功能材料

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杂原子掺杂的碳材料在电容脱盐方面的应用研究进展

童颖, 赵飞文, 焦雷, 赵国平, 钟素娟, 马佳, 张青科, 徐东

功能材料. 2017, 48(8): 8001-8006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.001

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主要介绍了不同杂原子掺杂的碳材料,包括杂原子掺杂的石墨烯,基于生物质材料的杂原子掺杂的碳材料,基于金属有机框架的杂原子掺杂的碳材料和其它材料在电容脱盐方面的应用。指出选择合适的脱盐电极仍是一个重要的研究内容,掺杂杂原子可以有效提高多孔碳材料的电导率和润湿性;同时如何提高脱盐电极的电荷效率和脱盐量在未来的研究工作中需要重点关注。

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掺杂金刚石电极及电化学应用研究进展

李彩霞, 张素素, 何平, 董发勤, 李洪, 杜利成, 白红梅, 王帅

功能材料. 2017, 48(8): 8007-8013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.002

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近年来,掺杂金刚石薄膜作为一种新型电极材料备受关注。掺杂金刚石电极具有宽电势窗口、低背景电流、高稳定性、低吸附性等优点,在电化学领域具有极大的应用潜力。介绍了掺杂金刚石电极的制备、电化学性质及影响因素,综述了掺杂金刚石电极在电化学合成、电分析化学和电化学水处理等领域的应用现状,展望了掺杂金刚石电极在电化学领域的应用前景。

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聚丙烯薄膜的表面结构与驻极体性能相关性研究

陈智, 陈钢进, 饶成平, 陈曦, 李超

功能材料. 2017, 48(8): 8014-8017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.003

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以聚丙烯颗粒为原料、表面纳米化石英玻璃为模板,通过热压法制得表面具有不同形貌的聚丙烯薄膜,再经电晕充电形成驻极体。采用原子力显微镜技术分析了薄膜的表面结构,并用表面电位跟踪和热刺激放电技术测试了不同表面结构聚丙烯薄膜的电荷存储性能。表面电位测试结果表明,其电荷存储性能与薄膜表面的微观结构密切相关,薄膜表面越粗糙,捕获电子的能力越强,但其电荷存储稳定性差异不大。热刺激放电技术测试结果表明,其陷阱能级与表面粗糙度无关。

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浸渍-热聚合法制备g-C₃N₄/高岭土复合材料及其性能

孙志明, 李雪, 马瑞欣, 李春全, 郑水林

功能材料. 2017, 48(8): 8018-8023. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.004

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以高岭土为载体、双氰胺为g-C₃N₄前驱体,采用液相浸渍联合热聚合工艺制备出一种可见光响应的高岭土基复合光催化材料。采用X射线衍射(XRD)、静态氮吸附仪(BET)、场发射扫描电镜(FESEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等手段对复合材料的晶相、孔结构、界面特性和光学性能进行了表征,并以罗丹明B作为目标污染物考察了不同催化剂的可见光光催化活性。结果表明,当高岭土和双氰胺的质量配比为2:4,即g-C₃N₄的实际负载量为38.82%时,所制备的g-C₃N₄/高岭土复合材料光催化性较优,其光催化速率是纯g-C₃N₄的4.18倍;高岭石与g-C₃N₄紧密结合,该复合结构能够有效地抑制光生载流子的复合,改善纯g-C₃N₄材料的吸附性能与光催化活性。

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荧光石墨烯量子点的制备及其荧光机理分析

万吉祥, 陈小源, 王聪, 方小红

功能材料. 2017, 48(8): 8024-8031. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.005

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石墨烯量子点(GQDs)因其潜在的全光谱荧光可调控性和稳定性,在环境化学、物理器件、生物医药等诸多领域被认为是最有前景的纳米材料之一。探索GQDs的荧光发光机理,调控荧光能谱,进一步开发可控性合成与生长途径和工艺,尤其可批量及规模化生产方式,是GQDs器件应用中亟待解决的关键问题。从自上而下(Top-down)法、自下而上(Bottom-up)法和表面修饰等3个方面介绍了荧光GQDs的制备及调控,比较了GQDs与其它量子点材料荧光性质的异同,并重点综述了GQDs的量子限域效应以及边缘态和表面态对其光致荧光性质的影响。

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胶乳改性水泥基材料的机理研究进展

熊辉霞, 赵文杰

功能材料. 2017, 48(8): 8032-8037. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.006

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综述了胶乳改性水泥基材料的机理在国内外研究进展。对胶乳改性水泥基材料的机理从理论角度进行了归纳与总结,主要从4个方面讨论了改性机理:在水泥水化过程胶乳具有物理作用和化学作用;在微观结构方面,胶乳中的乳胶粒子具有分散作用且能够形成乳胶膜;从孔洞结构看,胶乳能够改变水泥基材料的孔径分布、特征孔径、平均孔径、最可几孔径、孔隙率等,提高了材料的内聚强度;从胶乳自身结构来看,其链结构和聚集态结构对水泥基材料的性能具有重要作用。

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含铁Si(O)C功能材料的研究进展

范先谋, 陈明锋, 刘玉惠, 刘灿培

功能材料. 2017, 48(8): 8038-8045. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.007

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Si(O)C材料具有密度低、强度大、耐高温和抗腐蚀等特点,适用于制造耐高温及耐腐蚀器件等,已在冶金、机械、能源等领域得到广泛应用。为了拓宽此类材料的应用,通过掺杂改性并赋予其多样的功能特性是研究的热点之一,含铁Si(O)C功能材料具有优异的磁学性质、吸波性能、高温抗氧化和低电阻率等功能特性,可作为新型超高速飞行器、吸波材料、高性能发电机以及热防部件的理想材料。综合阐述了含铁Si(O)C功能材料的研究进展,并对其发展趋势进行展望。

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有机铁电材料的研究进展

夏思, 许祖勋, 董兵海, 王世敏, 宋成杰, 梁子辉, 郭海永

功能材料. 2017, 48(8): 8046-8052. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.008

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有机铁电材料所具备的独特的压电效应、光电效应、热释电效应、铁电等性能使其拥有了广阔的应用前景。其电子元件有着集成度高、响应速度快、能耗小等优点,在传感器、高密度数据存储、换能器、调制器等电子和机电器件中得到广泛应用。详细介绍了目前研究最广泛的有机铁电聚合物材料及复合材料的性能特点,有机-无机杂化铁电材料的发展概况,简单介绍了有机小分子铁电材料和铁电材料的理论研究。最后展望了有机铁电材料的发展趋势。

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高强度镀锌钢丝表面硬度与扭转性能关系研究

乔亚楠, 刘新宽, 刘平, 陈小红, 高加强, 王军艺

功能材料. 2017, 48(8): 8053-8057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.009

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对高强度镀锌钢丝的扭转性能和拉拔钢丝的力学性能及微观组织进行研究。力学性能分析表明:扭转性能好的拉拔钢丝的强度和塑性相比扭转性能差的拉拔钢丝无较大差别,然而扭转性能好的拉拔钢丝表面显微硬度比扭转性能差的拉拔钢丝低,波动相对也较平稳。微观组织研究表明:扭转性能差的拉拔钢丝表层组织无半脱碳是其表面硬度较高的主要原因。

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表面活性剂吐温-80用量对硬质闭孔型三聚氰胺泡沫的影响

胡江冰, 孙洁, 钱坤, 魏晴晴

功能材料. 2017, 48(8): 8058-8062. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.010

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以三聚氰胺、甲醛为原料合成可发性密胺树脂并制备出表面活性剂(吐温-80)含量不同的泡沫样品。通过树脂表面张力测试,发现随着吐温-80含量增加,树脂表面张力呈现先减小后不变的趋势。通过对SEM、力学测试的对比分析,研究了吐温-80含量对泡沫的微观结构及压缩性能的影响。结果显示,当吐温-80含量＜9%时,随着其含量的增加,泡孔直径逐渐减小,尺寸分布更加均匀,泡壁膜撕破程度增加,但吐温-80含量达到9%后,泡孔直径反而增大,均匀度下降。同时研究发现泡沫的压缩性能受到泡沫微观结构的影响,在吐温-80用量为5%时,泡沫的压缩强度和弹性模量分别达到最大值。泡沫的吸声性能受到泡沫结构的影响,随着闭孔率减小,吸声性能提高。

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一种新型宽发射材料的合成及其光电性能研究

施昆雁, 席昭洋, 陈柳青, 文平, 张跳梅, 王忠强, 赵波, 梁效中, 孙鹏, 曹亚雄, 王华, 刘旭光, 许并社

功能材料. 2017, 48(8): 8063-8066. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.011

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以2-噻吩甲醛、苯胺及方酸为原料合成了一种新型含噻吩基方酸菁衍生物的宽发射有机电致发光材料——1,3-二(苯基噻吩氨基)方酸(SQ),通过核磁共振、红外光谱和元素分析确定其分子结构。并研究了其光物理性能。研究发现,SQ薄膜的发射光谱位于517 nm,半峰宽105 nm。将其作为发射材料首次制备了结构为ITO/MoO₃(3 nm)/NPB(20 nm)/SQ(15 nm)/TPBi(27 nm)/LiF(1 nm)/Al(100 nm)的发光器件,得到了峰位在520 nm,半峰宽为132 nm的宽发射光谱。利用其宽发射特性,进一步设计白光器件,其结构为ITO/MoO₃(3 nm)/CBP(23 nm)/TPBi:SQ(5%,15 nm)/TPBi(27 nm)/LiF(1 nm)/Al(100 nm),此器件启亮电压为5 V,最大亮度为124 cd/m²(at 13 V),最大电流效率为0.12 cd/A,CIE为(0.30,0.33)。结果表明,通过在TPBi主体材料中掺杂SQ,利用主客体材料之间发生能量不完全传递,可实现色饱和度好的白光发射。

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超细Fe-Co颗粒的制备及表征

李世泰, 步绍静, 赵艳秋, 孙继兵, 程金云, 刘帅, 崔春翔

功能材料. 2017, 48(8): 8067-8073. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.012

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Fe-Co合金具有高的饱和磁化强度,高的磁导率,较低的矫顽力以及较小的损耗等优点,得到了广泛的应用。通过改变Fe³⁺与Co²⁺的比例,将Fe³⁺与Co²⁺同时加入到高压反应釜中,通过化学还原的方法,制备出了不同结构的Fe-Co相颗粒。随着Fe³⁺/Co²⁺摩尔比比值的降低,饱和磁化强度M_s逐渐增大,当n(Fe³⁺)/n(Co²⁺)=1:0和0:1时,饱和磁化强度分别取得最小值M_s=47.0 A·m²/kg和最大值M_s=113.1 A·m²/kg。

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基于偶氮苯的亚硫酸氢根比色传感器的设计与研究

程晓红, 钟志成

功能材料. 2017, 48(8): 8074-8078. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.013

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报道了基于偶氮苯的化合物AZO-1,可作为比色传感器,实现对亚硫酸氢根的“裸眼”检测。在化合物AZO-1的溶液中加入HSO₃^-离子之后,亚硫酸氢根可与醛基发生亲核加成反应,导致分子内电荷转移效率发生改变。相应地,溶液最大吸收峰从465 nm蓝移至410 nm,由红色变为黄色,且该变化过程肉眼可见。借助紫外-可见分光光度计,化合物AZO-1对HSO₃^-的检测灵敏度可达4.6 μmol/L。而且,得益于化学反应的专一性,该传感体系可实现对亚硫酸氢根的特异性识别与检测,对其它的阴离子则无明显响应。

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碳系填料对聚氨酯弹性体导电性能的影响

李帅臻, 李斌, 李覃, 赵梁成

功能材料. 2017, 48(8): 8079-8084. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.014

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为改善柔性传感器基体材料的力传感性能,利用物理共混的方式将碳系填料(乙炔炭黑、超导炭黑、碳纳米管、纳米石墨)填充到聚醚型聚氨酯预聚体中,经过扩链、硫化形成导电聚氨酯弹性体。分析了碳系填料在基体中的分布情况,测试了导电聚氨酯弹性体的渗滤阈值、压阻特性及压阻范围,讨论了导电聚氨酯弹性体的迟滞性与弛豫性。研究表明,乙炔炭黑在基体中分散性最好;超导炭黑填充型导电聚氨酯弹性体的导电性能与电阻弛豫性最好;纳米石墨填充型导电聚氨酯弹性体的压阻范围最小;乙炔炭黑填充型导电聚氨酯弹性体电阻迟滞性最优。

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含铁层状复合氢氧化物对膨胀阻燃聚丙烯体系的抗滴落协效作用

郝建港, 吴涛, 王绪光, 王海增

功能材料. 2017, 48(8): 8085-8091. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.015

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研究了含铁层状复合氢氧化物(LDH)对膨胀阻燃聚丙烯体系的抗滴落协效作用。采用水热法制备了镁铝LDH(MgAl-LDH)、镁铝铁LDH(MgAlFe-LDH)及镁铁LDH(MgFe-LDH),并采用XRD、FT-IR、SEM的方法对3种LDH进行了表征。采用熔融共混法制备了聚丙烯(PP)/膨胀阻燃剂(IFR)/LDH复合材料,通过极限氧指数、UL94垂直燃烧测试、热失重分析考察了阻燃复合材料的抗滴落性能、热稳定性,采用扫描电镜(SEM)表征了残炭的形貌结构。UL94垂直燃烧测试表明,含Fe³⁺的LDH,可以显著改善PP/IFR体系的抗滴落性能,添加0.8%(质量分数)的比例,达成UL94 V-0(1.6 mm)的阻燃剂添加量由23%降至21%。热失重分析表明,各LDH均可催化PP/IFR体系的热降解,同时促进其成炭,从而增强了其在高温区域的热稳定性;其中MgAlFe-LDH对材料热稳定性的影响要优于MgFe-LDH,说明LDH中Fe³⁺有一合适的比例范围,过量的Fe³⁺则起到反作用。炭层SEM分析表明,各LDH均可改善PP/IFR体系的炭层质量,含Fe³⁺的LDH协效体系,炭层刚性增强,这可解释其抗滴落的原因。

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基于电容率测量的磁流变液静置沉降特性研究

赵建柱, 孙凤涛, 王枫辰, 彭朝晖, 朱大友, 高明远

功能材料. 2017, 48(8): 8092-8096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.016

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为研究磁流变液的静置沉降特性,实现磁流变液沉降特性局部嵌入式实时动态监测,提出了一种基于电容率测量的磁流变液沉降特性测量方法。依据不同固体质量含量的磁流变液电容率的差异,通过检测以磁流变液为介质的圆柱形电容器的电容值,并计算出电容率比率与磁流变液固体质量含量的关系,表征磁流变液沉降特性。设计了磁流变液静置沉降测量装置,并对15个不同固体质量含量的SG-MRF2035 型磁流变液进行了固体质量含量与电容率测量试验。试验结果表明电容率比率与磁流变液固体质量含量呈现正相关特性,基于电容率测量的磁流变液沉降特性测量方法能够有效地用于磁流变液沉降特性测量,并可嵌入到磁流变液应用产品内部实现磁流变液沉降特性的局部、实时动态监测。

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豆渣活性炭孔结构对锂硫电池性能的影响

向楷雄, 王先友, 陈晗, 胡俊

功能材料. 2017, 48(8): 8097-8101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.017

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以固体废弃物豆渣为原料,采用化学活化法制备了不同孔结构的活性炭,并以活化后的碳材料负载硫作为锂硫电池的正极材料。采用X射线衍射、扫描电镜、热重和比表面分析仪对复合材料进行结构、形貌和孔径分析,通过充放电性能测试对锂硫电池进行电化学性能分析。电化学测试结果表明,DZC/S-5复合材料在0.1 C电流密度下首次放电比容量可达1 238.9 mA/h,经过100次循环后,比容量保持了871.3 mAh/g,平均每循环仅衰减了0.29%,库伦效率约95%,表现了最佳的电化学性能。

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共沉淀法制备CoFe₂O₄纳米颗粒及其磁电性能表征

程振宇, 代建清, 王志翔, 朱建辉, 徐接旺

功能材料. 2017, 48(8): 8102-8106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.018

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通过热力学计算确定Me-NaOH-NH₃·H₂O体系中钴离子和铁离子的最佳共沉淀pH值,然后采用化学共沉淀法制备了CoFe₂O₄的前驱体粉体,再经过热处理制得纯相CoFe₂O₄粉体,并用X射线衍射仪、扫描电镜、振动样品磁强计和精密阻抗分析仪对其进行表征。结果表明,在pH值=11.4的的共沉淀条件下制备得到前驱体粉体,经400 ℃煅烧就已经开始形成CoFe₂O₄粉体,温度继续升高生成纯相粉体;并且样品的饱和磁化强度M_s、剩磁M_r及矫顽力H_c随温度升高先增大后减小,在500 ℃(接近居里温度点)附近达到最大值分别为M_s=14.40 A·m²/kg,M_r=3.15 A·m²/kg,H_c=3.22 kA/m,与以往研究报道不同。

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壳聚糖/阿拉伯胶复凝聚鱼油微胶囊的制备及性质研究

刘恺, 胡莉, 党奇峰, 刘成圣

功能材料. 2017, 48(8): 8107-8112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.019

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研究以壳聚糖(chitosan, CS)和阿拉伯胶(acacia gum, GA)作为包裹鱼油的壁材,通过复凝聚反应制备CS/GA复凝聚鱼油微胶囊。首先通过单因素分析法,对复凝聚行为的影响因素进行研究。结果表明,当m(CS):m(GA)为1:6,1:7,壁材总浓度为3%,4%,5%,pH值为4.0,4.5,5.0,反应温度为20 ℃,反应时间为30 min时,CS与GA具有较好的复凝聚效果。以此为基础,在保证较好的复凝聚效果的前提下,确定了CS/GA复凝聚鱼油微胶囊的最佳制备工艺:CS/GA壁材总浓度为5%,m(CS):m(GA)为1:7,芯壁比为1:2,pH值为4.5,反应温度为20 ℃,复凝聚反应时间为30 min。在最佳制备工艺下制备的CS/GA复凝聚鱼油微胶囊呈规整的球形,分散性良好;粒径分布均匀,平均粒径为16.3 μm;对鱼油的包埋率和壁材的利用率分别为75.33%和81.01%。

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Pr对锌电积用Pb-Sb合金阳极板性能的影响

戴炳蔚, 于杰, 周晓龙, 刘克伟

功能材料. 2017, 48(8): 8113-8116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.020

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通过掺杂不同含量的Pr对低锑铅合金的电极电位以及相关力学性能进行改性研究,采用恒流极化、LSV、拉伸等实验测试各合金的电极电位及相关力学性能。结果表明,加入0.8%(质量分数)Pr后,Pb-Sb合金的抗拉强度提高32.66%;由于Pr能降低析氧过电位,使得Pb-Sb合金的阳极电位有一定程度的下降。Pr对低锑铅合金阳极主要性能均有较大程度的改进作用,是很好的阳极改性剂,具有较好的工业应用前景。

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海藻酸钠/丙烯酰胺/氧化石墨烯复合凝胶球的制备与吸附性能研究

吴彦晨, 戚后娟, 黄占华

功能材料. 2017, 48(8): 8117-8123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.021

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利用氧化石墨烯机械强度高、比表面积大的优良特性和海藻酸钠良好的成球性能,以海藻酸钠、丙烯酰胺和氧化石墨烯为原料,采用离子交换法制备了复合凝胶球。通过改变凝胶球的用量、pH值、温度、结晶紫初始浓度等因素,研究了凝胶球对结晶紫的吸附性能。实验结果表明,在凝胶球用量为1.5 g,pH值为7,温度为35 ℃,结晶紫初始浓度为30 mg/L时,凝胶球对结晶紫的去除率达到93.44%,吸附容量为47.08 mg/g。通过吸附等温线研究,发现Freundlich模型比Langmuir模型对实验数据的拟合更好,其相关系数R²＞0.99。热力学研究表明,该吸附过程是一个自发吸热的物理过程。凝胶球原料易得,可生物降解,因此,凝胶球在工业废水处理、染料去除、环境保护等方面有潜在的应用价值。

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Gd微量掺杂对Sm₂Ce₂O₇热物理性能的影响

张昊明, 汤安, 邵凤翔, 张红松, 晁明举

功能材料. 2017, 48(8): 8124-8128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.022

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以Gd₂O₃、Sm₂O₃和CeO₂为原材料,采用固相反应法制备了(Sm_1-xGd_x)₂Ce₂O₇固溶体。对其相结构、显微组织和热物理性能进行了研究。结果表明,成功制备了具有单一萤石结构的(Sm_1-xGd_x)₂Ce₂O₇固溶体;该系列固溶体显微组织致密,晶界清晰,其热导率随Gd³⁺掺杂量先降低后增大,热膨胀系数均随着Gd³⁺掺杂量的增加而降低。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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水性聚氨酯防眩光涂料的制备与表征

黄慧华, 朱嘉琦, 彭晓宏

功能材料. 2017, 48(8): 8129-8134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.023

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为了得到一种性能优良的防眩光涂料,通过控制后期乳化剪切时2-[(2-氨乙基)氨基]乙磺酸钠(A95)和水合肼的含量,制得不同形态和粒径大小的纳米颗粒乳液,用球形纳米颗粒的散射理论指导调控出低光泽度、高透光率的防眩光水性聚氨酯(WPU)乳液。采用红外、纳米激光粒度仪、紫外可光光度计、光泽度仪以及扫描电镜对合成的防眩光涂料进行了表征,并考察了反应条件的选择以及A95含量对WPU乳液中微球粒径和防眩光性能的影响。结果表明,当R值为1.9时,A95的含量在45%～60%(质量分数)时,乳液涂膜的防眩光性能优良,此时粒径在577.6～585 nm之间,60°入射角时的光泽度范围为20～23°,透光率可达到88%。

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A₂B₇型La_0.63(Pr,Nd,Y,Sm,Gd)_0.2Mg_0.17Ni_3.1Co_0.3Al_0.1储氢合金微观组织和电化学性能研究

杨阳, 罗永春, 梅兴志, 王浩, 邓安强

功能材料. 2017, 48(8): 8135-8141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.024

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用Pr、Nd、Y、Sm和Gd按一定比例组成混合稀土对La进行部分替代,通过分别增加混合稀土中各元素的含量获得5种合金试样(分别用Pr_0.6、Nd_0.6、Y_0.6、Sm_0.6和Gd_0.6表示),研究了混合稀土组成对A₂B₇型La_0.63(Pr、Nd、Y、Sm、Gd) _0.2Mg_0.17Ni_3.1Co_0.3Al_0.1退火合金微观结构与电化学性能的影响规律。合金相结构分析表明,合金微观组织均由主相2H-Ce₂Ni₇型和CaCu₅型第二相组成,其中Y_0.6合金的Ce₂Ni₇型相丰度最高(93.3%(质量分数))。合金中Ce₂Ni₇型和CaCu₅型相晶胞体积均随A端元素平均原子半径的减小而逐渐降低。电化学分析表明,合金放氢平台压力为0.013～0.054 MPa,最大储氢量(H_max/M)为1.23%～1.42%(质量分数),其中Y_0.6合金具有最高的电化学放电容量(404.4 mAh/g)和最佳的容量保持率(S₁₀₀=93.50%);合金电极高倍率放电性能HRD按试样Gd_0.6、Sm_0.6、Y_0.6、Nd_0.6、Pr_0.6顺序依次减小。混合稀土中适量增加Y元素可显著提高和改善合金电极的综合电化学性能。

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Au₃催化甲酸分解反应机理的密度泛函研究

刘雪云, 刘子忠, 刘红霞

功能材料. 2017, 48(8): 8142-8150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.025

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采用密度泛函理论对trans-HCOOH在有无催化剂条件下的各反应通道进行了研究,在B3LYP/6-311+G(d,p)水平上优化了反应通道上各驻点的几何构型,并计算其振动频率和零点能,通过零点能校正计算了各反应通道的活化能。结果表明,trans-HCOOH分解存在着脱氢与脱水两种途径。在无催化剂条件下,脱氢及脱水路径最佳反应通道速控步骤活化能分别高达319.0和302.2 kJ/mol,分子很稳定,很难分解。在Au₃催化下,两条路径最佳反应通道速控步活化能明显降低,分别为43.6和82.5 kJ/mol,trans-HCOOH更易按照生成CO₂和H₂的途径来进行分解,Au₃催化剂的加入活化了C—H键及O—H键,使速控步骤的活化能显著降低。

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维替泊芬-C₆₀复合物吸收光谱的理论计算

周彩华, 胡航燕, 李怀珠

功能材料. 2017, 48(8): 8151-8154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.026

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基于密度泛函(DFT)及含时密度泛函理论(TD-DFT),对临床光敏剂维替泊芬及其与C₆₀的3个复合物Ver-C₆₀(1)、Ver-C₆₀(2)和Ver-C₆₀(3)的基态和激发态性质进行了计算。计算结果发现,由于结合位点不同,C₆₀与维替泊芬相互作用的结合能和电荷转移程度也不同。C₆₀诱导复合物的轨道能级间隔降低,Ver-C₆₀(1)的最大吸收峰达到了961.69 nm的近红外区,最强的吸收强度达到10⁵。

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Bi₂O₃-ZnO复合材料的制备及其性能

陈庆国, 顾菲菲, 程雪芬, 晋晓峰

功能材料. 2017, 48(8): 8155-8159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.027

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以Bi₂O₃纳米棒为前驱体,通过溶剂热法合成了一维Bi₂O₃-ZnO复合材料光催化剂。XRD物相分析,复合材料光催化剂为六方纤锌矿结构的ZnO和四角形结构的Bi₂O₃;SEM 形貌观察,复合材料光催化剂为棒状Bi₂O₃,平均直径为(450±50) nm,长度为(5±1)μm,以及少量的ZnO纳米粒/片生长在Bi₂O₃的表面。在可见光照射下,分别以纯的Bi₂O₃、ZnO 和Bi₂O₃-ZnO为光催化剂,通过降解染料亚甲基蓝(MB)和苯酚进行光催化性能研究。

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Na₂YMg₂V₃O₁₂:Yb³⁺近红外发光材料的制备及发光性质

周晨露, 宋丹, 姚合宝

功能材料. 2017, 48(8): 8160-8163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.028

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利用溶胶-凝胶法制备了Na₂YMg₂V₃O₁₂:Yb³⁺近红外发光荧光粉。其结构和光学性能分别采用粉末X射线衍射(XRD)、可见及近红外激发和发射光谱进行了表征,并根据发光强度确定掺杂离子的最佳浓度。结合荧光寿命研究了浓度猝灭机理及基质与Yb³⁺之间的能量传递过程,对[VO₄]^3-基团到Yb³⁺可能的能量传递地方式进行了讨论并计算了能量传递效率。表明Na₂YMg₂V₃O₁₂:Yb³⁺可将紫外光有效转换到近红外光,在增强硅基太阳能电池光转化效率方面具有潜在的应用价值。

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PVA纤维/水泥界面的力学性能及对SHCC拉伸性能的影响

韦云雱, 孙明清, 王应军

功能材料. 2017, 48(8): 8164-8169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.029

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通过实验分析2种PVA纤维(纤维A和纤维B)与水泥基体的界面力学行为,探讨其对应变硬化水泥基复合材料(SHCC)拉伸性能的影响。由单丝拔出实验得出,纤维A和纤维B滑移开始时的界面剪切应力分别为3.79和1.82 MPa,且界面断裂能分别为1.16和10.18 J/m²。纤维A在滑移阶段的强化效应优于纤维B,纤维A配制的SHCC延性更好。预制缺口的SHCC试样在裂纹扩展阶段,纤维A桥联作用的刚度较大,控制裂纹张开的能力较强。含纤维A和纤维B的试样在裂纹张开过程中的余能分别为154.47和407.24 J/m²,最大桥联应力分别为4.56和4.12 MPa,满足水泥基复合材料裂纹稳态扩展准则。

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超疏水纸的制备工艺及性能分析

汪海燕, 钱怡, 孙昊

功能材料. 2017, 48(8): 8170-8174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.030

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以滤纸为基材,采用相分离法和浸泽提拉法制备超疏水纸。用单因素实验考察丙酮添加量、PP的浓度、浸渍时间、干燥温度对制得超疏水纸疏水性能的影响,用正交试验优化工艺,并分析其表面微观形貌、疏水性和稳定性。结果表明,PP的浓度对其超疏水纸疏水性影响最大,浸泽时间的影响最小,得到超疏水纸的最佳工艺条件为:PP的浓度40 mg/mL、丙酮添加量6 mL、干燥温度60 ℃、浸渍时间1 min,此条件下制备得到的超疏水纸表面接触角为163.2°,滚动角为2°。经SEM发现表面分布着微纳米铰链结构,其平均粒径约为3 μm。通过pH值溶液浸泡试验、水滴冲击试验和摩擦试验发现超疏水纸受pH值溶液的影响较小,且具有一定的稳定性。

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球磨Zn-Co DMC催化二氧化碳、环氧丙烷和琥珀酸酐的三元共聚反应及热稳定性

朱祺东, 石佳, 宋煌旺, 赵洁, 颜慧琼, 王向辉, 史载锋, 韩艾龙, 林强, 朱林华

功能材料. 2017, 48(8): 8175-8180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.031

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通过添加不同的共聚络合剂聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、聚四氢呋喃(PTMEG)和聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇(PEG-PPG-PEG),以快速高效的球磨法合成了Zn-Co双金属催化剂(DMC) 体系。采用红外(IR)、元素分析(EA)、扫描电镜(SEM)和多晶X射线衍射(XRD)测试表征Zn-Co DMC的结构和形貌。在此基础上,证明了Zn-Co DMC有效地催化二氧化碳、环氧丙烷和琥珀酸酐的三元共聚反应,并通过IR、核磁共振谱(¹H NMR和¹³C NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)和热重分析(TG)等方法对聚合产物的结构和热性能进行测试表征。结果表明,在聚合反应中,添加了共聚络合剂的DMC催化剂具有良好的催化活性且聚合物含量较高。聚合物聚碳酸亚丙酯琥珀酸酐(PPCSA)的数均分子量可达到2.2～3.9 K,分子量分布指数PDI较窄为1.05～1.08。在聚合物分子链中引入丁二酰基致使PPCSA的热分解温度相比PPC提高了60.9～70.1 ℃。

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剪切增稠胶剪切条件下的粘弹性能及其力学性能改性

蔡亮, 蒋伟峰, 张泰华

功能材料. 2017, 48(8): 8181-8185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.032

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采用流变仪测试剪切增稠胶(STG)的力学性能,分析其粘弹性与防护性能的对应关系。由应变扫描及其相应的滞回曲线分析表明应变幅值2%为STG线性到非线性转变临界应变点。由频率扫描得到随着扫描频率的增大,STG由类液态变为类固态,临界转换频率为7 Hz,在液固转换区域STG具有优异的能量吸收能力。使用无机粒子(CaCO₃、SiC、ZrO₂)对STG进行改性。测试相同粒子不同质量分数、相同质量分数不同粒子的粘弹性及其相应的滞回曲线,分析表明CaCO₃在力学性能改善方面具有明显优势。

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组合法制备MnO₂/活性碳复合电极材料及其电化学性能研究

李祥, 郑峰, 罗援, 罗泳梅, 张琼

功能材料. 2017, 48(8): 8186-8189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.033

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在不同温度的反应釜中使KMnO₄与MnCl₂进行反应并掺杂活性碳,然后组合球磨工艺制备了超级电容器复合电极材料。XRD揭示MnO₂/活性碳复合物低于140 ℃烧结5 h为水合非晶态,而165 ℃烧结时,开始呈现弱的衍射峰。通过SEM分析得出电活性复合物形貌呈现为细小环绕微纳米晶须球状。采用循环伏安、怛流充放电及阻抗谱测试MnO₂/活性碳复合电极的电化学性能。当扫描速率为10 mV/s时,MnO₂/活性碳复合电极的比电容值达365 F/g且等效串联电阻值仅为1.32 Ω。经3 000次循环后复合电极的比电容值仅下降约6%。

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温度/pH双重响应型壳聚糖纳米药物载体的制备及性能

赵婧, 苗艳青, 梁飞, 余建平, 杨鹏娟

功能材料. 2017, 48(8): 8190-8196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.034

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环境响应型纳米颗粒是一种能够随外界环境刺激信号(如温度、pH值和光等)的变化而发生快速改变,同时在结构、性质上发生突变的功能性复合物材料。温度/pH敏感纳米药物载体作为一种新兴的药物缓释体系受到了越来越多的关注。研究采用温敏型单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)和含有阴离子基团的单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)自由基共聚,制备温度敏感型聚合物poly(NIPAm-co-AMPS),利用其表面的阴离子与壳聚糖质子化氨基间的静电相互作用形成纳米颗粒。通过动态光散射仪(DLS)及扫描电镜(SEM)对粒径及其形貌进行表征,考察了浓度、pH值、质量比对壳聚糖纳米颗粒粒径的影响,并研究了其稳定性、温度、pH值响应性及生物相容性。实验结果表明,浓度为0.2 mg/mL、聚合物pH值为6、质量比为3:2时,可以形成粒径大小200 nm左右的纳米颗粒,常温放置72 h、pH值=3～6条件下体系稳定,34～38 ℃之间纳米颗粒的粒径发生突变。所制备的壳聚糖纳米颗粒毒性等级0～1级,符合生物医用材料的基本要求。该纳米颗粒在药物控释及基因载体等领域有广泛的应用前景。

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光纤光栅锈蚀传感器的Fe-C敏感膜制备方法优化

方谦, 胡文彬, 龚铮, 陈伟, 马宁

功能材料. 2017, 48(8): 8197-8202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.035

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光纤光栅锈蚀传感器将光纤光栅传感技术优势应用于钢结构混凝土的耐久性长期监测。对于基于锈蚀敏感膜的光纤光栅锈蚀传感器而言,敏感膜的质量对传感器整体性能起着关键的作用。引入脉冲电镀方法制备Fe-C薄膜,通过薄膜厚度和质量测试、传感器锈蚀实验,优化了脉冲电镀制备参数,分析和比较了脉冲电镀与直流电镀的所制备薄膜的特点,以及所制备传感器的锈蚀行为和传感寿命。通过薄膜形貌、测定薄膜附着力等方法研究Fe-C锈蚀敏感膜性能,通过加速锈蚀实验分析比较各电镀时间得到的传感器锈蚀行为,从而得到最佳电镀时间参数,并且将其与直流电镀方法进行了全面的对比。对比实验表明,脉冲电镀方法得到的Fe-C薄膜的表面平整度和附着力,以及传感器的线性工作区间和传感寿命均优于直流电镀方法得到的薄膜和传感器。

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衬底温度对直流反应磁控溅射TiN电极薄膜显微结构及导电性能的影响

周方杨, 徐进, 杨喜锐, 梁海龙, 赵鹏, 周大雨

功能材料. 2017, 48(8): 8203-8207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.036

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二氧化铪基新型铁电薄膜器件等研究提出了在低衬底温度下制备高导电性和低表面粗糙度纳米超薄TiN电极薄膜的迫切需求。利用直流反应磁控溅射方法在单晶硅基片上制备TiN薄膜,衬底温度范围从室温～350 ℃,以XPS、XRD、AFM以及XRR等为主要手段对薄膜样品的成分、物相、表面粗糙度以及厚度和密度等进行了表征分析。结果表明在350 ℃的较低衬底温度下,通过减少溅射沉积时间可获得厚度＜30 nm的高导电性TiN电极薄膜。

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TiC含量对碳纤维编织物增韧的WC-TiC-Ni层状陶瓷刀具性能的影响

安晶, 吕明, 宋金鹏, 梁国星, 张诚

功能材料. 2017, 48(8): 8208-8211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.037

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采用真空热压烧结技术,在1 500 ℃下制备了不同TiC含量的连续碳纤维编织物增韧的WC/TiC层状陶瓷刀具样品。研究了TiC的含量对连续碳纤维编织物增韧的WC/TiC层状陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响,结果表明,随着TiC含量的增加,陶瓷刀具材料的抗弯强度、断裂韧度和硬度不断减小;当TiC含量为20%(质量分数)时,材料的致密度较高,晶粒尺寸较小,因此力学性能较好;此时,抗弯强度为516.896 MPa,断裂韧度为8.3871 MPa·m^1/2,硬度为17.341 GPa。

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多晶六硼化铈的制备及性能

郝虹阳, 张久兴, 杨新宇, 王衍, 王盼

功能材料. 2017, 48(8): 8212-8216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.038

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采用放电等离子烧结技术(SPS)制备了高致密度CeB₆多晶块体,考察了烧结工艺参数对多晶CeB₆样品性能的影响。结果表明,随着烧结温度和烧结压力的升高,样品的致密度逐渐增大,力学性能显著提升。最佳烧结工艺参数为T=1 900 ℃,P=50 MPa,t=5 min,该工艺下多晶CeB₆样品的致密度为95.88%,硬度为(19.37±0.65) GPa,抗弯强度为(124.82±6.24) MPa。分别在1 500,1 600,1 700 ℃条件下,测试了该样品的热发射电流密度,结果表明随着阴极温度的升高,多晶CeB₆的最大热电子发射电流密度从3.14 A/cm²上升到18.45 A/cm²,最小逸出功为3.05 eV。

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PVDF/Fe界面电控磁性的第一性原理计算

王瑞琦

功能材料. 2017, 48(8): 8217-8220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.08.039

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利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了PVDF/Fe界面的磁晶各向异性能(MAE),发现PVDF的铁电极矩可以灵活地调控异质结的磁晶各向异性能。特别地,通过巧妙地设计界面结构产生界面磁电效应,铁电极化反转可以使铁磁金属Fe层的磁化易轴实现从面内到面外的90°翻转,为电场控制的磁存储器提供了一种新的替代方法。

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2017年, 第48卷, 第8期　刊出日期：2017-08-30

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