潜在应用前景。
  • 不同减水剂对氧化石墨烯掺配水泥胶砂力学性能及微观结构的影响
    袁小亚, 曾俊杰, 牛佳伟, 秦泽海
    功能材料. 2018, 49(10): 10184-10189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    氧化石墨烯(GO)极易在高钙高碱性水泥浆中发生聚沉。研究了不同聚羧酸系(PC1、PC2、PC3)、氨基磺酸系(A1)以及脂肪族系(B1)等几种减水剂对GO的分散效果,并考察了不同减水剂对GO复配水泥砂浆抗压强度、抗折强度、流动度的影响。结果表明,GO掺量都为0.03%情况下,PC2型减水剂对于GO掺配的水泥胶砂试件力学强度的提升最大,3 d抗压强度和抗折强度相比基准试件分别提高了45.26%,50.66%;28 d抗压强度和抗折强度也相比基准组提升了27.24%,9.3%。流动度方面,与基准试件相比,除PC1外,其余几种减水剂均可使GO掺配砂浆的流动度几乎保持不变。硬化水泥石的X射线衍射谱(XRD)和扫描电镜(SEM)测试结果表明加入PC2,能有效的促进早期水泥水化产物Aft晶体的生长,大幅度提升了水泥胶砂早期抗折和抗压强度。红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱(Raman)的结果表明,减水剂PC2能使GO在模拟的水泥浆中分散性更好,且GO中的环氧基团可参与水泥水化反应,使得GO与水泥水化产物之间有较强的界面作用力。
  • LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2陶瓷靶材制备性能研究
    刘欢, 赵江涛, 沈金城, 董磊, 王晨, 姚蕾, 杨海涛
    功能材料. 2018, 49(10): 10190-10193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用传统的常压固相烧结的方法制备了LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2陶瓷靶材。研究了不同烧结温度对于LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM,523)陶瓷靶断面形貌、物相及晶型结构、相对密度和抗弯强度的影响。通过对NCM陶瓷靶材进行分析表征,研究结果表明,在烧结温度为1 100 ℃时,靶材具有最优的各项性能,其相对密度为98.8%,抗弯强度为65.7 MPa,其各项力学性能均已经到达射频磁控溅射镀膜机所需性能,适合于工业化生产。
  • 网状Au@Ag微纳结构基底的制备及其SERS性能研究
    朱奂文, 但雅倩, 王军, 李玉良
    功能材料. 2018, 49(10): 10194-10198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.034
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    通过调节多孔阳极氧化铝(AAO)模板的孔径的大小,用电子束蒸仪器在其表面蒸镀银金属,然后再进行金的蒸镀修饰,获得具有Au@Ag结构的信号灵敏的表面增强拉曼(SERS)衬底。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、紫外可见吸收光谱仪、拉曼光谱仪对样品进行表征,其结果表明,制备的样品具备网状分布的Au@Ag微纳阵列结构。检测基底具备优异的SERS增强效应表明,用于检测的罗丹明6G(R6G)溶液残留浓度可低值10-12 mol/L。该实验方法操作简单可控,且成本低廉、产率较高,可为制备高灵敏和高稳定性的SERS衬底提供了一个可行的方案。
  • 水性聚氨酯乳液的无溶剂法制备及乳化工艺研究
    李宁, 李震, 熊晓莉, 陈盛明, 张珂, 李有刚
    功能材料. 2018, 49(10): 10199-10204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.035
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、新戊二醇己二酸酯二元醇(NPGA-1500)为主要原料,以三乙胺(TEA)为中和剂,以乙二胺(EDA)为扩链剂,通过无溶剂法制备了水性聚氨酯乳液。研究了搅拌转速、三乙胺中和时间、乳化温度、加水速度、乙二胺扩链方式等因素对无溶剂型水性聚氨酯乳液性能的影响。结果表明,在3 000 r/min转速、5 min中和时间、40 ℃乳化温度、50 mL/min加水速度、乙二胺后扩链的条件下,可制得粒径为(180±19) nm,且稳定性和涂膜力学性好的无溶剂型水性聚氨酯乳液。
  • 乙二醇溶剂热法制备K0.5Na0.5NbO3陶瓷粉体
    周媛, 蔡艳芝, 李玉祥, 吴华霞
    功能材料. 2018, 49(10): 10205-10210. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.036
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用乙二醇溶剂热法制备K0.5Na0.5NbO3陶瓷粉体,系统研究了V(EG)/V(H2O)、反应温度、前驱液浓度对粉体物相、形貌及颗粒尺寸的影响。结果表明,反应温度230 ℃,反应时间7 h,V(EG)/V(H2O)≤3∶2可获得纯相的K0.5Na0.5NbO3粉体;温度升高粉体的结晶性变差;当溶液浓度为6 mol/L时,粉体出现球形和正方体两种形貌,反应物浓度增大粉体均出现正方体形貌且颗粒尺寸减小,当浓度为10 mol/L、V(EG)/V(H2O)=1∶4时,粉体颗粒尺寸最小。
  • 环氧改性水性聚氨酯的合成及因素分析
    郑禹, 胡萍, 张信, 黄振雄, 李珂, 黄樟华
    功能材料. 2018, 49(10): 10211-10215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.037
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚丙二醇2000(PPG2000)、2,2-双(羟甲基)丙酸(DMPA)为主要原料合成预聚体,环氧树脂(E44)开环合成环氧改性水性聚氨酯(EWPU),考察了不同影响因素对EWPU乳液及胶膜性能的影响。首先,通过FT-IR证实了环氧改性水性聚氨酯的合成;然后,经过TG测试证明了改性后水性聚氨酯耐热性能优于水性聚氨酯;最后详细探究了DMPA量、—NCO与—OH的摩尔比(R值)、硬单体配比以及环氧量对EWPU乳液粒径、贮存稳定性、涂膜耐水性、涂膜耐磨性和力学性能的影响。结果表明,当DMPA量为5%、R值为1.5、硬单体配比为35%、EP量为8%时,EWPU乳液的综合性能最优。
  • 草酸辅助制备WO3/WO3·H2O粉体及光致变色性能
    宋敬敬, 毛伟伟, 王萍萍, 严回, 张现峰, 李倩
    功能材料. 2018, 49(10): 10216-10220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2018.10.038
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    在草酸辅助下采用水热法制备WO3/WO3·H2O粉体。主要探讨草酸用量对粉体形貌及光致变色性能的影响。XRD、SEM结果表明,草酸与钨酸钠摩尔比为0∶1和0.025∶1时,粉体为六方相WO3,呈带刺微球状结构;摩尔比增大至0.075∶1和0.10∶1时,合成的粉体为正交相WO3·H2O,结晶度较高,呈纳米花状结构,由四方片叠加在一起形成。其中摩尔比为0.075∶1制备的纳米花结构完整,粒径分布均匀约3 μm,四方片长约1.5 μm,厚约160 nm。光致变色性能最好,色差值为32.68。
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