2017年, 第48卷, 第9期　刊出日期：2017-09-30

  

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  超级电容器用镍钴硫化物电极材料的研究进展

  肖富强,袁大庆,朱升云,朱基亮

  功能材料. 2017, 48(9): 9001-9006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.001

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  超级电容器(supercapacitor, SC)是近年出现的高功率、高能量密度和长循环寿命的新型储能装置,利用表面双电层储能或在材料表面及近表面与特定离子发生快速可逆的法拉第反应储能。镍钴硫化物电极材料具有比单一硫化物和相应氧化物更高的导电性,同时两种金属离子的协同作用使其具有优异的电化学性能。结合近年相关文献报导,综述了镍钴硫化物电极材料的工作原理、制备方法、电化学性能及其优缺点,展望了其在储能机理和结构设计上的研究前景。
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  石墨烯含量对铝空气电池正极电化学性能影响

  冯攀,俞小花,李永刚,俞双林,李荣兴,谢刚

  功能材料. 2017, 48(9): 9007-9010. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.002

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  以氧化还原法制备石墨烯,通过水合肼还原得石墨烯,通过共沉淀法制备石墨烯/MnO₂复合材料,将所得的复合材料进行SEM和XRD分析,通过电化学性能测试及在铝空气电池中的应用,得出的不同石墨烯含量的石墨烯/二氧化锰的电化学性能,发现含石墨烯50%的GN/MnO₂的复合材料的效果最佳,在20,40,60,80,100和120 mA/cm²的电流密度下放电平台为1.25,1.06,0.95,0.87,0.80和0.76 V。
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  VO₂/rGO复合材料的制备及作为高容量锂离子电池负极的研究

  肖仲星,彭志光,王海燕,唐有根

  功能材料. 2017, 48(9): 9011-9017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.003

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  采用简易的一步水热法实现了VO₂和rGO的有效复合,通过XRD、SEM、Raman等手段对复合材料的结构和形貌进行了表征,评估了该材料作为锂离子电池负极的电化学性能。结果显示,VO₂为片状形貌,氧化石墨烯在水热反应中被还原,与VO₂片形成了良好的复合结构。电化学数据显示,在100 mA/g电流密度下, VO₂/rGO复合材料可逆容量高达621.8 mAh/g,远高于石墨的理论容量(372 mAh/g)。在300 mA/g电流密度下,该材料在100次循环后容量保持在384 mAh/g。更重要的是,在2 000 mA/g电流密度下,300次循环后容量仍维持在256 mAh/g,容量保持率接近100%。基于rGO良好的导电性能以及VO₂与rGO的协同作用,制备的VO₂/rGO复合材料体现了较高的可逆比容量和良好的倍率性能及循环稳定性能,是一种具有前景的锂离子电池负极材料。
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  脱氧碳包覆碳纳米管-硫(CNT-S)复合材料的制备及锂硫电池性能

  曹政,朱文,崇保和

  功能材料. 2017, 48(9): 9018-9023. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.004

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  硫的高理论比容量使它成为锂电池最具前景的正极材料之一。为解决锂硫电池在实际应用中存在的问题,通过水合肼脱氧碳前驱体的方法制备出脱氧碳,然后均匀包覆在CNT-S材料表面,形成一种脱氧碳包覆结构。XRD和SEM分析可知,硫均匀的负载在CNT表面,外表包覆了一层细腻的脱氧碳。电化学测试表明,这种材料相对于CNT-S复合材料表现出更高的比容量和更好的循环稳定性。
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  污泥生物炭的研究进展

  黄燕宁,王晓,张宏杰,刘音,冯雷雨,严媛媛

  功能材料. 2017, 48(9): 9024-9029. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.005

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  伴随着我国污水处理率的逐年提高,污泥产量也不断增多,污泥的无害化、减量化与资源化成为环境保护研究的重点。利用污泥制备生物炭并加以应用是一种有效的污泥 “三化”处理措施。在归纳污泥制备生物炭方法的基础上,详细分析了决定污泥生物炭应用前景的组成和结构特性。进一步从水污染控制、大气污染控制、电化学和土壤修复等方面总结了国内外污泥生物炭的应用情况,并指出了今后污泥生物炭研究与应用的发展方向。
综述·进展
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  无机闪烁体的研究进展

  林娜,任文省,江婷,高博,付军,赵一英

  功能材料. 2017, 48(9): 9030-9037. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.006

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  闪烁体能够快速地将光子如X射线、γ射线或高能粒子如α粒子、β粒子转换成紫外-可见脉冲荧光,因此在过去的几十年中备受学术界和产业界关注,目前已经在核医学成像、安全检查、工业探测、高能物理等领域广泛应用。由于稀土离子如Ce³⁺、Pr³⁺和Eu²⁺等具有5d-4f快偶极允许跃迁,所形成激子衰减时间一般在几十至几百纳秒之间,具有快闪烁响应特性,通常作为发光中心掺杂入不发光的基质中形成闪烁晶体。主要介绍了近几十年来无机闪烁晶体主要包括卤化物、铝酸盐和硅酸盐三类在学术界和产业界中的研究进展。
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  负载型无机抗菌材料的研究进展

  麻晓霞,裴阳阳,雷云,蒲涛,马玉龙

  功能材料. 2017, 48(9): 9038-9042. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.007

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  抗菌材料可防止细菌、霉菌等微生物对人类生活的影响。对负载型无机抗菌材料进行了综述,负载型无机抗菌剂的载体、抗菌成分、制备条件等对抗菌性能的影响和抗菌机理等方面进行了归纳和分析,最后对无机抗菌材料的研究前景做了展望。
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  石墨烯/铜复合材料的制备及其性能与应用

  李双艺,李爱军,戴丹,刘颖,吴宇明,白华,林正得,江南

  功能材料. 2017, 48(9): 9043-9051. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.008

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  石墨烯具有特殊的二维平面蜂窝状结构和优异的性能,是理想的金属复合材料的增强体。粉末冶金法作为制备石墨烯/铜复合材料的传统的方法,面临着石墨烯难以分散以及与金属基底结合差等困境,尽管该法可有效提高复合材料力学性能,但也降低了其导热导电性能。随着人们对石墨烯/铜的结构与界面问题的深入研究,一些新的粉体制备工艺如原位生长法制备出了优异性能铜基复合材料,这将有助于开发出优异性能的铜基电接触材料。从石墨烯/铜复合材料的制备工艺(化学气相沉积法、机械混合以及原位生长石墨烯等)、性能(机械性能、导热性能以及抗氧化和防腐蚀性能等)及其在电接触材料的应用和石墨烯/铜的未来发展趋势等方面进行阐述。
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  铁电单晶断裂行为的实验研究进展

  李继军,贾晓丹,郎风超,赵春旺,燕兰,邢永明,杨连祥

  功能材料. 2017, 48(9): 9052-9062. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.009

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  铁电单晶材料的断裂韧性很低,在力、电等载荷单独或协同作用下很容易萌生微裂纹,并使其扩展,从而导致铁电单晶的断裂。从力载荷、电场载荷、力电协同载荷以及环境断裂几个方面概述了近年来铁电单晶断裂行为的实验研究进展,并提出了一些当前铁电单晶断裂行为实验研究方面的建议。
研究·开发
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  硫化镍/氮掺杂碳纳米管复合材料及其超级电容器性能

  狄方,邢天宇,赵小平,李莉香,耿新,宋仁峰,安百钢

  功能材料. 2017, 48(9): 9063-9066. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.010

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  采用惰性气氛热处理方法,以氮掺杂碳纳米管(NCNTs)为载体,二乙基二硫代氨基甲酸镍(C₁₀H₂₀N₂NiS₄)为NiS前驱体,制备NiS-NCNTs复合材料。研究了热处理温度对复合材料微观形貌、组织结构及其作为超级电容器电极材料特性的影响。400 ℃下,C₁₀H₂₀N₂NiS₄热解反应生成α-NiS,导致NiS-NCNTs复合材料形成,但低温热解反应导致NiS颗粒大,且数量少。500 ℃下,形成的α-NiS粒径小且数量增多。当温度升至600 ℃时,α-NiS向β-NiS转变,且有新相Ni₉S₈形成。其中500 ℃制备的NiS-NCNT500具有最高的利于离子传输的2～5 nm中小孔体积,及电荷堆积的高比表面积,其作为超级电容器电极材料,展现出较高的比电容量和良好的充放电循环稳定性。
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  基于多尺度方法的纳米Cu薄膜摩擦过程中压头深度与速度效应研究

  桂军敏,倪玉山

  功能材料. 2017, 48(9): 9067-9073. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.011

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  采用桥域方法(bridging domain method)对纳米尺度下Cu薄膜表面摩擦过程进行模拟,主要对不同压头压入深度和摩擦速度下的模拟结果进行对比分析。对摩擦阻力和系统变形能的对比分析表明,压深增大使得摩擦阻力和变形能显著增加,而摩擦速度增大对二者并无显著影响;对位错原子数目的统计分析表明,压深变化对摩擦过程中不全位错和全位错的发生具有明显影响,表现为不全位错和全位错原子数目随压深增加而显著增加;定量化分析位错、孪晶等不同变形机制对总应变的贡献比重表明,压深变化对摩擦过程中不同变形机制的应变贡献影响有差异,主要表现为FCC原子应变贡献随压深增加而降低,位错、孪晶原子应变贡献受压深变化影响较小。摩擦速度变化对摩擦过程中不全位错、全位错的发生以及不同变形机制的总应变贡献均无明显影响,这与不同摩擦速度下摩擦阻力、变形能的分析结果一致。
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  莲藕基活性炭对Fe(Ⅲ)的识别及去除性能研究

  武瑞燕,薛小艳,王勇,安富强,胡拖平,焦纬洲

  功能材料. 2017, 48(9): 9074-9079. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.012

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  稀土元素是一种重要的战略资源,但是稀土材料中的微量Fe杂质会对稀土材料的性能产生严重的危害。以莲藕为碳源,KOH为活化剂,炭化合成了一系列含氮活性炭AC-LR,并对其进行了比表面分析、元素分析和红外表征,研究了AC-LR对稀土中Fe(Ⅲ)的识别和去除性能。凭借丰富的含氮功能基团,AC-LR-400对Fe(Ⅲ)的吸附容量达25.89 mg/g,去除率高达99.61%。相对于La(Ⅲ)、AC-LR-400对Fe(Ⅲ)的选择性系数高达8.9。此外,AC-LR-400还具有良好的再生与重复使用性能。
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  Ag/AgCl/质子化g-C₃N₄纳米复合材料的制备及其光催化性能的研究

  金友来,董浩,陆学君,吕珺,张信义,汪冬梅,徐光青,郑治祥,吴玉程

  功能材料. 2017, 48(9): 9080-9085. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.013

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  采用沉积-沉淀法制备Ag/AgCl/质子化g-C₃N₄(Ag/AgCl/p-g-C₃N₄)纳米复合材料,通过XRD、TEM、XPS、UV-Vis和PL对样品的结构、形貌和光学性能进行了表征。UV-Vis和PL分析表明,相比于纯g-C₃N₄,p-g-C₃N₄和Ag/AgCl/p-g-C₃N₄纳米复合材料对可见光的响应能力和光生载流子的分离效率明显增强。通过可见光下降解甲基橙(MO)、盐酸四环素(TC)和环丙沙星(CIP)溶液评价样品的光催化性能。经优化后的Ag/AgCl/p-g-C₃N₄纳米复合材料在可见光照射60 min后对MO的降解率达到90.4%,照射120 min后对TC和CIP的降解率分别为92.4%和76.1%。此外,Ag/AgCl/p-g-C₃N₄纳米复合材料具有良好的光催化稳定性。Ag/AgCl/p-g-C₃N₄纳米复合材料增强的光催化性能归因于Ag纳米颗粒的SPR效应以及Ag、AgCl和p-g-C₃N₄之间的协同效应。
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  等离子体表面处理对柔性导电纤维传感性能的影响

  薛璞,王俊璞,X.M.Tao

  功能材料. 2017, 48(9): 9086-9088. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.014

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  研究了具有PPy(聚吡咯)微纳米尺度涂层的XLA导电纤维的研制与应变传感性能。但由于XLA纤维的表面十分光滑,因此在用传统的化学气相沉积法进行涂层之前需要对纤维进行特殊处理。等离子体处理可以改变纤维表面粗糙度,使PPy更易于附着于纤维表面且增加其与纤维的接触强度。比较了经过不同等离子体处理时间(5和15 min)的导电XLA纤维的力学及应变传感性能。实验结果表明,等离子体处理对纤维的力学性能几乎没有影响,但对导电纤维的应变传感性能影响很大。
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  阻燃抗静电聚丙烯复合材料研究

  尹朝露,葛欣国,李平立

  功能材料. 2017, 48(9): 9089-9091. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.015

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  通过在阻燃抗静电聚丙烯中加入聚乙烯作为分散相,控制导电填料分布在分散相中,提高了阻燃抗静电聚丙烯复合材料中导电填料的抗静电效率,并且为复合材料综合性能的改善提供了可能性。在聚合物基体中加入20%(质量分数)的聚乙烯后,当阻燃剂含量为45份、导电炭黑含量为5份时,阻燃抗静电聚丙烯复合材料的表面电阻率为7.41×10⁵ Ω,极限氧指数为30%,垂直燃烧性能达到UL-94的V-0级,拉伸强度为27.1 MPa,断裂伸长率为74.9%。
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  流延成型中钛酸钡纳米粉体滑移优化

  艾永平,杜晟连

  功能材料. 2017, 48(9): 9092-9095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.016

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  在流延成型中不同的溶剂系统(甲苯-乙醇、甲基乙基酮-乙醇、二甲苯-乙醇)中离散的钛酸钡纳米粉体粒子的平均直径30 nm左右,溶液中同时伴有作为离散剂的Triton x-100或者磷酸盐酯,通过沉淀实验研究。研究不同参数的影响(如溶剂系统类型,关于钛酸钡滑移离散的离散剂和离散剂浓度,绿色带的粘度和性能)。离散的最佳浓度是由最低滑移浓度决定。发现以磷酸酯为离散剂的二甲苯-乙醇是流延成型最好的溶剂和离散系统。无瑕疵、致密、光滑的绿色带材由这种系统形成。
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  电场对Ti和Zn掺杂单层SnSe磁性的影响

  常姗姗,李伟,马亚强,王小龙,戴宪起

  功能材料. 2017, 48(9): 9096-9099. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.017

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  采用基于第一性原理的密度泛函理论对过渡金属Ti和Zn掺杂单层SnSe的磁性进行研究。计算表明,Ti比Zn更易在单层SnSe体系中掺杂,Ti掺杂体系具有磁性,体系的费米能级向导带移动,而Zn掺杂单层SnSe体系不具有磁性。加外电场使得Ti和Zn在单层SnSe中掺杂变难,外电场会引起Ti掺杂单层SnSe体系的电荷重新分布。在-4～4 V/nm范围内,外电场对Ti和Zn掺杂SnSe体系的磁性影响很小。
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  两种g-C₃N₄的异质结的第一性原理计算

  赵宇培,朱玉俊,卢运祥

  功能材料. 2017, 48(9): 9100-9104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.018

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  运用第一性原理方法计算了两种新型的g-C₃N₄的异质结g-C₃N₄/TiO₂和g-C₃N₄/MoS₂,其带隙分别为1.281和0.344 eV,两者的带隙相比单层g-C₃N₄有所减小。两者的VBM主要由N2p电子构成,CBM主要由Ti或Mo3d电子构成,并且两者的HOMO和LUMO都出现了层分离,使得电子空穴复合速度下降,提高了光催化效率。
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  Ba_0.8Sr_0.2TiO₃/CoFe₂O₄异质结层状多铁复合薄膜的制备与性能

  王叶安,傅雅卿,李健文,李未,何玉平

  功能材料. 2017, 48(9): 9105-9109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.019

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  利用射频磁控溅射法在Pt(200)/TiO₂/SiO₂/Si(100) 衬底上沉积Ba_0.8Sr_0.2TiO₃/CoFe₂O₄异质结层状多铁磁电耦合复合薄膜。Ba_0.8Sr_0.2TiO₃/ CoFe₂O₄异质结复合薄膜为多晶,由钙钛矿Ba_0.8Sr_0.2TiO₃相和尖晶石CoFe₂O₄相组成。复合薄膜表现为良好的铁电性和铁磁性共存。在测量磁场平行于样品表面情况下测得的复合薄膜的饱和磁化强度(M_s)、剩余磁化强度(M_r)值要大于在测量磁场垂直于样品表面时测得的M_s、M_r值。另外,复合薄膜具有直接的磁电耦合效应,磁电电压系数α_E先随着偏置磁场Hdc的增大而增大,当偏置磁场Hdc增加到445.8 kA/m后,α_E反而随偏置磁场的增加而减少。当偏置磁场Hdc=445.8 kA/m时,复合薄膜具有最大的磁电电压系数α_E=18.8 mV/A。
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  烧结温度对CuFeO₂陶瓷微结构和反铁磁相的影响

  张磊,熊定康,资冬斌,谭小军,徐守磊,邓文

  功能材料. 2017, 48(9): 9110-9115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.020

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  采用固相反应法以不同的烧结温度(950,1 000,1 050和1 100 ℃)制备了CuFeO₂(以下简称CFO)陶瓷样品,研究了烧结温度对CFO陶瓷的微结构、元素价态及反铁磁相的影响。XRD结果表明,陶瓷样品均为CFO主相结构。SEM测试显示,不同烧结温度下样品的微观形貌有很大差异,较高的烧结温度可促进晶粒长大,同时微孔洞的开空间也增大。XPS结果显示有变价的铜离子存在,而铁离子价态保持不变。磁性能测试表明,随着烧结温度的升高,CFO陶瓷样品反铁磁相的稳定性减弱。
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  低质量分数石墨烯掺杂铝复合材料的制备研究

  李多生,李崇渊,刘姝岑

  功能材料. 2017, 48(9): 9116-9119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.021

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  采用乙醇超声分散和机械球磨法制备了石墨烯掺杂铝复合粉体,然后通过氩气气体保护热压烧结制备了石墨烯质量分数为0.5%的石墨烯掺杂铝复合材料。采用光学显微镜、扫描电镜、EDS、Raman激光光谱等分析了复合粉体及复合材料微观形貌,研究了不同石墨烯掺杂铝混合粉体的球磨时间对复合材料微观结构的影响。结果表明,较佳的球磨时间为3 h。制备的低质量分数石墨烯掺杂铝复合材料组织致密,石墨烯均匀分散在铝基体中,石墨烯保持较好的微结构特征,该复合材料具有广泛的应用前景。
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  第一性原理研究MoS₂/WS₂异质结构的界面电子性质

  姚国英,刘清路,赵宗彦

  功能材料. 2017, 48(9): 9120-9128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.022

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  构建异质结构是提高光催化材料量子效率的有效策略,而二维材料最重要的特征是平面内极高的载流子迁移率,将上述二者优势结合是设计高效光催化材料体系的热点。二维过渡金属硫化物MoS₂和WS₂较小的晶格失配和完全相同的晶体结构,使得它们在结合形成不同异质结构时具有极小的界面弛豫和界面结合能。当二者结合形成平面内无缝异质结构时,几乎保留了各自单分子层时的电子结构特征,而界面处能带的相对移动和界面内建电场的产生将有利于光生电子-空穴对的异向转移,从而能够提高光催化的量子效率。当二者以垂直堆垛方式形成双层异质结构时,由于层间较弱的范德瓦尔斯相互作用保证了二维晶体面内的稳定性,使得对应的异质结构呈现出类似体相时的电子结构。构建垂直堆垛的范德瓦尔斯异质结构虽然不能利用二维材料平面内极高的载流子迁移率,但是这种方式结合形成的异质结构能带有明显的下移,这将有利于氧化还原电势的明显增强。计算结果能够加深对以二维材料为基础构建高效、具有异质结构的光催化材料的理解,并对进一步开发高效光催化材料和器件提供有价值的参考。
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  基于overlay tester评价大粒径透水沥青混合料抗反射开裂性能

  翟瑞鑫,陈永满,余清华,袁文豪,曾志武

  功能材料. 2017, 48(9): 9129-9135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.023

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  针对大粒径透水沥青混合料,采用overlay tester试验,根据荷载周期数、最大荷载损失率、总断裂能、第1周期最大荷载、第1周期最大荷载处位移及第1周期断裂能等指标综合评估其抗反射开裂能力。结果表明,用overlay tester试验测得的荷载周期数、最大荷载损失率可综合反映沥青混合料抗裂性,结果变异性较小;而总断裂能及第1周期指标不能全面准确反映沥青混合料抗裂性;低温及温差较大时橡胶粉改性沥青大粒径混合料抗裂性更佳;overlay tester试验周期—最大荷载曲线符合幂函数变化规律。
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  掺杂对单层二硫化钼吸附砷烷分子特性的影响

  宋功明,徐公杰,王耀乐

  功能材料. 2017, 48(9): 9136-9140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.024

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  采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了掺杂的单层二硫化钼(MoS₂)对砷烷分子(AsH₃)吸附特性。讨论了砷烷分子在本征二硫化钼上不同位置对吸附特性的影响。针对本征二硫化钼对砷烷吸附较弱,对单层二硫化钼进行掺杂,通过硅原子(Si)取代晶胞中的硫原子(S)来实现吸附增强。计算结果显示,相比于本征二硫化钼层,掺杂Si的二硫化钼对砷烷分子具有更优良的吸附特性;具有更小的吸附高度,更小的吸附能,更显著的电荷转移,以及与砷烷分子间更强的相互作用。这些研究结果为单层二硫化钼在对环境气体的吸附应用提供了理论基础。
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  偏高岭土对泡沫磷酸盐水合陶瓷性能影响

  李军,侯莉,董伟明,卢忠远,赖振宇

  功能材料. 2017, 48(9): 9141-9145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.025

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  以死烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂等为原料,采用物理发泡法室温制备了干表观密度在800 kg/m³左右的泡沫磷酸盐水合陶瓷(MPCF)。研究了偏高岭土替代死烧氧化镁掺入对泡沫磷酸盐水合陶瓷力学性能、干表观密度的影响,同时研究了所制备泡沫磷酸盐水合陶瓷在不同温度煅烧后的结构和性能演化。结果表明,偏高岭土替代死烧氧化镁掺入在有效降低泡沫磷酸盐水合陶瓷干表观密度同时,能够提高其抗压强度。此外,掺偏高岭土泡沫磷酸盐水合陶瓷经历不同温度煅烧后,能够保持相对较高的残余抗压强度和相对较低的干表观密度。
工艺·技术
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  不同基底对退火制备Ni纳米岛掩模形貌的影响

  薛俊俊,蔡青,张保花,葛梅,陈将伟

  功能材料. 2017, 48(9): 9146-9149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.026

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  目前,刻蚀自组装在GaN薄膜上Ni纳米岛的掩模的方法是制备GaN纳米柱阵列常用手段。但是,这将对后续制备出的纳米柱产生Ni污染。除此之外,直接将GaN系的材料暴露在高温下进行Ni纳米岛掩模的制备,会对GaN材料表面产生一定的热腐蚀损伤。因此,以GaN、SiO₂、Al₂O₃和Si_xN_y分别为基底,对退火自组装在这4种基底上的Ni纳米岛形貌进行了较为系统的研究。发现850 ℃的退火温度下,Al₂O₃基底上Ni薄膜形成的纳米岛的形貌最为规整,为最优化衬底。
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  催化电解亚氯酸钠制备高纯二氧化氯

  范丹丹,田颖,韩立达,刘宗宇,滕颖丽,李伯骥

  功能材料. 2017, 48(9): 9150-9156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.027

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  采用热分解法在钛金属片表面制得氧化铈(CeO₂)、氧化钨(WO₃)和氧化钌(RuO₂)催化层,以扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征电极的形貌和晶体结构。以该电极为阳极,电解亚氯酸钠制备二氧化氯,考察了不同金属氧化物、反应物浓度、温度和电压等因素对二氧化氯产生的影响。结果表明,氧化钌催化电解亚氯酸钠的活性要远优于氧化钨和氧化铈。当NaClO₂浓度相差较大时,电解得到的二氧化氯浓度也相差较大,但电解转化率相差不大。温度越高,反应转化率和二氧化氯浓度也越高,20,40,60 ℃下电解0.1 mol/L NaClO₂转化率分别为93.5%,98.1%和99.8%,产生的二氧化氯浓度分别达到6 212,6 343和6 618 mg/L,在不同电压下电解NaClO₂,电压越高,二氧化氯浓度和转化率也越大,但电压越高,由于副反应的加剧,会导致单位耗电量的大幅增加。与8 V下相比,12和15 V电压下电解得到的二氧化氯总量分别增加了16.9%和39.3%,但单位耗电量却分别增加了54.5%和190.7%。
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  温度和pH敏感聚(N-异丙基丙烯酰胺)/丙烯酸水凝胶的制备与性能研究

  汤洁莉,马晶

  功能材料. 2017, 48(9): 9157-9161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.028

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  利用乳液聚合法制备了PNIPAm智能水凝胶与具有温敏、pH值敏感特性的PNIPAm/AAc水凝胶。利用SEM、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单分散性,且聚合物微球具有良好的温敏性,其最低临界相变温度为31 ℃。进而考察了PNIPAm、PNIPAm/AAc与人血清白蛋白(HSA)的结合率情况,结果表明,PNIPAm共聚了丙烯酸(AAc),相互交联的高分子链间作用增强,聚合物分子呈收缩状态,高分子的空间网状结构变得致密。当温度和pH值发生变化时,对HSA结合率也发生相应地改变。当温度低于LCST温度时,PNIPAm/AAc构造发生改变,链内收缩导聚合物疏水,降低了对HSA结合率的影响。当碱性逐渐增强时,分子链中的氨基增多,它会与PNIPAm分子链上的官能团发生氢键作用,因此HSA的结合率呈现增加趋势。
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  (1-x)KNNT-xBNZ无铅压电陶瓷的制备及性能研究

  陆翠敏,王冬梅,刘庆锁,花俊生

  功能材料. 2017, 48(9): 9162-9166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.029

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  采用固相反应法制备(1-x)(K_0.49Na_0.51)(Nb_0.97Ta_0.03)O₃-xBi_0.5Na_0.5ZrO₃无铅压电陶瓷。研究该体系陶瓷的组成及烧结温度对陶瓷的相组成、显微结构及电性能的影响。结果表明,热分析确定混合原料的合成温度为850 ℃。XRD分析表明,850 ℃预烧温度下,合成粉料均展现出典型的钙钛矿结构,晶格特征为四方相和正交相并存。SEM表明,组成在x=0.04,烧结温度为1 120 ℃时,能够获得晶粒均匀且致密度较高的陶瓷。电性能研究结果,烧结温度1 120 ℃,该组成陶瓷的电性能具有最佳值,ε_r=1 250,d₃₃=235 pC/N,k_p=0.43。谐振频率在x=0.04组成处相比于其它组成也较低,f_r=210.032 kHz左右。
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  液相准分子激光烧蚀制备碳纳米颗粒及其发光性能

  王颖,余云洁,刘京,朱骏,王伟,夏炜炜

  功能材料. 2017, 48(9): 9167-9170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.030

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  将碳化硅(SiC)粉末分散于去离子水中,用准分子脉冲激光进行烧蚀反应,离心后得到分散于去离子水中的碳纳米颗粒。透射电子显微镜观测表明这些碳纳米颗粒大多为空心结构,直径为20～30 nm。碳纳米颗粒表面钝化良好,具有优良的发光性能。在紫外光激发下,纳米颗粒在去离子水中的悬浮液在紫-蓝光区域有较强、较稳定光发射,其发光与缺陷态,量子限制效应有关。
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  一种改进的MoS₂二维纳米片的高效液相剥离方法

  孙贞燚,白露,包睿莹,杨鸣波,杨伟

  功能材料. 2017, 48(9): 9171-9174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.031

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  报道了一种改进的液相剥离方法以实现MoS₂二维纳米片的高效制备。在MoS₂球磨的过程中引入轻质CaCO₃粒子作为微磨球,引入少量N-甲基吡咯烷酮作分散剂,在400 r/min下球磨一定时间得到充分研磨细化的MoS₂纳米粒子。将其与含适量HCl的45%的酒精水溶液充分混合后,再进行高速剪切液相剥离,可实现MoS₂二维纳米片的高效制备。利用纳米粒度仪、AFM、TEM、拉曼光谱等对所制得的MoS₂二维纳米片进行了表征。结果表明,这种改进的球磨结合高速剪切的液相剥离方法可获得的最高产量达54.43 mg/mL。
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  LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料表面残锂和pH值的后处理控制研究

  刘林

  功能材料. 2017, 48(9): 9175-9179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.032

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  利用溶液洗涤法,在水、水和乙醇溶液中对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料进行洗涤,120 ℃烘干后,400 ℃回火热处理4 h,得到处理后的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料。利用化学分析法、比表面分析仪、XRD分别对处理后的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料进行pH值、可溶Li含量、BET、物相结构进行测试。结果表明,采用水洗涤和回火热处理的后处理工艺,LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂三元正极材料的pH值由11.5降至11以下,可溶Li含量由4×10^-4左右降至2×10^-4左右,比表面积控制在0.5 m²/g以下;材料的物相结构没有发生变化;材料的放电容量和倍率性能基本和原样相当。
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  Fe_64.7Co₆Cr_2.3Mo_2.5B_5.5C₇Si_3.3P_8.7块体非晶合金的磁致伸缩特性

  倪晓俊,薄希辉,李准,刘迎春,李德仁,卢志超

  功能材料. 2017, 48(9): 9180-9183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.033

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  采用铜模吸铸法制备了直径2 mm的Fe_64.7Co₆Cr_2.3Mo_2.5B_5.5C₇Si_3.3P_8.7块体非晶合金,其玻璃转变温度T_g、超冷液相区间ΔT_x(=T_x1-T_g)、约化玻璃转变温度T_rg(=T_g/T_l)和玻璃形成能力参数γ(=T_x1/(T_g+T_l))分别为754,25 K、0.595和0.3855。利用真空热处理炉分别在733 K(＜T_g)、768 K(T_g和T_x1之间)和803 K(＞Tx1)温度对块体非晶合金进行了等温退火,采用自制的电容法磁致伸缩测量装置测试了不同退火状态下的磁致伸缩特性,显示该非晶合金淬态下饱和磁致伸缩系数λ_s为9×10^-6,随着退火温度的升高λ_s出现了先增后减的变化,磁致伸缩曲线形状也发生先变窄后变宽的变化。在733 K退火样品的软磁性能最好,饱和磁致伸缩系数λ_s(=12×10^-6)最高。
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  负离子功能聚酯短纤维的制备及表征

  张凯军,李青山,罗金琼

  功能材料. 2017, 48(9): 9184-9188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.034

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  利用共聚法将负离子添加剂添加到聚对苯二甲酸与乙二醇聚合的过程中,制成负离子聚酯切片,再进行熔融纺丝制备功能性负离子纤维。将功能性负离子远红外阻燃聚酯切片直接熔融纺丝制备了纤维,通过工艺参数的调整,制备了1.56 dtex的负离子远红外阻燃聚酯纤维。结果表明,纤维的静态负离子释放量为23 个/cm³;纤维的远红外法向全发射率为0.88,由该纤维制成的絮片极限氧指数为30%,由该纤维制成的无纺布的极限氧指数为36.8%。
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  工艺参数对Ni-SiC纳米镀层SiC粒子复合量的影响

  李孟龙,周瑞芬,马春阳,程国锋

  功能材料. 2017, 48(9): 9189-9191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.035

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  采用超声波辅助电沉积方式,在45钢表面制备了Ni-SiC纳米复合镀层。根据阴极电流密度、PH值和搅拌速度对Ni-SiC纳米复合镀层SiC粒子复合量的影响,获取Ni-SiC纳米复合镀层最佳条件的工艺参数;并利用扫描电镜(SEM)、高分辨率透射电镜(HRTEM)研究工艺参数对Ni-SiC纳米复合镀层表面形貌和微观组织结构的影响。结果表明,获取Ni-SiC纳米复合镀层最佳工艺参数为阴极电流密度6 A/dm²,pH值=4,搅拌速度300 r/min。由最佳工艺参数制得的Ni-SiC纳米复合镀层表面呈胞状,SiC粒子粒径尺寸较小,其平均粒径为21.5 nm。
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  多孔聚二甲基硅氧烷吸油材料制备及吸油性质机理研究

  曹梓楷,项丽,董欣琦,唐建设

  功能材料. 2017, 48(9): 9192-9196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.036

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  以葡萄糖、蔗糖和聚二甲基硅氧烷为原材料,制备疏水亲油性的多孔聚二甲基硅氧烷(PDMS)吸油材料,对其吸收有机溶液和植物油性能进行测试,探讨其吸收机理。实验表明,多孔PDMS吸油材料具有明显的3D孔洞结构,进行油水分离实验室时,材料表现出良好的亲油疏水性,对有机溶剂和油类物质具有高选择性和高吸收性。吸收的有机溶剂和油类物质的质量能够达到其自身质量的3～20倍。通过物理挤压多孔材料,可将材料中吸收的有机溶液和油类物质回收,同时材料恢复吸附和吸收能力,可以重复使用。该研究为油水分离和废油回收提供了一种经济、 高效、 环境友好的材料及解决方法。
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  铌铁原料成分对Finemet型薄带结构及性能影响

  杜帅龙,张磊,杜杰杰,步绍静,杨薇,孙继兵

  功能材料. 2017, 48(9): 9197-9203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.037

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  采用Nb含量分别为63.6%,66.5%(质量分数)的两种铌铁通过单辊快淬技术制备了Finemet型纳米晶薄带。应用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了不同Nb含量的铌铁的物相组成及微观组织形貌,发现Nb含量为66.5%(质量分数)的铌铁中存在明显的共晶组织,而低铌含量的铌铁中则无此现象。同时,对制备的Finemet型母合金中物相构成和微观结构进行了研究,发现合金中α-Fe(Si,B)相的微观结构存在差异。采用Luborsky弯曲试验测量薄带的脆性,结果表明,用Nb含量为63.6%(质量分数)的铌铁制备的快淬薄带比铌含量为66.5%(质量分数)的铌铁制备的薄带具有更好的韧性。薄带的软磁性能测试发现,用含63.6%(质量分数)Nb的铌铁制备的快淬薄带磁化强度为126.7 A·m²/kg,高于后者,然而其矫顽力比用含66.5%(质量分数)Nb的铌铁制备的薄带要大。这种性能的差异与原材料以及母合金中组织的形态有关。
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  不同方法制备MoS₂/TiO₂光催化材料的研究

  黄宛真,郭军志,应佳妮,王晓娟,杨倩,郑遗凡

  功能材料. 2017, 48(9): 9204-9209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.038

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  分别采用水热法、煅烧法、静电纺丝法制备不同形貌的TiO₂纳米纤维,并进一步采用水热法制备MoS₂包覆TiO₂的纳米复合材料。采用XRD、TEM对产物进行结构和形貌分析。结果显示MoS₂在静电纺丝制备出来的TiO₂纳米纤维上包覆最多,并且垂直插入TiO₂中,而MoS₂在煅烧制备出来的TiO₂包覆量最少,斜插在TiO₂纳米纤维中。甲基橙光降解实验显示出, MoS₂/静电纺丝TiO₂效果最好,可使甲基橙浓度降为20%,光催化效率达到72%。
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  LDHs耐紫外老化沥青的光学与老化性能研究

  刘星,冯振中,付伟,刘兴东,阮艳彬

  功能材料. 2017, 48(9): 9210-9215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.039

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  采用熔融共混法制备了层状双羟基复合金属氧氧化物LDHs耐老化沥青,研究了LDHs对沥青耐老化性能的影响。制备了LDHs耐老化沥青薄膜,通过沥青薄膜光学性能研究揭示了LDHs与沥青的作用机理。结果表明,LDHs可有效提高沥青的抗紫外老化性能。
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  高力学性能线性聚氨酯脲的合成与优化

  罗敏,马宇飞,辛娟,徐维龙,王远亮,罗彦凤

  功能材料. 2017, 48(9): 9216-9220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2017.09.040

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  聚乙二醇(PEG400)助引发DL-丙交酯形成的大分子二醇,经1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)偶联、哌嗪(PPZ)扩链后制得线性嵌段聚氨酯脲(PEG400-PUU-PPZ)。因PEG400的增韧作用和PPZ环状结构的增强作用使得PEG400-PUU-PPZ可望具有优良的力学性能。通过系统研究扩链时间(1～5 h)和温度(30～60 ℃)对PEG400-PUU-PPZ特性黏度的影响,开发了一种梯度升温扩链的新工艺。结果表明,与恒温扩链相比,梯度升温扩链所得PEG400-PUU-PPZ的分子量更高、分子量分布更窄;相应地,其拉伸模量和屈服强度更高,表现出明显的强韧性材料的特征,可望用作骨组织修复材料。