2019年, 第50卷, 第8期　刊出日期：2019-08-30

  

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热点·关注（2018年度重庆市出版专项资金资助项目）
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  一步法合成银纳米线及应用进展

  王佳敏, 魏剑, 陈甜甜, 张昊

  功能材料. 2019, 50(8): 8001-8008. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.001

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  银纳米线具有优异的光学性能、机械性能、电性能,故在实际应用中具有的广阔的前景。对银纳米线近年来的研究进展与热点进行了综述,首先简单介绍了一步法制备银纳米线的合成机理,然后介绍了银纳米线合成过程中的影响因素,主要包括溶剂不同时,不同的封端剂和还原剂对银纳米线合成的影响,还包含反应温度和反应时间、控制剂、搅拌速度等因素在银纳米线合成过程中的影响,将近几年的典型成果及银纳米线的最新研究进展进行了汇总。最后,对银纳米线在相关应用领域的研究和未来的发展方向进行了展望。
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  基于太阳能低温集热蓄热的相变流体制备及性能研究

  陈红兵, 龚雨桐, 张晓坤, 李思琦, 王聪聪

  功能材料. 2019, 50(8): 8009-8013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.002

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  基于前期对相变流体的实验研究,选定了以质量分数为20%的烃类相变流体作为基液,制备了多组以TiO₂纳米颗粒为添加剂,SDBS为分散剂的添加纳米颗粒的相变流体。通过改变纳米颗粒质量分数、粒径以及分散剂质量分数,分析不同相变流体随温度变化的热物性及稳定性,最终得出烃类相变流体中分别添加质量分数为0.1%的20 nm TiO₂纳米颗粒及质量分数为0.1%的SDBS分散剂,其热物性及稳定性最佳。为添加纳米颗粒的相变流体的制备及其在太阳能低温集热蓄热领域的应用提供了参考。
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  P₂Mo₁₈/MEB复合膜电极的光伏性能

  杨耀彬, 韩丹丹

  功能材料. 2019, 50(8): 8014-8018. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.003

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  通过交替沉积自组装技术(LBL)制备了Dawson型磷钼酸(P₂Mo₁₈)和亚甲基蓝(MEB)复合膜电极。采用紫外可见光谱(UV-Vis)、红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)等测试手段对膜电极进行了表征。结果表明,P₂Mo₁₈和MEB被完好的组装到表面均匀光滑的复合膜中且膜增长均匀。电化学测试系统对其进行的光伏性能测试表明,相对于单一的MEB光电极而言,P₂Mo₁₈/MEB复合膜电极表现出更好的光电转换性能。多酸的引入增强了膜电极的光伏性能。
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  LiF与TbF₃二元系晶界扩散改善Nd-Fe-B磁性能研究

  杨幼明, 杨诗旻, 刘东辉, 喻玺, 牛飞, 李柳

  功能材料. 2019, 50(8): 8019-8026. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.004

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  采用LiF和TbF₃混合二元系作为扩散源,通过晶界扩散法研究了不同厚度钕铁硼磁体扩散后磁性能变化规律。结果表明,在最优扩散条件下,6 mm磁体的矫顽力从1.05×10⁶ A/m提高到1.71×10⁶ kA/m,10 mm磁体从1.05×10⁶ A/m提高到1.52×10⁶ A/m,且退磁曲线仍具有较高的方形度,剩磁与磁能积也没有显著的降低。SEM图像表明,晶界扩散与表面扩散的共同作用,影响重稀土元素Tb和晶界相在磁体内部的分布,从而使磁体的矫顽力获得较大幅度的提升。
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  不同F含量导致星形Co(OH)F纳米晶体的磁性变化

  胡杰, 马凤仓, 李文献, 刘新宽, 李伟, 刘平

  功能材料. 2019, 50(8): 8027-8031. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.005

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  采用水热法制备氢氧化钴氟化物,通过控制反应物NH₄F的量,改变Co(OH)F中F含量,从而研究不同F含量对氢氧化钴氟化物磁性行为的影响。X射线粉末衍射结果表明,合成样品为氢氧化钴氟化物。还发现,Co(OH)F在40 K下经历了反铁磁转变,在低于4 K的温度下,观察到的磁性重新排序为自旋玻璃现象。在场冷却过程之后发现Co(OH)F中出现交换偏置行为,并有F含量高的样品具有更强的交换偏置行为,分析后认为,这是由于晶体的变形导致表面出现旋转玻璃行为引起的。
综述·进展
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  煤沥青基多孔炭材料的研究进展

  王海洋, 朱洪喆, 王守凯, 张功多, 申凯华

  功能材料. 2019, 50(8): 8032-8039. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.006

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  我国能源结构是“富煤、贫油、少气”,发展煤化工资源化利用技术对于保障国家能源安全不仅具有重要的战略意义,也有着广阔的市场前景。煤焦油,作为钢铁行业炼焦的副产物,主要由稠环芳烃组成,并且碳含量相对较高,目前主要以燃烧为主,带来了一系列能源和环境问题,因此实现煤焦油资源高效利用是急需解决的行业难题。从煤焦油出发制备功能性炭材料是探索煤焦油高附加值利用的有效途径,介绍了以煤沥青为原料合成多孔炭材料的主要技术和应用前景。分析表明,通过活化法或模板法等技术手段可实现炭材料比表面积和孔结构调控,但由于煤沥青原料的特点,单一的手段难以满足高性能炭材料的发展要求,因此,通过精细化工技术对煤沥青分子结构进行调控,改善煤沥青分子结构及其物理、化学性质,对于煤沥青基炭材料发展具有重要意义。
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  柔性基金属氧化物超级电容器电极材料的研究进展

  黄继伟, 钱学仁, 安显慧, 李响

  功能材料. 2019, 50(8): 8040-8050. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.007

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  作为一种介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件,超级电容器的整体性能主要受限于电极材料。研究发现,具有赝电容特性的过渡金属氧化物因其多重氧化态、多金属离子特性和高理论比容量,在电化学储能相关领域备受关注。首先简要阐述了柔性超级电容器的结构及储能机理。然后,概述了以不同元数的过渡金属氧化物为主体构筑的“二元”和“三元”柔性复合电极材料。接着,总结了由复合电极材料组装成的柔性超级电容器在可穿戴电子设备和多功能柔性器件——储能智能窗(ESS窗)方面的应用。最后,提出了过渡金属氧化物基柔性超级电容器在实际应用中所面临的挑战及今后的主要研究方向。
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  柔性超级电容器电极材料制备方法研究进展

  于婷, 周亚丽, 关晓琳, 雷西萍

  功能材料. 2019, 50(8): 8051-8064. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.008

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  随着柔性超级电容器在可穿戴、小型化、便携式、柔性消费电子产品中的潜在应用,新材料、新加工技术和新设计得到了推广。电极材料是柔性超级电容器中重要的组成部分,其优异的性能决定了整个器件的应用。通过介绍柔性超级电容器电极材料的制备方法,总结了柔性超级电容器现阶段发展所面临的挑战,期望为制备高性能的柔性超级电容器提供参考。
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  聚合物纳米石墨烯复合材料导热性能研究进展

  符博支, 高洋洋, 冯予星, 赵秀英, 卢咏来, 张立群

  功能材料. 2019, 50(8): 8065-8075. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.009

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  集成电路伴随着电子、航天和航空领域的发展而快速发展,但往往伴随着散热困难的问题,影响着使用效率和仪器寿命。从质量、耐蚀性、加工工艺和成本等方面考虑,聚合物复合材料是导热材料中最具发展前景的材料。然而聚合物固有的导热率非常低,因此,提高聚合物的导热率对于其在这些领域的应用显得非常重要,这在过去的20年中已经成为一个非常重要的研究课题。主要从以下两个方面进行介绍:(1) 从分子链形态、链结构和链间耦合3个方面分析总结了聚合物的微观导热机理;(2) 重点介绍近年来石墨烯填充聚合物纳米复合材料导热性能的主要研究进展以及未来的研究挑战。
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  碳纳米管/导电高分子功能复合材料的合成与应用

  付海, 李航, 尹晓刚, 班大明, 龚维

  功能材料. 2019, 50(8): 8076-8083. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.010

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  碳纳米管/导电高分子复合材料由其优异的电学特性引起了研究者的广泛关注,主要总结了国内学者在碳纳米管表面修饰技术的基本原理;碳纳米管/导电高分子复合材料的合成方法;碳纳米管/导电高分子复合材料的电学相关应用的研究动态,展望了碳纳米管/导电高分子复合材料的可控合成与功能性应用之间的定量构效关系,针对制备高性能的碳纳米管/导电高分子复合材料提出了建议。
研究·开发
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  Ni掺杂型OMS-2低温抗硫脱硝性能研究

  龙佳驹, 何汉兵, 李忠濮, 张慧

  功能材料. 2019, 50(8): 8084-8090. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.011

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  使用前掺杂法,在水热合成OMS-2分子筛的过程中进行不同比例的Ni元素掺杂,成功制备出了一种能够在100 ℃,含SO₂烟气中脱硝率达到95%以上的分子筛催化剂;并且利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析仪(BET)、X射线光电子能谱分析(XPS)对所制备的催化剂进行了表征,结果表明掺杂Ni物种在催化剂中主要以金属原子的形式分散在OMS-2中,主要取代OMS-2中的K⁺位,少量取代Mn⁴⁺位,并且使得OMS-2微观的一维管状结构变得细短,提高了OMS-2的比表面积和介孔数量,相比较于未掺杂的OMS-2,Ni_(0.2)-OMS-2在无硫环境下脱硝率从50 ℃的86%上升到了98%,在含硫环境下仍能保持92%的脱硝率。
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  水溶性含氟聚合物杂化纳米SiO₂制备超疏水材料及性能

  侯成敏, 李娜, 董海涛, 张效林, 曹从军, 夏卫民, 王梅, 寇艳萍, 张伟

  功能材料. 2019, 50(8): 8091-8096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.012

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  为了减少有毒有机溶剂的使用,制备环境友好的水溶性超疏水材料。采用自由基聚合合成水性环氧树脂聚(甲基丙烯酸缩水甘油酯-无规-丙烯酸丁酯-无规-甲基丙烯酸羟乙酯(P(GMA-r-BA-r-HEMA)),经七氟丁酸(HFBA)与氨基纳米二氧化硅(SiO₂)杂化组装,以水为溶剂制备超疏水材料,在棉织物表面构筑超疏水表面。通过改变氨基纳米SiO₂的含量,探究棉织物的疏水性能和耐溶剂性能。研究结果表明,当接枝含氟量一定时,随着氨基纳米SiO₂含量的增加,超疏水处理棉织物的超疏水效果越好。经该超疏水材料浸渍改性的棉织物,有良好的疏液效果,水接触角为(150±2)°,耐久时间为83 min,具备很好的耐溶剂性,能耐受水洗涤、超声和NaCO₃溶液洗涤。
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  微波液相法制备钴酸铁及其储锂性能研究

  王飞, 冉红斌, 王南伟, 柳勇, 刘亚东, 任凤章

  功能材料. 2019, 50(8): 8097-8101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.013

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  微波辅助液相法制备钴酸铁(FeCo₂O₄)前驱体,研究煅烧温度对FeCo₂O₄储锂性能的影响。采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜表征所制备的材料。结果表明,在900 ℃及以上的温度能够制备出纯相结晶度高的尖晶石型FeCo₂O₄,煅烧后的材料为块状。将不同煅烧温度下制备的FeCo₂O₄应用在锂离子电池中,使用电化学工作站进行交流阻抗图谱和循环伏安曲线的测试,并采用蓝电测试仪在恒温情况下对电池进行恒电流倍率充放电的测试。比较不同煅烧温度下制备FeCo₂O₄的充放电比容量和库伦效率后发现,在900 ℃煅烧制备出的材料电化学性能最佳。其原因主要是由于900 ℃煅烧制备出的材料颗粒均匀细小,有利于电解液浸润,并缩短锂离子传输路径。
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  自组装囊泡模板法制备酚醛树脂中空微球

  蔡牧航, 徐囡, 刘柱, 魏长平, 蔡强

  功能材料. 2019, 50(8): 8102-8108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.014

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  采用十二烷基硫酸钠(SDS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)复配体系自组装囊泡为软模板,水溶性酚醛树脂为前驱体,通过调控阴阳离子表面活性剂的摩尔配比得到了一系列酚醛树脂中空微球材料。对合成的材料通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附-脱附分析仪、热重分析仪(TG-DTA)等仪器进行了表征,得到酚醛树脂中空微球的最佳合成条件为n(CTAB)/n(SDS)=1.4、反应温度为70 ℃、反应时间为48 h、搅拌速率为400 r/min。合成的微球粒径在30～100 nm之间,球壳为多层膜结构,球壳总厚度在8～12 nm左右,结构具有良好的介观周期性。
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  Ce掺杂钙钛矿氧化物Gd₂NiMnO₆的磁性与磁热效应

  李晓欣, 刘娇, 王婷, 邢茹, 孙运斌, 田野, 陈红伟, 藏宝, 赵建军

  功能材料. 2019, 50(8): 8109-8115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.015

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  采用传统高温固相反应法制备了钙钛矿氧化物Gd_(2-x)Ce_xNiMnO₆(x=0,0.1)多晶样品。两样品均呈现良好的单相性;T＞T_G样品为纯顺磁态,T_C＜T＜T_G为顺磁-铁磁共存态,在此温区两样品出现类Griffiths相,在较低温区(T＜T_N)铁磁-反铁磁相互竞争,出现自旋团簇玻璃行为;两样品在外加磁场为7 T时出现最大磁熵变值ΔS_M,分别为-4.248,-3.850 J/(kg·K);计算可得它们的磁制冷效率(RCP)分别为301.60,265.60 J/kg,Gd₂NiMnO₆比Gd_1.9Ce_0.1NiMnO₆更具备作为高温区磁制冷材料的潜能;通过对Arrott曲线、重标定曲线以及Loop曲线的分析可知两样品的铁磁-顺磁转变均为二级相变。
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  炭黑-陶瓷膜电极的制备及其处理含柴油废水的研究

  李永铭, 谢水波, 陈子庚, 周俊光

  功能材料. 2019, 50(8): 8116-8122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.016

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  利用真空抽滤-高温烧结法在Al₂O₃陶瓷基底上负载炭黑制备了炭黑-陶瓷分离膜(carbon black ceramic separation membrane,CTM),通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱(FT-IR)等测试方法对制备的CTM的表面形貌、元素及价态分布等进行了表征。发现制备的CTM表面粗糙度增加,孔径减小,并附着很多不规则的颗粒,对CTM的铝和碳元素的XPS峰分析发现,在铝、碳的谱图中均出现Al—O—C特征峰,说明所制备CTM膜表面形成了金属-氧-碳化合键。以CTM膜电极为阳极,金属钛板为阴极,采用电化学催化氧化法对模拟的含油废水(柴油)进行处理。结果表明利用CTM膜电极能够有效降低废水的含油率,在电极间距10 mm,pH值为6、电流密度20 mA/cm²、Na₂SO₄浓度为15 g/L、电解时间90 min条件下,初始浓度200 mg/L的含油废水溶液的柴油和COD去除率可分别高达91.3%和84.7%。CTM膜电极降解含油废水的过程中,溶液含油率随着反应时间的变化而变化,由此得到ln(C₀/C_t)与时间t的关系图,符合一级反应动力学规律。
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  低碳LaNi₅储氢合金的杂质碳行为研究

  詹斌, 朱宏志, 刘孟, 杨金水, 唐涛

  功能材料. 2019, 50(8): 8123-8126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.017

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  LaNi₅具有良好的储氢性能,有望成为氘氚燃料供给的重要候选材料。由于其性能易受杂质气体毒化,为了认识LaNi₅本征碳杂质的影响,采用低碳LaNi₅合金研究了循环吸放氢过程中的碳行为。结合色谱、XRD、ICP等手段,分析了气体成分和LaNi₅的物相、组成及储氢性能。结果表明,碳在吸氢过程中逐渐转变为CH₄,并积累在腔体中,未对LaNi₅的性能造成直接影响。
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  预掺杂法制备Au/TiO₂纳米管薄膜及其光电性能研究

  王辉, 梁伟

  功能材料. 2019, 50(8): 8127-8132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.018

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  提出了一种在TiO₂纳米管(TNT)阵列形成之前将贵金属纳米粒子作为掺杂剂引入的预掺杂法,该方法可以有效地避免传统掺杂方法中贵金属粒子堵塞纳米管管口的问题。首先采用磁控溅射法在FTO导电玻璃基底上制备Au/Ti双层金属薄膜,然后将上层金属Ti膜进行电化学阳极氧化,退火后即可获得Au/TNT电极薄膜。利用扫描电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子能谱分别对Au/TNT电极薄膜的微观结构和组成成分进行了观察和表征,确定Au元素存在于复合薄膜中的同时,还发现位于薄膜底部的Au纳米颗粒,经阳极氧化和退火后,扩散到了上层的TNT阵列薄膜中。测试发现,可见光照射下,Au/TNT电极薄膜的光电流密度和光催化降解率分别约为纯TNT阵列薄膜的2.0和1.3倍。因此,采用预掺杂法制备光电性能优良的Au/TNT电极薄膜是可行有效的。
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  石墨烯纳米片超声分散的研究

  张斌, 陈体军, 王凌云, 杨宝清

  功能材料. 2019, 50(8): 8133-8139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.019

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  为获得分散均匀无污染、不团聚的的石墨烯纳米片,通过超声处理技术分散已团聚的石墨烯纳米片并研究了主要影响因素——超声功率和超声时间在分散过程中对石墨烯纳米片分散效果和结构的影响。利用场发射电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、拉曼光谱、原子力显微镜对超声分散后的石墨烯纳米片的形貌、尺寸和结构进行表征与分析。结果表明,延长超声时间或增加超声功率可以显著提高石墨烯纳米片的分散效果,但相应的也一定程度降低了石墨烯纳米片的尺寸,生成大量的边缘型缺陷,尤其当功率过大或时间过长时甚至会生成空位缺陷。当超声功率960 W,超声时间4 h时石墨烯纳米片的分散效果最好,且破碎程度相对较低。
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  负载CoFe₂O₄纳米粒子磁性纤维滤料的制备与表征

  张腾, 刁永发, 周发山, 张俪安, 沈恒根

  功能材料. 2019, 50(8): 8140-8143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.020

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  通过选择聚苯硫醚(PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(P84)、玻纤、聚苯二甲酰苯二胺(芳砜纶)等5种袋式除尘器常用纤维针刺毡,利用共沉淀法将磁性铁酸钴纳米粒子负载到5种纤维滤料上得到磁性滤料,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)等表征方法从滤料上纤维表面负载形貌、CoFe₂O₄结晶程度、表面官能团等方面分析比较5种不同滤料负载磁性铁酸钴纳米粒子的微观机理及性能差异,并用振动样品磁强计(VSM)测试5种不同磁性滤料的剩余磁化强度及矫顽力大小。结果表明,P84磁性滤料由于自身纤维具有较强极性官能团CO、较大负载表面积等特点使得铁酸钴纳米粒子负载更加均匀、磁密度较其它纤维滤料要高,每克磁性P84滤料的剩余磁化强度及矫顽力分别为0.52×10³ A·m²/kg和3 940.2 A/m,这对于磁性材料捕集微细颗粒物具有重要意义。
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  择优取向SnS₂纳米片的可控制备和储钠性能研究

  高飞, 杨凯, 张子佳, 王康康, 范茂松, 刘皓, 耿萌萌, 张明杰, 王凯丰, 赵海雷

  功能材料. 2019, 50(8): 8144-8149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.021

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  作为储钠负极材料,二硫化锡(SnS₂)来源广泛,且具有较高的理论比容量(837 mAh/g)。然而由于其晶体结构的各项异性,充放电过程中Na⁺嵌入和脱出存在方向性,因此,可控调节SnS₂片层材料生长方向,并深入研究生长取向对电化学性能的影响机理至关重要。采用水热法,于SnS₂材料生长过程中引入表面活性剂聚乙二醇(PEG),制备具有不同生长取向的SnS₂片层材料,其中以(101)面择尤生长的SnS₂纳米片可以提供较丰富的电化学反应活性位点以及快速的Na⁺迁移路径,从而加快电极反应动力学,因此电极表现出优异的倍率特性:在0.1 A/g电流密度下的可逆比容量为367 mAh/g,在更大电流密度2 A/g下的比容量依然有284 mAh/g。
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  利用锰渣合成堇青石/钙长石复相陶瓷及其抗热震性能研究

  宋谋胜, 张杰, 李勇, 王应, 张东方

  功能材料. 2019, 50(8): 8150-8155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.022

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  以锰渣、滑石、工业氧化铝、石英为原料,在1 140～1 240 ℃温度内采用固相烧结法制备了堇青石、钙长石陶瓷。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了产物的物相组成和显微结构,分析了样品的抗热震性能及其机制。结果表明,钙长石相在1 160～1 240 ℃内均能烧成,堇青石晶体则在1 210 ℃及以上方能合成,烧结温度超过1 220 ℃则会出现过烧现象。热震测试表明,随热循环次数增加,1 210 ℃温度下烧成的堇青石/钙长石复相陶瓷的强度先降低,后逐渐回升。经30次热循环后材料的抗折强度高达58.16 MPa,超过热震前的56.98 MPa,增加率达2.07%。热震类似于退火,材料优良的抗热震性能可归因于淬火强化效应。
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  低温无模板法制备TiO₂多孔球及其光催化性能研究

  李伟超, 周烈兴, 秦永剑, 解林坤, 秦磊, 柴希娟

  功能材料. 2019, 50(8): 8156-8160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.023

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  以钛酸四丁酯为钛源,乙二醇和丙酮为溶剂,以低温无模板法制备纳米TiO₂多孔微球。XRD分析可知,随着沸水处理时间的增长,纳米晶粒TiO₂多孔微球的晶化程度逐渐提高。沸水处理120 min时得到的锐钛型TiO₂已具有较高的晶化程度。TEM和SEM研究表明,经沸水处理后的有机前驱体表面由光滑转变粗糙,多孔结构形成。BET数据分析表明,在其它相同条件下,沸水处理120 min时得到的纳米晶粒TiO₂多孔微球具有较高的BET比表面积,且介孔体积较大,表面反应活性位点较多,更有利于对RhB的吸附。光催化结果表明,沸水处理120 min时得到的的TiO₂多孔微球具有较好的光催化活性,其一级反应速率常数为沸水处理30 min时得到的纳米晶粒TiO₂多孔微球的11.29倍,为P25的1.74倍。这是由于纳米晶粒TiO₂多孔微球的介孔结构和较高的比表面积能引入更多的表面反应活性位点所致。
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  APTES改性羧甲基壳聚糖微球对铅离子吸附性能及机理研究

  康小虎, 白志山, 王炳捷, 杨晓勇

  功能材料. 2019, 50(8): 8161-8169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.024

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  以羧甲基壳聚糖(CMCS)为基体,3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)作为改性剂,制备了用于吸附铅离子的改性羧甲基壳聚糖微球(A-CMCS)。使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)对吸附剂的表面形貌以及化学组成及结构进行了表征。研究了初始溶液的pH值、吸附温度以及铅离子的初始浓度对A-CMCS吸附性能的影响,结果表明当pH值为5、吸附温度为303 K时吸附剂对铅离子的吸附浓度达到最大为275.2 mg/g,比未改性之前的交联微球的吸附量提升43%。并使用吸附动力学以及等温吸附模型、FT-IR和X射线光电子能谱(XPS)对吸附机理进行了探究,其结果发现A-CMCS微球对铅离子的吸附过程是一个以化学吸附为主的单分子层吸附过程,其中氨基基团在整个吸附过程的起主导作用。
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  热处理温度对TiO₂包覆LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂的电化学性能影响

  李伟伟, 姚路, 丰勇, 郭玉娣, 席国喜

  功能材料. 2019, 50(8): 8170-8177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.025

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  采用共沉淀法制备了镍基正极材料LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂(LNCA),通过浸渍-水解法在LNCA表面包覆了1%的TiO₂,研究了热处理温度对1%TiO₂@LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂的电化学性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学工作站和电池测试仪等对材料进行表征。结果表明,提高热处理温度,可以使样品表面的包覆层均匀致密,但750 ℃热处理样品的阳离子混排程度有所增加;TiO₂表面包覆并热处理后提高了材料的热稳定性能,有利于提高样品在大倍率放电时的循环性能,热处理温度为650 ℃时具有最佳的电化学性能。当包覆层为TiO₂和Li₂TiO₃混合物时,对循环性能的改善能力优于包覆层为单纯的TiO₂或Li₂TiO₃。
工艺·技术
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  CH₃NH₃PbI₃晶体的晶轴对其光电性能的影响

  张中赛, 常海涛, 王喆, 孙士帅, 邓家春

  功能材料. 2019, 50(8): 8178-8182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.026

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  通过逆温结晶的方法制备了CH₃NH₃PbI₃单晶,用扫描电子显微镜观察晶体形貌、X射线粉末衍射仪测量晶体结构、拉曼光谱仪测量晶体光谱。此外,通过X射线单晶衍射仪确定了晶面方向,分别沿平行和垂直于晶体c轴方向对晶体进行切割,经打磨、抛光后在其对应的晶面上蒸镀电极进而制备出基于CH₃NH₃PbI₃单晶的光探测器。采用不同波长和偏振方向的激光照射光探测器的受光面后,测试了器件的光电特性。实验结果表明,当激光的电场分量E平行于晶体的晶轴时光探测器的光电流密度比电场分量E垂直于晶轴时(垂直样品)的光电流密度大两个数量级。通过计算得到,激光的电场分量E平行于晶体晶轴时,光探测器的光响应度(R)是垂直样品的58倍、光暗电流比(P)的10倍和外量子效率(EQE)的66倍。发现CH₃NH₃PbI₃单晶的晶轴对晶体的光电性能影响很大。
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  功能助剂对蓝色中性墨水润滑性的影响

  霍晓伟, 刘守军, 徐琴, 吴振江

  功能材料. 2019, 50(8): 8183-8190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.027

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  考察了研磨时间对酞菁蓝色浆性能的影响,进而探讨了色浆性能与中性墨水润滑性之间的联系,并借助书写润滑度检测仪考察了引入不同功能助剂对墨水润滑性的影响。结果表明,研磨时间为2.0 h时,酞菁蓝色浆的表观粘度最小且分散稳定性较好,所调配的墨水润滑性能最佳;润滑剂MOA-9P和PC-3950复配可产生协同效应,当色浆体系中含3% 的DS1900分散剂(质量分数),墨水体系中含20%的甘油、0.9%的MOA-9P与1.5%的PC-3950复合润滑剂时,中性墨水的润滑性达到最佳。
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  波浪状线性可拉伸超级电容器的研究

  齐方亚, 赵晨, 翁立, 闵永刚

  功能材料. 2019, 50(8): 8191-8195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.028

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  可拉伸超级电容器在可穿戴领域被广泛应用,它不仅要求具有良好的电容性,同时还要求具有良好的抗拉伸性。为此,实验设计了一种线性可拉伸超级电容器,利用廉价的质软不锈钢细丝制备成线性可拉伸集流体,采用电化学沉积方法,将聚苯胺沉积在不锈钢丝上,结合可拉伸聚合物电解质,制备出固态可拉伸电容器。它具有良好的拉伸循环性,可以被拉伸30%,并且在1 000圈拉伸循环后电化学性能维持初始电容的89%。
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  Sb/Al/Zn多掺杂Mg₂Si热电材料的制备及性能研究

  马晴, 李书婷

  功能材料. 2019, 50(8): 8196-8200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.029

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  采用放电等离子体烧结技术,制备了Sb/Al/Zn多掺杂Mg₂Si热电材料,利用粉末X射线衍射、霍尔效应和标准四探针电导率研究了Mg₂Si热电材料的电输运特性和热电性能。结果表明,Sb/Al/Zn多掺杂Mg₂Si热电材料具有良好的电输运和热电性能。采用放电等离子体烧结技术在880 K时,Sb0.5%Zn0.5%掺杂Mg₂Si热电材料具有最大热电优值为0.964,与PbTe基热电材料相当。根据电导率(σ)、塞贝克系数(S)和热导率(κ)的温度依赖性计算掺杂Mg₂Si热电材料在300～900 K的热电性能和热电图优值(ZT),同时根据霍尔系数确定掺杂Mg₂Si热电材料的电子浓度(N)。
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  氧化石墨烯对本征石墨烯在天然橡胶基体中的分散促进作用研究

  宋成芝, 谢华, 胡国新, 高寒阳, 刘海军, 胡宇辰

  功能材料. 2019, 50(8): 8201-8204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.30

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  本征石墨烯分散在高分子材料中能够能够明显提高分子的导热性能,但因为本征石墨烯表面缺乏活性基团,片与片之间强大的范德华作用力使其在高分子材料中的解聚和均匀分散尤为困难。氧化石墨烯被证明具有两亲性,从片层边缘至片层中间呈现亲水至疏水的分布,使其能发挥类似表面活性剂的功用。研究证明,氧化石墨烯能够显著促进石墨烯在水性橡胶乳液中的分散,使石墨烯能够均匀的分散在制备得到的石墨烯/氧化石墨烯/天然橡胶复合材料中,进而使得天然橡胶的导热性能得到大幅度的提升。
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  不同形貌高炉渣基沸石的合成及反应机理的探讨

  高文艳, 长山, 赵斯琴

  功能材料. 2019, 50(8): 8205-8211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.031

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  高炉渣是高炉炼铁过程中的副产品,是一种复杂的硅酸盐,高炉渣酸浸后的滤渣是硅凝胶,可以作为硅源,从而合成沸石。以高炉渣为前驱体,采用碱熔融-水热法合成不同形貌沸石,通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜等表征手段探讨了最佳合成条件及反应机理。结果表明,体系中硅铝比为影响沸石结构种类的关键因素,n(Si)/n(Al)=0.4～1.2范围内,能够合成A型沸石;n(Si)/n(Al)=1.6～2.0范围内,能够合成八面沸石;n(Si)/n(Al)=1.4处为A型与八面沸石共存体系;八面沸石的形成需经过溶解—成核—结晶等几个过程,属于双相转化反应机理;合理控制晶化温度可将八面沸石转变为P型沸石。
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  钢纤维和微纤维混合增强混凝土的制备和性能研究

  陈高

  功能材料. 2019, 50(8): 8212-8216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.032

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  采用钢纤维分别与玄武岩微纤维、聚乙烯醇微纤维、玻璃微纤维混合制备增强混凝土,研究了钢纤维和微纤维混合对混凝土试样的密度、抗压强度、单轴抗拉性能的影响,并分析了混凝土断裂失效机理。结果表明,微纤维的种类不会影响混凝土材料硬化密度。微纤维的长度可以影响混凝土的抗压强度,经过28 d抗压强度测试,发现掺杂玄武岩微纤维、聚乙烯醇微纤维的混凝土抗压强度较基准钢纤维混凝土分别提高了15.4%和14.6%;而掺杂玻璃微纤维的混凝土抗压强度较基准钢纤维混凝土则降低了2.1%。微纤维材料自身的抗拉强度可影响增强混凝土的抗拉性能,掺杂玄武岩微纤维、聚乙烯醇微纤维的混凝土抗拉强度和极限拉伸应变均提高了,而掺杂玻璃微纤维的混凝土却降低了。相比聚乙烯醇微纤维和玻璃微纤维,玄武岩微纤维与钢纤维混合增强混凝土的综合性能最优,其断裂过程中,钢纤维失效方式为纤维拔出,玄武岩微纤维失效方式为纤维断裂。
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  纳米纤维素/Fe₃O₄纳米球的原位合成及其电化学性能

  张阳阳, 李亚兰, 许民, 岳金权

  功能材料. 2019, 50(8): 8217-8220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.08.033

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  利用实验室自制茶梗纳米纤维素原位合成纳米纤维素(CNC)/四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米球,并对其粒径大小、结晶性质、磁性性能和电化学性能进行分析表征。结果表明,通过原位合成法所制得CNC/Fe₃O₄纳米球,粒子间分散性良好,直径约为10～30 nm;CNC/Fe₃O₄纳米球具有磁化强度34.9 A·m²/kg的磁特性;CNC/Fe₃O₄纳米球表现出良好的电化学性能,CNC/Fe₃O₄电极的比电容主要是Fe₃O₄产生的赝电容,在电流密度0.03 A/g时,比容量可达30.14 F/g,在0.04 A/g电流密度下,经过500次充放电后容量保持率为78.76%。CNC/Fe₃O₄电极中离子的扩散为Warburg机理。