2019年, 第50卷, 第9期　刊出日期：2019-09-30

  

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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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  利用聚乙烯醇缩醛反应接枝季鏻盐制备高分子抗菌材料^*

  林越威, 敖宁建

  功能材料. 2019, 50(9): 9001-09005. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.001

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  聚乙烯醇(PVA)常用作生产伤口敷料的材料,季鏻盐(QPS)具有良好的抗菌作用。研究旨在通过使用缩醛反应,在常温下快速将QPS接枝到PVA中来制备抗菌材料。通过测试材料的热学性能、抗菌性能和细胞毒性,发现该材料具有热塑性并具有良好的抗菌效果,且细胞毒性较低。可以通过注塑成型或熔融沉积成型进行加工,并且适合于抗菌伤口敷料使用。将来可用于制造三维打印伤口敷料。
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  MoS₂/GO-g-C₃N₄-ZnO三元复合纳米材料的制备及可见光光催化性能研究^*

  王宁, 马春雨, 胡金娟, 王佳琳, 秦福文, 张庆瑜

  功能材料. 2019, 50(9): 9006-09012. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.002

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  通过水热法制备出基于20%(质量分数)g-C₃N₄-ZnO的高效的三元复合材料0.2%(质量分数)MoS₂-g-C₃N₄-ZnO(MCZ)和15%(质量分数)GO-g-C₃N₄-ZnO(GCZ)。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、光致荧光光谱(PL)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、瞬态光电流响应对样品进行表征,研究了MoS₂或GO的引入对ZnO晶体结构、形貌、成分和光催化活性的影响。结果表明,MCZ和GCZ均保持ZnO的六方纤锌矿结构,且g-C₃N₄为类石墨相。GO的引入可以抑制ZnO晶粒的生长,而MoS₂的引入可以促进ZnO晶粒的生长。GCZ复合材料中存在明显的电子转移现象,抑制20%(质量分数)g-C₃N₄-ZnO 中光生电子空穴对的复合,提高其可见光催化性能。GCZ复合光催化剂的光催化活性明显优于20%(质量分数)g-C₃N₄-ZnO和MCZ。
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  方柱状IPMC制备与驱动性能的研究^*

  霍凯, 何青松, 尹国校, 徐显锐, 于敏

  功能材料. 2019, 50(9): 9013-09018. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.003

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  离子型聚合物金属复合物(ionic polymer-metal composites, IPMC)是一种离子型电致动聚合物材料,具有尺寸小、质量轻、驱动电压低、形变量大以及生物兼容性好等众多优点。但传统片状IPMC只能在单一方向上运动的缺点,极大地限制了IPMC的应用。因此,通过溶液浇铸和化学镀的方法制备出一种可实现多自由度运动的方柱状IPMC,并对其表面电极进行了SEM观测和驱动性能表征分析。通过对比方柱状IPMC在正弦、方波和直流电压信号下的末端位移和输出力变化情况,发现方柱状IPMC在这3种电压信号驱动下均具有较好的驱动性能,且在直流电压信号下末端位移和输出力最大。通过对方柱状IPMC在不同运动方向的测试结果进行对比分析,探究了方柱状IPMC在介入式手术导管导向装置上应用的可行性。
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  地震超材料的应用与研究进展^*

  石南南, 亢志宽, 邵伟昂, 李振宝, 王小娟

  功能材料. 2019, 50(9): 9019-09026. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.004

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  “超材料”由于具备天然材料无法达到的超常力学性能而备受关注。超材料的性能主要取决于人工设计的微观结构,因此可以超越构成材料的本征性质,使材料进入“人工设计”时代。经过精密设计的声子晶体可以产生与地震频率相对应的带隙,这种声子晶体为“地震超材料”。综述了地震超材料的基本单元声子晶体的类型,地震超材料的带隙特性及隔震原理。总结了国内外地震超材料的研究现状,分析带隙特性使其在隔震减震方面具有广阔应用前景。结合地震超材料在目前应用中的存在问题,对未来地震超材料在抗震减灾中的应用进行了展望。
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  Mg对锂二次电池负极Li-B合金中骨架结构与性能的影响^*

  归伊娜, 刘志坚, 陈立宝, 黄海峰, 宁慧龙

  功能材料. 2019, 50(9): 9027-09032. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.005

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  在传统热电池负极材料Li-B合金中,加入Mg元素能够提高极片的抗氧化性、抑制自放电,并能够有效提升热电池的放电稳定性。在锂二次电池负极材料Li-B合金中掺杂Mg元素,制备获得Li-B-Mg合金,通过Li-Mg固溶体强化LiB化合物骨架结构,缓解坍塌问题。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电化学充放电测试和交流阻抗谱对两种合金的物相、形貌、电化学性能进行了表征。结果表明,Mg元素对Li-B合金的放电性能有所提升,并能够一定程度支撑LiB纤维骨架结构,缓解坍塌问题。这对于Li-B合金作为锂二次电池负极的潜在材料有一定的奠基作用。
综述·进展
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  SnO₂纳米片阵列的制备及其在新能源器件领域的研究^*

  王唯一, 岳红彦, 宋姗姗, 张宏杰, 关恩昊, 姜大川

  功能材料. 2019, 50(9): 9033-09036. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.006

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  SnO₂纳米片阵列作为一种具有独特介孔结构的三维纳米材料,不仅具备SnO₂纳米片具有大的比表面积,规则有序的孔道结构,狭窄的孔径分布特点,其三维立体结构也提高了材料的电化学性能,具有极好的导电、氧化和催化性能,是理想的储能电池电极材料和生物传感器的检测材料。综述以各种制备高质量,大比表面积SnO₂纳米片阵列的方法及其在新型能源器件方面的应用现状为主,并对其未来发展趋势进行了展望。
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  低浸润性表面的制备及其功能化研究进展^*

  李娜, 侯成敏, 张效林, 曹从军, 夏卫民, 王梅, 寇艳萍, 张伟

  功能材料. 2019, 50(9): 9037-09042. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.007

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  固体表面呈现低浸润状态的材料称为低浸润性表面材料。根据浸润性的不同,在日常生活和工业生产中发挥巨大的作用。这类材料的制备思路是构建表面的粗糙化和降低表面能。目前其发展趋势是保留结构材料固有属性,获得低浸润性表面,同时赋予某些特殊功能以拓宽其应用范围。综述了国内外基于无机、有机材料基体的低浸润表面材料的制备、性能和应用的研究进展,进一步概括了对温度、光、磁、酸碱性、介质、多重响应等刺激响应性低浸润表面材料的研究现状和应用前景,讨论了低浸润表面材料发展的局限性和问题,展望了功能响应性低浸润材料的发展前景。
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  锂硫电池柔性正极材料研究进展^*

  郝言, 邓南平, 何本桥, 程博闻, 康卫民

  功能材料. 2019, 50(9): 9043-09055. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.008

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  随着化石能源的日渐枯竭、能源危机和环境问题的日益突出,开发环境友好的二次电池能源体系迫在眉睫。锂硫电池作为一种新型的储能电池,其理论比容量高达1 675 mAh/g,质量密度可达2 600 Wh/kg,且原材料来源广、成本低等优点,使得其有望代替锂离子电池成为下一代理想的能源电池。近年来,可穿戴电子设备、智能纺织品的出现,对储能电池提出了更高的要求—柔性,因此开发柔性锂硫电池已经成为研究热点。作为锂硫电池的重要组成部分,柔性正极材料的研究和制备对柔性锂硫电池系统的开发至关重要。从锂硫电池柔性正极基体材料入手,对碳材料、导电聚合物材料和新兴的MOF材料等3个方面进行了分类总结,详细阐述了各自制备方法及对柔性正极性能影响。碳材料高的导电性和多孔结构设计、导电聚合物和MOF材料对多硫化物优异的化学吸附作用,均有助于抑制多硫化物的“穿梭效应”,提升柔性锂硫电池的长循环电化学稳定性能。最后分析了现有锂硫电池柔性正极材料存在的缺陷与问题,对未来发展方向做出了展望。这将为开发新型的锂硫电池用柔性正极材料提供指导,同时为其它二次电池柔性正极材料开发过程中的共性问题提供实验和理论依据。
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  生物医用材料用于药物递送系统的研究进展^*

  詹世平, 苗宏雨, 王景昌, 王卫京, 李鸣明

  功能材料. 2019, 50(9): 9056-09062. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.009

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  生物医用绿色载体材料因其独特的结构和优异的性能,被广泛应用于医药、医疗和食品等领域,并发挥着越来越多的作用。特别是生物医用载体材料用于药物递送系统,可用载体材料将抗癌药物包裹在内,靶向、缓释和控释递送药物至肿瘤部位,有效治疗癌症,并且避免对人体正常组织的毒副作用,生物医用材料载药微球已是当前的研究热点之一。主要论述了天然以及合成的生物医用载体材料,对目前新型医用载体的制备以及应用进行了介绍,并对目前抗癌药物载体存在的问题进行的归纳总结,对其研究方向也进行了展望。
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  碳量子点荧光材料的制备及其对金属离子检测的应用研究进展^*

  肖秀婵, 秦淼, 李强林, 任亚琦, 周筝

  功能材料. 2019, 50(9): 9063-09068. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.010

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  碳量子点因其具有易于制备、性能稳定、荧光量子转化效率高、成本低廉和环境友好等优点而备受关注。综述了近些年来,碳量子点荧光材料的制备方法及其在金属离子检测领域的应用,并为绿色高效碳量子点的制备与绿色应用的关键技术提供新的理念和思路。
研究·开发
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  核壳结构ZIF-67@CuO_x催化剂及其低温CO-SCR脱硝研究^*

  王原, 何汉兵, 郑雅杰

  功能材料. 2019, 50(9): 9069-09075. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.011

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  通过封装法在常温下成功制备出纳米颗粒ZIF-67包覆八面体核壳结构的ZIF-67_a/b@CuO_x(a/b=4/1,2/1,1/1,1/1.5)低温脱硝催化剂,并利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外仪(IR)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析仪(BET)等对催化剂进行表征,考察了不同ZIF-67包覆量对催化剂形貌、结构组成、比表面积大小以及选择性催化还原(SCR)性能的影响。结果表明,HKUST-1烧结为八面体的CuO_x相,具有良好的负载能力,ZIF-67保持其原有形貌、晶型和高比表面积;在a/b为4/1时ZIF-67具有较好的均一性和分散性,催化剂比表面积增大,其低温催化脱硝性能最好。CO-SCR催化性能测试结果显示,ZIF-67_4/1@CuO_x在脱硝温度150和225 ℃时分别达到86.5%和95%的脱硝率。ZIF-67_4/1@CuO_x相比ZIF-67达到相同脱硝率(86%)的温度降低50 ℃。ZIF-67_4/1@CuO_x具有1 168.410 m²/g 的最大比表面积,为反应提供更对界面和有效接触,提高催化还原脱硝效率。
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  静电纺纳米纤维制备及其在电子生物传感器件的应用^*

  潘东成, 林昌, 张天立

  功能材料. 2019, 50(9): 9076-09082. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.012

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  使用简易方法直接制备可折叠的纳米纤维石墨烯薄膜电极,并且应用于电子生物传感器件的检测。以网版印刷技术制作出的石墨烯薄膜,用波长为355 nm的紫外光纳秒激光脉冲进行烧蚀加工制作出石墨烯薄膜电极。控制激光脉冲的能量密度与材料移除重叠率两个工作参数。在常压环境下,可在薄膜上制作电极间距宽为60 μm的网印石墨烯薄膜电极。结合静电纺技术,使用质量分数为9%的聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)与葡萄糖氧化酶(glucose oxidase, GOD) 复合纳米纤维进行交联处理,然后再与聚二氧乙基噻吩∶聚苯乙烯磺酸(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)∶poly(styrene sulfonate) PEDOT∶PSS)溶液进行混纺后,经由静电纺喷涂制作出可折叠的纳米纤维结构于石墨烯薄膜电极上。此外,藉由滴入不同浓度的葡萄糖溶液于石墨烯电极结构的纳米纤维传感区域内;观察其电性变化情形,测得出葡萄糖浓度在0.01～3.15 mmol/L区间范围内具有一趋近线性的变化,这检测结果将是能应用在低浓度、高灵敏性的电子生物传感器件。
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  ZnO薄膜中与Zn原子缺陷相关的发光特性研究^*

  陈海霞, 丁继军

  功能材料. 2019, 50(9): 9083-09085. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.013

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  ZnO薄膜中可见光的发射与缺陷有关,为了研究ZnO薄膜中与Zn原子缺陷相关的发光特性,将不同Zn缓冲层厚度的ZnO薄膜沉积在Si衬底上,且所有样品在400 ℃下真空中退火1 h,采用X射线衍射谱(XRD)、吸收谱和光致发光谱(PL)表征了样品的晶体结构和光学特性。结果表明,随着Zn缓冲层溅射时间的增加,ZnO薄膜中的紫光峰向长波段发生了红移,且所有的发光峰强度逐渐增加;缓冲层和真空中退火都使得样品中有过量的Zn原子缺陷出现,薄膜中所有的发光峰与Zn原子缺陷相关。
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  AZ镁合金空气电池阳极在NaCl溶液中的电化学性能^*

  韦科权, 万晓峰, 邓春旭, 徐雷秋, 张福豹, 朱昱

  功能材料. 2019, 50(9): 9086-09092. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.014

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  采用动电位极化扫描、恒电流放电、化学浸泡法研究不同Al含量AZ31、AZ61、AZ913种AZ镁合金阳极的放电性能和腐蚀电化学行为。结果表明,3种镁合金阳极随Al含量的增加,腐蚀电位发生正移。合金的腐蚀电流密度呈先减小后增大的趋势;25 ℃的3.5%(质量分数)NaCl溶液中,3种合金阳极的放电电位随放电电流密度的增大而正移。30 mA/cm²放电电流密度下,AZ61合金具有较负的平均放电电位,随时间延长平均放电电位负移且逐渐趋于平稳,表现出良好的放电性能。随Al含量的增加合金阳极自腐蚀速率有所下降,阳极利用率呈先增大后减小的趋势。3种合金阳极中,AZ61合金中形成大量点状或不连续短条状的β相,金属颗粒脱落较少,阳极利用率较高。
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  SiC纳米颗粒的制备与发光特性研究^*

  刘霞, 曹连振, 蒋红, 宋航

  功能材料. 2019, 50(9): 9093-09096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.015

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  采用热化学气相沉积的方法首先合成了SiC 纳米颗粒。接着,用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱、X射线电子能谱和X射线衍射谱等表征了材料的结构和组成。最后,利用光致发光谱和光致发光谱微区成像系统研究了材料的光学性质。实验结果表明,制备的纳米材料的尺寸约为70～90 nm;发光带由中心波长分别为530和542 nm的绿光发光峰组成,分析认为分别来自于SiC材料本身和表面缺陷;在相同的激发光强度下,材料最大发光强度相对于相同条件下合成的体材料提高5倍左右。制备的SiC纳米材料在绿光光电子器件领域有着潜在的应用价值。
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  MFC增强碳纳米纸的制备及其电磁屏蔽效能^*

  刘落恺, 唐萍, 胡云平, 宾月珍

  功能材料. 2019, 50(9): 9097-09101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.016

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  为提高碳纳米纸(BP)力学性能,将微纤化纤维素(MFC)与多壁碳纳米管(MWCNT)混合,采用真空抽滤的方法制备MFC/BP。详细研究了MFC/BP的微观形貌、力学性能、电学性能、电磁屏蔽效能。研究表明,MFC均匀分散在碳纳米管中,形成了纤维骨架,碳纳米管相互穿插缠绕分布在纤维骨架周围形成网状结构。随着MFC含量的增加,MFC/BP的力学性能明显提高。当MFC与MWCNT质量比为1/1时,碳纳米纸的拉伸强度为11.76 MPa,比纯碳纳米纸提升了979%;在8.2～12.4 GHz频段内,碳纳米纸(厚度约55 μm)的电磁屏蔽效能为24～30 dB。
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  新型稀磁半导体Mn掺杂LiMgAs的光电性质^*

  张恒源, 张崇洋, 翟春雨, 杜颖妍, 贾倩, 陈婷, 毋志民

  功能材料. 2019, 50(9): 9102-09109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.017

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  基于密度泛函理论第一性质原理平面波超软赝势法, 对理想新型稀磁半导体Li_1±y(Mg_1-xMn_x)As (x=0,0.125;y=0,0.125)进行几何结构优化,计算并分析了体系的电子结构、磁性和光学性质。结果表明,掺杂体系的磁性和电性可以分别通过Mn的掺入和Li计量数的调控来改变,掺Mn后形成Mn—As极性共价键,且引入与Mn有关的自旋极化杂质带,体系为半导体磁性材料。Li不足时,p-d杂化使体系变为半金属性,表现为100%的自旋注入,Mn—As键的重叠电荷布局最大,键长最短。而Li过量时,sp-d杂化则使体系变为金属性,居里温度最高,形成能最低,导电能力最强。对比光学性质发现,Li不足和过量时,介电函数和光吸收谱在低能区出现新峰, 增强了体系对低频电磁波的吸收。掺杂体系的能量损失峰均向高能方向偏移, 呈现明显的蓝移特征, 且峰值急剧减小, 表明其等离子共振频率显著降低,而Li过量的等离子振荡范围最宽。
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  新型建筑节能墙体保温材料力学和热工性能研究^*

  夏蕊芳, 程国庆

  功能材料. 2019, 50(9): 9110-09114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.018

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  以海藻酸钠和天然纤维为改性剂,制备了海藻酸钠天然纤维生物复合材料。利用万能试验机对材料的力学性能进行表征,通过电导仪分析了生物复合材料的热工性能,重点研究了木质纤维和稻杆纤维掺杂比例对生物复合材料综合性能的影响,评价了生物复合材料用于建筑节能墙体保温材料的可行性。结果表明,生物复合材料的抗弯强度、抗压强度及弹性模量均随木质纤维含量的增加而不断增大,当木质纤维的含量为100%时,试样的力学性能最优,抗弯强度和抗压强度分别达到0.573 和1.410 MPa。样品中木质纤维和海藻酸钠粘结剂结合紧密,相互之间润湿性良好。生物复合材料的热传导率在0.078～0.089 W/(m·K)之间,即具有较好的隔热性能,可以作为建筑节能墙体的保温材料来使用。研究发现添加较高比例的木质纤维及适量的乙二醛交联剂可提高生物复合材料的传热能力和保温性能。
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  Fe掺杂多晶样品DyMn_1-xFe_xO₃的磁热效应和电性^*

  曹凤泽, 陈红伟, 藏宝, 李晓欣, 王婷, 金香, 赵建军, 鲁毅

  功能材料. 2019, 50(9): 9115-09119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.019

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  采用传统的固相反应法制备DyMn_1-xFe_xO₃多晶样品,通过测量了样品的磁化强度与温度的变化关系曲线(M-T)、磁化强度与温度的变化关系曲线(M-H)和电阻率与温度的变化曲线(ρ-T),对各组分下样品的磁性和电性进行了研究。研究结果表明,在低温区x=0和x=0.025样品表现为反铁磁态,而x=0.075样品在低温区ZFC曲线与FC曲线出现分叉,表现为铁磁反铁磁共存。分别在57,137和157 K以下观察到类Griffiths相,T_G温度以上样品都表现为顺磁特性。在外加磁场为7 T时磁熵变达到最大值,最大值分别为10,12,9 J/(kg·K)。最大制冷能力为320 J/kg(x=0.025)。综合磁熵变最大值及制冷能力数值来看,该材料可以作为磁制冷候选材料。通过对ρ-T曲线及ρ-T曲线的拟合曲线研究发现,系列样品均为半导体且加磁场后的电阻率高于零场下的电阻率,说明在低温处磁场有不利于电传导。系列样品在高温部分的导电方式均遵循小极化子的导电方式。
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  非均相多钼氧簇/硅藻土催化氧化碘离子研究^*

  郭军, 蔡丽丽, 解田, 周维珍, 杨三可, 谢泉, 刘其斌, 秦军

  功能材料. 2019, 50(9): 9120-09128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.020

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  采用浸渍法制备keggin型多钼氧簇/改性硅藻土(PMoO/Dia)催化剂。分别采用FT-IR、XRD、BET、SEM和碘离子选择电极来测试并研究催化剂结构,表面形貌和碘离子催化性能。利用分子力学和量子化学方法对PMoO在Di和Dia表面的吸附进行计算模拟。研究结果显示:负载后的PMoO高度有序分散在Dia表面上且未改变其原有的Keggin结构;在加有0.5 g的7%PMoO/Dia催化剂的反应体系中反应8 min后碘离子的转化率为99.7%,反应速率达到了2.25×10^-5 mol/(L·s),与空白相比,PMoO/Dia的催化效果提高2.25×10³倍;PMoO以物理吸附和化学吸附两种方式吸附在Di和Dia表面,Dia表面的铵基增加了PMoO与Dia之间的静电吸附和化学吸附作用力,同时降低了PMoO/Dia的前线轨道能级。催化剂重复使用10次以后仍保持着良好的催化性能,重复性好,无过氧化,具有较好的应用前景。
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  Ag₂CrO₄/Ti₃C₂T_x复合材料的合成及可见光光催化性能的研究^*

  赵珍, 许第发, 周艺, 曾丹丹, 张世英

  功能材料. 2019, 50(9): 9129-09134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.021

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  首次采用简易沉淀法制备了新型Ag₂CrO₄/Ti₃C₂T_x复合材料,将两种能级匹配的半导体结合起来形成了异质结。通过XRD、SEM、EIS与DRS等技术对材料进行了表征,结果显示通过HF刻蚀所制备的纯Ti₃C₂T_x为手风琴层状结构,多面体状的Ag₂CrO₄纳米颗粒牢固附着Ti₃C₂T_x表面。研究了其在可见光下光催化活性,研究结果显示当Ti₃C₂T_x的含量为0.4%(质量分数)时复合材料的光催化活性最高,是纯Ag₂CrO₄的1.9倍。多次循环实验后,Ag₂CrO₄/Ti₃C₂T_x表现出良好的稳定性,ESR与自由基捕获测试显示超氧自由基与空穴是主要活性物质,并根据所得结果提出了复合材料光催化活性增强机理。
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  前驱体伪共沉淀法制备CSs(纳米碳球)/Cu触头材料及致密化工艺研究^*

  丁一, 祝志祥, 邵文柱, 张璐, 陈保安, 张强, 韩钰, 陈新, 王强

  功能材料. 2019, 50(9): 9135-09141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.022

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  通过前驱体伪共沉淀法制备出第二相均匀弥散分布的CSs(纳米碳球)/Cu触头材料,通过研究制备工艺以及第二相含量对CSs/Cu复合材料微观组织结构、机械物理性能及接触电阻的影响规律,为高性能铜基低压电器触头材料设计原则提供理论依据。
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  表面活性剂辅助插层制备二维Ti₃C₂T_x及其电化学性能研究^*

  官仕齐, 董燕, 江国栋, 黄仁忠, 袁颂东

  功能材料. 2019, 50(9): 9142-09146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.023

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  采用一种改进的方法制备了类石墨烯的Ti₃C₂T_x二维材料。首先采用氢氟酸刻蚀Ti₃AlC₂,然后向插层溶剂二甲亚砜中添加表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵协助二甲亚砜共同插层,最后经超声处理制备Ti₃C₂T_x。XRD测试表明,由于表面活性剂的协助插层作用,插层剂分子更容易进入Ti₃C₂T_x层间,显著增加其层间距,减小层间的相互作用力,便于其剥离。氮气吸脱实验证实该方法制备的Ti₃C₂T_x具有更高的比表面积和孔容。电化学测试表明,由制备的Ti₃C₂T_x组装成的对称性电容器具有更高的比电容,在0.5 A/g电流密度下的比电容达75.0 F/g,当充电电流增加至4 A/g时,其电容维持在57.0 F/g。在1 A/g的电流密度下,经过2 500次的充放电循环后,制备的Ti₃C₂T_x材料的比电容为61.5 F/g,循化稳定率达87.0%。
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  高温超导带材用YBCO前驱体的热分解非等温动力学研究^*

  洪成哲, 赵兴明, 王天林, 金秀英, 金秀吉, 祁阳

  功能材料. 2019, 50(9): 9147-09152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.024

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  基于金属有机物沉积法制备YBCO高温超导带材的研究现状,为了探索涂层导体超导层的快速制备工艺,开展了超导层前驱体的热分解动力学研究。在氩气条件下利用同步热分析仪获得丙酸为溶剂、乙酸盐为溶质的前驱体热分解过程的TG-DTG-DSC-MS曲线,采用普适积分法、微分法以及多重速率扫描Kissinger法相结合的方式确定YBCO超导相合成反应的机理和相关动力学参数。结果表明,从室温～900 ℃的升温过程中,前驱体的热分解反应可分为4个阶段。其中,第4阶段的YBCO超导相合成反应过程服从随机成核和随后生长的机理模型(n=2),热分解反应动力学补偿效应为lnA=0.120E-2.699。
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  多场耦合参数对电沉积Ni-TiN纳米镀层性能的影响^*

  夏法锋, 赵旭东, 马廉洁

  功能材料. 2019, 50(9): 9153-09156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.025

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  利用多场耦合电沉积技术制备Ni-TiN纳米镀层,获得良好的高硬度、耐磨性好的复合镀层材料。研究多场耦合沉积的主要参数阴极电流密度、超声波功率和磁场强度对显微硬度、耐磨性的影响。结果表明,随镀液中磁场强度、阴极电流密度和超声波功率的增加,Ni-TiN 纳米镀层中的显微硬度呈先增加后减小的变化趋势,而镀层的磨损量与之相反。多场耦合电沉积的最优工艺参数组合为阴极电流密度1.5 A/dm²、超声波功率200 W、磁场强度0.6 T。在最佳工艺参数下制备的Ni-TiN纳米镀层表面粗糙程度较小,晶粒较细致,组织均匀度较好。
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  核-壳结构纳米复合材料在脱硝中的应用^*

  侯欣辛, 李翔宇, 陈红萍, 杨旭, 魏永林

  功能材料. 2019, 50(9): 9157-09162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.026

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  核-壳结构纳米复合材料基于壳对核的有效保护和核壳之间的相互作用而表现出优异的脱硝活性和抗毒性。从核-壳催化剂的制备方法及核壳组成对脱硝活性的影响进行了总结和讨论。采用化学沉积法、自组装法和水热法等制备方法,以TiO₂、CeO₂和Fe-ZSM-5分子筛等为壳结构时,能有效阻止SO₂对活性中心原子的毒化作用,从而提高脱硝催化剂的抗硫性。通过优化成核的活性组分和成壳的物质,有望制备出具有高活性和高稳定性的核-壳脱硝催化剂。
工艺·技术
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  N-CQDs修饰介孔TiO₂/RGO异构体的构建及光催化性能研究^*

  温馨, 赵斯琴, 长山

  功能材料. 2019, 50(9): 9163-09169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.027

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  以柠檬酸三铵为前驱体,构建了系列N-CQDs(N掺杂碳量子点)修饰介孔TiO₂/RGO(还原氧化石墨烯)异构体,并通过XRD、TEM、BET、BJH、XPS、PL、UV-Vis等测试手段系统表征其样品的微观结构以及谱学性能,通过使用模拟太阳光为光源测试其光催化性能。实验可知,所构建系列样品均为锐钛矿相TiO₂晶体结构,且显著形成了H2型介孔结构,均属于langmuir Ⅳ型孔径结构;柠檬酸三铵的引入以及RGO的异构化逐步地增加介孔TiO₂光催化体系比表面积,体系比表面积最高可达331.6 m²/g;N-CQDs的修饰以及RGO的异构化,使介孔TiO₂光催化体系光生电子效率逐步地提升,同时体系光谱响应范围逐步地拓宽;所构建介孔TiO₂异构体均具有较强的可见光光催化性能,其中样品N-CQDs-MT/RGO-1.8的光催化活性最强,在模拟太阳光照射下,对甲基橙的降解率在10 min内可达到90%左右,1 h的降解率可达到99%。
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  绝缘栅双极晶体管表面电沉积镍基石墨烯薄膜的制备及其散热性能研究^*

  韩代云, 李源彬

  功能材料. 2019, 50(9): 9170-09173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.028

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  将镍基石墨烯薄膜应用在IGBT模块散热方面,提出了镍基石墨烯薄膜的制备工艺,并利用扫描电镜、透射电镜、能谱仪等对镍基石墨烯薄膜进行表征。结果表明,当电流密度为2 A/dm²时,镍基石墨烯薄膜中的有大量的Ni和C元素,镍基石墨烯薄膜中的石墨烯平均粒径为32.5 nm。当脉冲电流密度为1 A/dm²时,镍基石墨烯薄转移镍基石墨烯薄膜后的S1芯片的散热效果较好。当脉冲电流密度为2 A/dm²时,镍基石墨烯薄转移镍基石墨烯薄膜后的S2芯片的散热效果最好,其最大散热量为14.9 ℃。
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  香豆素修饰介孔硅食品抗氧化膜的制备与表征^*

  党金贵, 丘晓琳, 唐亚丽, 卢立新, 唐有凯, 理挪

  功能材料. 2019, 50(9): 9174-09180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.029

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  利用有机官能团修饰介孔氧化硅的孔径,降低吸附在介孔氧化硅上抗氧化剂在活性包装膜上的释放速率,延长油脂食品的存储期和货架期。以十四烷基三甲基溴化铵为模板剂合成经典的二维六方结构的介孔氧化硅MCM-41,并采用后修饰嫁接法基于氧化硅表面的硅醇基与有机官能团7-[(3-三乙氧基甲硅烷基)丙氧基]香豆素(TCP)结合,将食品级的特丁基对苯二酚吸附在组装体上并与树脂共混后,在多层共挤流延机上成膜。使用全自动比表面及孔隙度分析仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、热重分析仪测定介孔氧化硅的比表面积和孔径、晶体结构、形貌、骨架振动热稳定性。经香豆素衍生物修饰后的氧化硅孔径由最初的2.717～2.384 nm,孔道长程有序没有塌陷,TCP成功接枝在MCM-41上。经香豆素衍生物修饰后的薄膜,自由基清除率达到89.76%,相比未修饰的氧化硅,控释效果明显,扩散系数为2.109×10^-9 cm²/s,延缓TBHQ的释放时间,维持其在运输和存储时的有效浓度。
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  具有交换偏置的Fe₃O₄/FeO核/壳纳米材料的简易制备^*

  刘帅帅, 李亚芳, 张延明, 王金凤

  功能材料. 2019, 50(9): 9181-09185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.030

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  Fe₃O₄在氢氩混合气氛下(10% H₂/90% Ar)可以通过一步固相反应法轻微还原生成Fe₃O₄/FeO核/壳纳米材料,上述结果已经在X线衍射仪、X线光电子能谱、高分辨透射电镜的测量结果中得到验证。Fe₃O₄/FeO核/壳纳米材料分别受外磁场和零磁场冷至200 K以下时,发现样品受外磁冷下的磁滞回线有明显的向左偏移现象,即交换偏置。另外,纳米材料的交换偏置效应随测试温度升高而减弱,此现象归因于材料界面处的铁磁耦合作用。这种制备方法可能会对其它具有交换偏置现象复合材料的研究提供一种简单有效的实验依据,并有望在交换偏置现象调控方面提供进一步研究。
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  聚四氟乙烯/硅油改性聚丙烯防黏包装材料的制备以及性能分析^*

  隋越, 杨福馨, 程龙, 姜悦

  功能材料. 2019, 50(9): 9186-09191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.031

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  用食品级硅油和聚四氟乙烯(PTFE)分别和同时加入到聚丙烯(PP)树脂中对其改性,共混挤出,直接流延成膜。研究了硅油和聚四氟乙烯的添加量对薄膜力学性能、微观结构、热稳定性、光学性能的影响。结果表明,添加的改性剂均能对薄膜的性能产生影响,其中硅油含量为7%和PTFE含量为8%时薄膜的接触角较大并且其不粘效果最明显,可以作为一种防粘薄膜应用于实际生活中,减少浪费。
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  化学活化剂对铬铁渣水泥复合材料力学性能及水化的影响^*

  朱宁杰, 李俊华

  功能材料. 2019, 50(9): 9192-09196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.032

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  以工业废弃物铬铁渣替代不同比例的水泥,并添加不同含量的KCl作为化学活化剂,成功制备了铬铁渣水泥复合材料。分析了铬铁渣掺量及KCl添加量对铬铁渣水泥复合材料抗压强度的影响,并利用傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜、热重-差热分析等方法对不同水泥复合材料的样品进行了测试。结果表明,10%(质量分数)铬铁渣掺杂具有较好的抗压强度,且符合Cr⁶⁺排放标准;0.6%(质量分数)的KCl加入到10%(质量分数)铬铁渣含量的水泥复合材料中,抗压强度最高,养护7,28和90 d后抗压强度分别为46.13,67.45和78.98 MPa;化学活化剂KCl的加入加速了钙矾石和C-S-H凝胶的形成,有利于提高水泥复合材料的致密性,同时化学活化剂中的氯离子可与水泥复合材料中粉煤灰提供的活性Al₂O₃反应生成水铝钙石,促进了熟料的水合作用,提高了水泥复合材料的早期强度和耐久性。
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  废橡胶纤维增强混凝土的制备及力学性能研究^*

  陈高

  功能材料. 2019, 50(9): 9197-09201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.033

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  以废橡胶纤维和硅灰的含量为变量,制备了废橡胶纤维增强混凝土。探究了单一水灰(w/c)比为0.45,不同比例废橡胶纤维(0～25%(质量分数))替换细骨料,硅灰(0,5%(质量分数))替换水泥的情况下,废橡胶纤维增强混凝土的可加工性、抗压强度、密度和弹性模量等力学性能,通过SEM和EDS分析,研究了废橡胶纤维混凝土的显微形貌及元素分布情况。结果表明,混凝土的可加工性不受废橡胶纤维添加量的明显影响;随着废橡胶纤维替换细骨料比例的提高,两种废橡胶纤维混凝土(无硅灰和硅灰5%(质量分数))的抗压强度、密度和弹性模量均逐步降低;而相比无硅灰加入的混凝土试样,加入5%(质量分数)硅灰试样的抗压强度、密度和弹性模量都有不同程度的提高,说明5%(质量分数)硅灰的掺入,加强了废橡胶与水泥基体之间的粘结,提高了混凝土的刚度,使材料更加不易发生变形,耐久性能更好。SEM和EDS分析表明,废橡胶纤维和混凝土结合并不牢固,两种材料相互之间润湿性较差,界面结合力学性能较低;废橡胶纤维含有微量的硫和锌,从而加剧了废橡胶纤维与混凝土粘结剂之间润湿性较差的问题。
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  还原氧化石墨烯-聚苯胺复合薄膜制备及其室温下NH₃敏感性能^*

  陈浩, 彭同江, 孙红娟, 刘君泽

  功能材料. 2019, 50(9): 9202-09207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.034

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  以改进Hummers法获得的氧化石墨为原料制备氧化石墨烯,采用一步水热合成法制备了还原氧化石墨烯(rGO)-聚苯胺(PANI)复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和气敏测试仪对rGO-PANI复合薄膜的结构、形貌和氨气敏感性能进行分析。结果表明,rGO-PANI复合材料比单纯的rGO、PANI的气敏性能更加优异;随着PANI与rGO质量比的增加,灵敏度呈现减小趋势,而响应-恢复时间呈现增大的趋势。在室温下,当聚苯胺与氧化石墨质量比为1∶1时复合薄膜氨敏性能最佳,灵敏度50.26%,响应时间156 s,恢复时间214 s。
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  基于Isobam注凝成型制备碳纳米管/氧化铝及其性能研究^*

  杨洁, 干科, 鲁毓钜, 王亚利, 吕琳, 张笑妍, 刘静静, 杨金龙

  功能材料. 2019, 50(9): 9208-09214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.035

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  报道了基于Isobam注凝成型工艺制备的CNTs/Al₂O₃复合陶瓷材料。研究了Isobam对CNTs和Al₂O₃粉体分散效果的影响,CNTs含量对混合陶瓷悬浮体流变性能以及复合材料坯体和烧结体性能的影响。结果表明,当Isobam含量为5%(质量分数),pH值=9～10时,CNTs悬浮液的分散效果最佳。随着CNTs的添加量的增加,混合悬浮体的粘度逐渐升高,凝胶时间呈现先降低后升高的趋势。当CNTs含量为0.3%(质量分数)时,相比于相同条件下纯氧化铝陶瓷,CNTs增强Al₂O₃复合陶瓷的断裂韧性提高了23.7%。
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  香菇碳量子点的制备及其对Fe³⁺的响应^*

  曲可琪, 尤月, 程扬, 石彩, 黄占华

  功能材料. 2019, 50(9): 9215-09220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.09.036

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  以香菇为前驱体,赖氨酸为修饰剂通过水热法制备了氮硫掺杂碳点(N,S-CDs)。研究了N,S-CDs的形貌表征、光学性能以及应用。结构表征显示,N,S-CDs为分布均匀的球型颗粒,N和S元素以杂环原子和N,S-CDs表面官能团的方式成功掺杂。光学性能说明,N,S-CDs同时具有良好的荧光性能:高量子产率(14.27%)和理想的荧光稳定性。由于N,S-CDs表面上羧基与Fe(Ⅲ)离子的结合,导致N,S-CDs荧光猝灭。基于N,S-CDs的上述特征,可以将其作为荧光探针来检测Fe³⁺,最低检出限为280 nM。