2019年, 第50卷, 第10期　刊出日期：2019-10-30

  

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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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  超磁致伸缩材料ΔE效应理论建模与试验研究^*

  李波, 朱彦超, 舒亮, 陶孟仑, 杨家斌

  功能材料. 2019, 50(10): 10001-10007. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.001

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  为研究超磁致伸缩材料的ΔE效应,采用Jiles-Atherton模型和磁弹性效应相结合的方法,提出了一种考虑动态应力影响及系数变化的磁化模型。分别对磁场和应力作用下超磁致伸缩材料的磁场-磁化关系和应力-磁化关系进行建模,并根据胡克定律以及二次畴转模型计算出材料在应力和磁场综合作用下的总应变,得到不同外加磁场下材料的应变-应力环。通过对应变-应力曲线斜率的计算,得到超磁致伸缩材料在不同外加磁场下,弹性模量随应力变化规律。搭建了应力测试装置,对不同磁场作用下Terfenol-D的磁化-应力响应和应变-应力响应测试,试验结果与模型计算结果基本一致,结果表明,ΔE效应是磁场能量和应力各向异性平衡的结果,Terfenol-D最大弹性模量变化达到513%。研究成果为新型机电系统变刚度设计提供了理论基础和调控手段。
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  (1-x)(Na_0.5K_0.5)NbO₃-x(Ba_0.88Ca_0.12Zr_0.12Ti_0.88O₃)无铅压电陶瓷的制备及性能研究^*

  徐香新, 邢鹏飞

  功能材料. 2019, 50(10): 10008-10012. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.002

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  介绍了一种利用传统固态烧结法制作的无铅压电陶瓷(1-x)(Na_0.5K_0.5)NbO₃-x(Ba_0.88Ca_0.12Zr_0.12Ti_0.88O₃)((1-x)KNN-xBCZT)。(1-x)KNN-xBCZT是由KNN和BCZT形成的均匀固溶体。随着BCZT浓度的增加,(1-x)KNN-xBCZT的T_c和四方相-正交相的相变温度呈近似直线方式下降。相变温度的降低,有助于提升固溶体的电性能,当x=0.055时(1-x)KNN-xBCZT陶瓷性能达到最优。MnO₂助烧剂可以进一步降低(1-x)KNN-xBCZT陶瓷的相变温度,使(1-x)KNN-xBCZT陶瓷更为致密。0.055BCZT-0.945KNN-0.01MnO₂陶瓷展现出的性能为d₃₃=212 pC/N,d₃₁=-75 pC/N,k_p=45%,ε=875,tanδ=0.02和T_C=340 ℃,T_O-T=127 ℃。
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  染料敏化太阳能电池用CuO-NRs/GNs复合对电极的研究^*

  王晓宇, 刘青龙, 赵丽萍, 金立国

  功能材料. 2019, 50(10): 10013-10017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.003

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  采用均匀沉淀法制得的氧化铜纳米棒(CuO-NRs)与石墨烯(GNs)浆料复合,利用电流体动力学技术(EHD技术)在FTO导电玻璃基片上制备CuO-NRs/GNs复合对电极。通过XRD物相分析,和SEM、TEM结构表征,表明CuO-NRs/GNs复合薄膜具有多孔的网络结构,通过一系列电化学性能测试,证明CuO-NRs/GNs复合对电极具有较高的电催化活性,和较快的电子传输速率,由CuO-NRs/GNs复合对电极组装的DSSC光电转换效率(2.57%)达到了与Pt对电极(3.46%)相当的水平。
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  基于聚硅氧烷疏水改性聚酰亚胺气凝胶^*

  厉旭, 裴学良

  功能材料. 2019, 50(10): 10018-10022. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.004

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  气凝胶由于孔径小、孔道相互连通且比表面积大,易吸收水分。水分的存在对其性能和结构都有显著的负面影响。为降低聚酰亚胺气凝胶的亲水性,通过聚酰亚胺结构中酰氯侧基与氨丙基三甲氧基硅烷和10%(质量分数)的端氨丙基聚二甲基硅氧烷反应,将聚二甲基硅氧烷与三甲氧基硅烷共同引入聚酰亚胺结构中。基于三甲氧基硅烷侧基的水解和缩合反应得到具有化学交联网络结构的聚酰亚胺凝胶,经冷冻干燥得到聚酰亚胺气凝胶,其密度为0.20 g/cm³,具有相互连通的三维网络结构。红外和热失重结果表明疏水的聚二甲基硅氧烷已引入聚酰亚胺结构中,X射线光电子能谱表明聚二甲基硅氧烷在聚酰亚胺气凝胶骨架表面富集。相比较未引入聚二甲基硅氧烷的聚酰亚胺气凝胶,其疏水性得到显著提高。
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  锂掺杂锆钛酸钡钙陶瓷的制备与表征^*

  陈小明, 周旺, 熊俊华, 唐云松, 杨冬, 刘万丽, 蔺锡柱, 罗咏梅, 李国荣

  功能材料. 2019, 50(10): 10023-10026. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.005

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  采用传统固相法制备了无铅压电陶瓷(Ba_0.85Ca_0.15)(Ti_0.9Zr_0.1)O₃+x%(质量分数)Li₂CO₃(x=0.1,0.3,0.5,0.7,1.0,简写BCTZL-x) ,通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)等表征手段,研究锂对该陶瓷体系的微结构和电学性能的影响。 X射线衍射分析表明,烧结于1 400 ℃/2 h下的BCTZL-x陶瓷具有典型ABO₃型钙钛矿结构。当增加Li的量,陶瓷经历从正交(O)向四方(T)晶相结构转变。当x≥0.3时,掺锂陶瓷结构变得更为致密。BCTZL-0.3体系陶瓷具有较好的电学性能,d₃₃=456 pC/N,k_p=0.49,ε_r=4 864,tanδ=0.018,Q_m=130。
综述·进展
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  用于选择性激光烧结的聚合物粉末材料研究进展^*

  龚小弟, 王智, 于宁, 高霞, 黎静

  功能材料. 2019, 50(10): 10027-10039. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.006

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  选择性激光烧结是增材制造技术中的一种,可制备具有复杂结构的复合材料功能件或其它原型零件。评估烧结成型工艺的关键因素之一是聚合物粉末材料。从聚合物粉末材料种类、材料制备方法、烧结成型工艺3个方面,综述了近年来用于选择性激光烧结技术的聚合物粉末材料的研究现状,并对聚合物粉末材料在选择性激光烧结技术领域中存在的问题,及其今后的研究方向进行了展望。
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  柔性电致变色材料的研究与发展^*

  吴琼, 张观广, 陈皇星, 江曼, 李聪昊, 姚日晖, 宁洪龙, 彭俊彪

  功能材料. 2019, 50(10): 10040-10046. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.007

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  随着可穿戴电子器件的应用普及,柔性电子器件已经成为当前研究的热点。柔性电致变色器件因具有绿色环保、低成本、可大面积、适应性强和生产运输方便等优良特性,在新型智能显示、建筑智能窗、汽车后视镜、智能眼镜、可穿戴设备和军事伪装等众多领域得到广泛应用。从柔性电致变色结构出发,讨论了柔性衬底、电极材料、电致变色材料和电解质材料等功能层,指出了提升柔性电致变色器件性能的关键,明确了器件材料与结构的关系,指出其当前存在的问题并对未来的发展趋势做出展望。
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  元素掺杂氧化亚铜光电材料的研究进展^*

  刘晓波, 袁斌霞, 夏阳春, 蔡晓东, 刘建峰, 朱群志, 赵玉伟

  功能材料. 2019, 50(10): 10047-10056. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.008

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  氧化亚铜(Cu₂O)是一种具有独特性质的氧化物半导体材料。元素掺杂氧化亚铜对提高薄膜光学和电学性能是行之有效的方法。掺杂改性是改善材料性能的重要途径之一。因此,主要综述了氧化亚铜与金属、非金属和稀土元素以及第ⅣA主族元素掺杂后,其光学带隙、电阻率、导电类型和转换效率的变化。综合分析了元素掺杂对Cu₂O的光学性能的影响,并展望了元素掺杂氧化亚铜在未来光伏研究方面的巨大潜力。
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  Sanicro25奥氏体耐热钢的高温氧化和腐蚀行为研究进展^*

  贾建文, 侯利锋, 杜华云, 卫英慧

  功能材料. 2019, 50(10): 10057-10062. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.009

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  基于现代先进超(超)临界火电机组再热器和过热器的一种候选材料——Sanicro25奥氏体耐热钢,通过对Sanicro25的组织结构、高温O₂/H₂O氧化、高温烟气腐蚀、硫-氯腐蚀、熔盐热腐蚀等耐蚀性能的综述,重点指出应进一步深入研究第二相析出行为以及典型环境介质中抗氧化和耐蚀长时性能,从而揭示该钢种的高温氧化、腐蚀行为。
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  类石墨烯二维材料及光电器件应用研究进展^*

  王嘉瑶, 史焕聪, 蒋林华, 刘黎明

  功能材料. 2019, 50(10): 10063-10073. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.010

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  二维层状材料是具有单原子层或几个原子层厚度的平面材料,有着特殊的物理化学性能,在光电功能器件、吸附与分离、催化等领域具有重要应用前景,是目前国际研究的前沿和热点领域之一。其中,石墨烯是最先受到人们重视的二维材料,随即以过渡金属硫化物为主的类石墨烯二维光电功能材料也被广泛研究。近年来黑磷的发现也极大促进了二维光电材料的研究和发展。二维光电材料中石墨烯及类石墨烯硫化物的研究及其光电功能器件应用现状进行简单综述,并对其应用趋势进行展望,为光电材料研究领域的研究提供参考。
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  油溶性催化剂在悬浮床劣质油加氢中的应用^*

  龙川, 熊昆, 张海东, 陈佳, 张贤明, 柳云骐

  功能材料. 2019, 50(10): 10074-10080. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.011

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  悬浮床加氢处理技术是目前劣质油及废油深度高效资源化的前沿技术,尤其在难处理废油方面具有独特的优势。由于该技术尚未成熟,各国研究学者的研究重点主要是解决悬浮床加氢处理技术中的结焦问题、开发高活性与高分散性催化剂。其中,油溶性催化剂因其高分散性和低结焦的特点而表现出优异的催化性能,且无须从油中分离从而避免产生二次污染物,但是该类催化剂成本较高,难以实现大规模应用,因此开发成本低廉、催化性能高效的催化剂成为研究的关键。阐述了近几年油溶性催化剂的发展现状,重点对不同油溶性催化剂的制备合成、催化性能、活性位点分析做出总结,最后对油溶性催化剂的发展前景和方向进行了展望。
研究·开发
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  纯钛表面处理及其耐腐蚀性和润湿性研究^*

  张梦蛟, 欧飞洋, 陈显春

  功能材料. 2019, 50(10): 10081-10086. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.012

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  探讨不同酸蚀条件对纯钛片的腐蚀速率、润湿性的影响及其腐蚀机理,旨在为纯钛表面改性及临床应用提供实验和理论依据。采用不同类型的弱酸酸蚀体系对经抛光的纯钛片进行表面处理;视频光学接触角测量仪、扫描电子显微镜和表面粗糙度仪考察所得钛片表面性能,并分析其与润湿性关系。实验表明,接触角不断增大的同时,腐蚀速率逐渐减小。纯钛片表面的润湿性主要取决于表面形成的特殊形貌和表面基团,与表面粗糙度无直接关系。
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  Al/SnPb复合界面显微组织研究^*

  张卓, 刘新宽, 马凤仓, 王子延, 薛思雨

  功能材料. 2019, 50(10): 10087-10091. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.013

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  利用机械物理破膜及感应加热的方式在Al表面刷镀一层SnPb合金,制备Al/SnPb复合渡层。借助偏光显微镜(PM),扫描电子显微镜(SEM),高分辨透射电子显微镜(HRTEM),X射线能谱分析(EDS)对结合界面进行表征分析。结果表明,Al/SnPb复合材料结合界面良好,其微观界面呈现出明显的过渡状态的结合特征;结合界面呈现锯齿状咬合在一起,有少量Al-Sn过饱固溶体存在;Sn-Pb合金与Al基体通过过渡层有效连接在一起。
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  Mn₉₅Ni₅Fe₁₀₀P₇₇Ge₂₃化合物的结构与磁性^*

  韩磊, 李英杰, 欧志强, 哈斯朝鲁, 特古斯

  功能材料. 2019, 50(10): 10092-10095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.014

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  利用高能球磨法和粉末烧结技术制备Mn₉₅Ni₅Fe₁₀₀P₇₇Ge₂₃化合物。利用X射线衍射仪测量该化合物的X射线衍射花样,测量结果表明该化合物为Fe₂P型六角结构,空间群为P-62m。变温X射线衍射花样分析表明该化合物的相转变温度在280 K左右。通过测量该化合物在0.05 T磁场下的变温磁化强度,得出其居里温度为284 K。测量Mn₉₅Ni₅Fe₁₀₀P₇₇Ge₂₃化合物在居里温度附近的等温磁化曲线,发现在居里温度以上出现了明显的由磁场增大引起的变磁转变现象。
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  废玻璃制备空心玻璃微珠性能与成品率研究^*

  刘相枫, 于洪波, 李阳, 苏振国, 常仕博, 刘可乐, 段婷, 李亚杰, 王修慧, 杨金龙

  功能材料. 2019, 50(10): 10096-10103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.015

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  以废玻璃为原料,通过喷雾干燥法制备空心玻璃微珠坯体,再经烧结后得到空心玻璃微珠。研究了坯体粒径、发泡剂种类、烧结温度和送料风速对空心玻璃微球表面形貌和成品率的影响。结果表明,粒径分布较大是限制微珠成品率的重要因素,采用无机盐与有机物作为复合发泡剂可以增大发泡剂分解的温度范围,从而显著提高微珠坯体的发泡效率和成品率,随着烧结温度和送料风速的提高,微珠成品率呈现迅速增大然后逐渐减小的趋势。当发泡剂的含量为3%(质量分数),烧结温度为850 ℃,送料风速为1.6 m/s时,微珠成品率最高达到91%,成品微珠堆积密度为0.26 g/cm³,真密度为0.55 g/cm³,抗压强度为4 MPa。
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  La元素对ATO/Cu电接触材料润湿性及组织性能的影响^*

  丁一, 祝志祥, 邵文柱, 李维建, 许红阳, 陈保安, 张强, 韩钰, 陈新, 王强

  功能材料. 2019, 50(10): 10104-10109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.016

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  颗粒增强铜基复合材料由于其低成本、良好的导电性、导热性和力学性能而成为最有希望替代Ag基电接触材料的候选材料。然而增强相与铜基体之间的润湿性较差,降低了铜基电接触材料服役过程中的稳定性和可靠性,从而限制了其应用。采用锑掺杂的SnO₂(ATO)作为增强相,研究了La元素在不同温度下对Cu和ATO颗粒之间润湿性的影响。同时对La含量不同的铜基复合材料进行组织和性能分析。结果显示,La元素能够有效改善Cu/ATO体系润湿性。随着La元素的增加,材料硬度略有提升,而电导率下降。提高基体中La元素含量,铜基电接触材料的接触电阻降低。此外通过TEM观察发现,La能够与ATO结合生成一种新的化合物。清晰地揭示出,La元素对ATO/Cu电接触材料润湿性及组织性能具有重要影响。
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  公路旧沥青路面材料热再生技术及机理研究^*

  单珂, 李丹丹, 李强, 袁其华, 范雪

  功能材料. 2019, 50(10): 10110-10114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.017

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  通过添加不同含量的再生剂,对公路旧沥青路面材料进行回收再生,制备了再生沥青及再生沥青混合料。研究了再生沥青混合料的毛体积相对密度、空隙率、稳定度和流值等混合料指标;分析了不同掺杂量的再生剂对回收沥青的针入度、延度和软化点的影响;并通过弯曲实验和傅里叶红外光谱研究了回收沥青的力学性能及再生机理。结果表明,掺入3%(质量分数)再生剂时,再生沥青针入度、延度和软化点分别为44(0.1 mm)、14.9 cm和54.5 ℃,可达到盘锦50^#沥青的标准要求,满足路面用再生沥青指标要求;添加3%(质量分数)再生剂时,再生沥青混合料的空隙率为5.9%,稳定度为13.43 kN,流值为26(0.1 mm),满足高速和一级公路对沥青的使用要求;弯曲实验表明,再生沥青混合料老化后的力学性能良好,其耐久性和普通沥青混合料没有明显区别;FT-IR分析显示,回收沥青再生前后组分大致相同,回收沥青的再生机理为再生剂中的饱和烃通过溶解和分散沥青质,改善了回收沥青的流变性能;再生剂中的芳香族化合物补充了回收沥青长时间老化过程中芳香族小分子物质的损失。
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  电热作用对碳纤维/环氧树脂界面性能的影响^*

  李娜, 王振良, 路鹏程

  功能材料. 2019, 50(10): 10115-10120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.018

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  为了研究电热作用对碳纤维/环氧树脂界面性能的影响机理,对不同强度电流处理后的碳纤维单丝/环氧树脂复合材料的界面剪切强度(IFSS)进行了表征。并采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、差示扫描量热仪(DSC)等实验手段分析了电流强度对界面性能的影响机理。结果表明,随着电流强度的提升,碳纤维单丝/环氧树脂复合材料的界面温度随之升高。IFSS呈现先增大后减小的趋势。2～6 mA直流电流加载一定时间后,碳纤维的表面形貌变化不明显,界面组分发生了后固化反应,玻璃化转变温度(T_g)呈上升趋势;当电流强度继续增大到8 mA(200 ℃)时,碳纤维表面的上浆剂出现明显烧蚀的现象,界面组分的大分子链发生断裂并逐渐老化,T_g降低。综合分析认为,碳纤维导电产生的焦耳热引起了界面组分物化性能的改变,是导致碳纤维/环氧树脂IFSS变化的主要原因。
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  基于环三磷腈的有机微孔聚合物的合成及其二氧化碳吸附性能研究^*

  谢静, 刘娅琴, 刘益江, 黎华明

  功能材料. 2019, 50(10): 10121-10126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.019

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  首先以六氯环三磷腈、2,2’-联苯酚和4-羟基苯甲醛为原料,合成了双醛基环三磷腈衍生物(DHBCPP),然后以DHBCPP和三聚氰胺为构筑单元,通过缩合反应制备了基于环三磷腈的有机微孔聚合物PCPP-TZ。通过红外光谱、固体核磁、热失重分析、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征了聚合物PCPP-TZ的结构和形貌。通过氮气吸附-脱附实验得知聚合物PCPP-TZ的比表面积为884 m²/g,总孔容为0.419 cm³/g,其中微孔孔容达到0.343 cm³/g,表明聚合物具有较大比表面积和发达的微孔结构。进一步研究了基于环三磷腈的有机微孔聚合物PCPP-TZ的二氧化碳吸附性能,在298 K/0.1 MPa和 273 K/0.1 MPa条件下,聚合物PCPP-TZ的二氧化碳吸附量达到3.32和4.05 mmol/g。
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  改性纳米纤维素对聚乳酸热降解动力学行为影响研究^*

  王璇, 杨鹏, 周琳翔, 宋立美

  功能材料. 2019, 50(10): 10127-10132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.020

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  采用硅烷偶联剂(KH-570)对纳米纤维素进行表面硅烷化改性,通过溶液浇筑法制备了硅烷化纳米纤维素/聚乳酸复合膜材料。通过傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、透射电镜(TEM)和热重分析(TGA)分析了硅烷化纳米纤维素的化学结构、微观形貌、聚乳酸基体中的分散情况和不同升温速率下聚乳酸复合材料的热降解行为机制。结果表明,硅烷化改性成功发生在纳米纤维素的表面,且在聚乳酸基体中分散性好。通过CR和IKR模型分析得出改性前后纳米纤维素对聚乳酸材料表现出不同的热降解机制。
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  Zn、Co单掺杂及Co-Zn共掺杂TiO₂纳米材料协同抗菌效应的研究^*

  时代, 杨合, 薛向欣

  功能材料. 2019, 50(10): 10133-10139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.021

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  采用溶胶-凝胶法对TiO₂进行Zn、Co单一掺杂及Co-Zn共掺杂改性。以大肠杆菌、金葡萄球菌、白念球菌为实验菌种,研究在可见光照射下各掺杂元素、反应因素对对抗菌活性的影响。运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面仪(BET)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)等测试手段对材料进行表征。实验结果表明,Zn离子掺杂可以引起TiO₂能级结构的变化,既可以接受TiO₂价带上的激发电子,也可以吸收光子使电子跃迁到TiO₂的导带上,另外Zn/TiO₂纳米材料中含有27%的ZnTiO₃,ZnTiO₃具有光催化活性,能够抑制菌种生长;Co/TiO₂纳米材料掺杂改性抗菌剂中,Co组分的存在通过抑制TiO₂的晶粒长大,使TiO₂晶粒尺寸减小,从而增大晶粒的比表面积。Co离子单掺杂在TiO₂能隙中引入了Co4f杂质能级,即TiO₂的价带与Co的4f电层间发生了迁移,生成捕获能级,降低了禁带宽度,增加了Co /TiO₂对可见光的吸收,增进抗菌剂的光催化性能,提高抗菌性;Co-Zn/TiO₂纳米材料的抗菌效果最优,Zn、Co共掺杂TiO₂促进了Zn、Co离子的溶出。由于Zn、Co离子本身也具有杀菌作用,它们渗透细菌细胞壁并抑制酶活性导致细菌死亡,但是可能由于对微生物攻击的目标不同,当微生物同时接触Zn和Co离子时,细胞膜上的不同位置都受到了攻击,导致更有效的损伤。
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  石墨烯的特性函数和热容量变化规律研究^*

  程正富, 周明军, 伏春平, 郑瑞伦, 杨邦朝

  功能材料. 2019, 50(10): 10140-10144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.022

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  考虑到原子的非简谐振动,采用固体物理理论和方法,确定石墨烯的特性函数自由能和低温热容量随温度的变化规律,探讨了原子非简谐振动对它们的影响。 结果表明,石墨烯的特性函数自由能随温度的升高而非线性减小;石墨烯的热容量远大于普通蓄热材料的热容量,其数值随温度升高而非线性增大, 温度很低(如T＜50 K)时遵从C_V∝T²变化规律;温度不高(50 K＜T＜300 K)时变化较快;温度较高(T＞1 300 K)时,变化较慢;非简谐效应对石墨烯自由能和热容量的影响随温度的升高而增大。
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  Au含量对Ag基键合合金线键合强度及可靠性影响研究^*

  范俊玲, 朱利霞, 曹军, 花涵

  功能材料. 2019, 50(10): 10145-10148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.023

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  利用扫描电镜、强度测试仪研究了Ø0.025 mm的不同Au含量对银基键合合金线键合强度及可靠性的影响,研究结果表明,对于Ag-Au键合合金线,随着Au含量增加,其无空气焊球成球性较好,球拉力和球剪切力均增加,热影响区长度降低,Ag-5Au键合合金线球拉力和球剪切力比Ag-1Au球拉力和球剪切力高出28.4%和28.6%; Ag-5Au键合合金线热影响区长度比Ag-1Au键合合金线短42.8%;Ag-5Au键合合金线拉力测试过程中中间位置断裂比例为96%,Ag-1Au键合合金线中间位置断裂比例为21%;含Au银基键合合金线冷热冲击后失效模式为颈部断裂,Ag-5Au键合合金线可靠性高于Ag-1Au键合合金线。
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  苹果酸型端羧基超支化聚酯对矿区重金属污染土壤的淋洗效果^*

  龚伟, 李美兰, 李露露, 王露, 张国春, 刘白玲

  功能材料. 2019, 50(10): 10149-10155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.024

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  以苹果酸为AB₂型共聚单体,三羟甲基丙烷(TMP)为中心核,通过酯化反应,成功制备了苹果酸型端羧基超支化聚酯(HBP-COOH),通过¹H NMR和FT-IR对其结构进行了表征,并采用恒温振荡淋洗法,系统研究了HBP-COOH在不同使用浓度、pH值、淋洗时间及液固比条件下对矿区重金属污染土壤中Zn、Cd和Cu的淋洗效果。结果表明,相比于苹果酸而言,HBP-COOH对矿区土壤中Zn、Cd和Cu具有更好的淋洗效果,而且,HBP-COOH在质量浓度为1.5%(质量分数),液固比为25∶1,淋洗时间t=100 min及溶液pH值=4时,HBP-COOH对Cu和Zn的去除率达到84.9%和93.8%;HBP-COOH在质量浓度为1.5%(质量分数),液固比为25∶1,淋洗时间t=140 min及溶液pH值=3.0时,对Cd的淋洗效果最佳,达到95.2%。且经HBP-COOH淋洗后,矿区土壤的理化性质基本维持不变。
工艺·技术
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  重金属选择反应性纳米修复剂的制备及应用研究^*

  邹雪艳, 曹朋乐, 邱坤艳, 李小红, 赵彦保, 张治军

  功能材料. 2019, 50(10): 10156-10162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.025

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  随着工业的快速发展,重金属污染的废水治理已变成一个亟待解决的问题。采用泡花碱为硅源,以巯基丙基三甲氧基硅烷为修饰剂,采用原位修饰法制备了巯基二氧化硅纳米修复剂(SiO₂-SH)。研究发现,在57.0 mg/L Pb²⁺、Cd²⁺混合离子溶液中,制备的修复剂20 min即可去除溶液中的Pb²⁺、Cd²⁺离子。当溶液中同时存在Pb²⁺、Cd²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺4种离子时,对4种离子的去除率分别为100%,80.9%,7.3%,6.5%,说明制备的修复剂对Pb²⁺、Cd²⁺离子具有选择反应性。同时发现,与Frundlich模型相比,吸附剂对Pb²⁺、Cd²⁺离子的吸附过程符合Langmuir模型,Pb²⁺、Cd²⁺离子的最大单分子层吸附能力分别为64.10和59.52 mg/g,具有较高的吸附容量。总之,制备的SiO₂-SH修复剂对溶液中的Pb²⁺/Cd²⁺具有快速、高效的去除能力及优良的重金属离子选择反应性,具有较强的市场竞争力。
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  纳米ZnO-T树脂改性聚乙烯薄膜的制备和性能^*

  程龙, 杨福馨, 姜悦, 隋越, 徐韬, 汪志强

  功能材料. 2019, 50(10): 10163-10167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.026

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  以低密度聚乙烯为基材,将改性T树脂和改性纳米ZnO加入其中,利用双螺杆造粒机以及流延机通过熔融共混制得改性聚乙烯薄膜,并研究改性T树脂和改性纳米ZnO的含量对聚乙烯薄膜的抑菌效果、水蒸气透过量、氧气透过量、力学性能、微观结构、红外光谱及紫外透过率的影响。结果表明,当加入1.5%的改性纳米ZnO时,薄膜的抑菌性能随改性T树脂含量的不断增大而更加显著,紫外线透过率的变化趋势为先降低后上升。当改性纳米ZnO的质量分数为1.5%、改性T树脂的质量分数为1%时,水蒸气透过量和氧气透过量最小,抗拉强度和断裂伸长率最大。薄膜的阻隔性效果和抑菌性能较好,可应用于食品包装,延长食品的保质期。
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  耐碱性玻璃纤维增强混凝土的制备及力学性能研究^*

  丁点点

  功能材料. 2019, 50(10): 10168-10172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.027

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  采用ZrO₂含量为13.60%(质量分数)的耐碱性玻璃纤维和粉煤灰替换部分水泥制备了耐碱性玻璃纤维增强混凝土,研究了不同粉煤灰含量、玻璃纤维含量和水灰比对玻璃纤维增强混凝土(GRC)的耐老化性能的影响。结果表明,以W/B=0.35,粉煤灰含量(FA)/(C+FA)=40%,玻璃纤维含量2%(体积分数)制备的耐碱玻璃纤维增强混凝土抗压强度和抗弯强度以及干缩性能最好,抗压强度和抗弯强度分别为59.6和8.21 MPa;虽然掺入大量粉煤灰调节基体水化pH值,但是抗压实验断口形貌显示耐碱性玻璃纤维表面仍然受到腐蚀;通过自密实填料法制备的高粉煤灰含量自密实混凝土,其早期和后期的抗压强度和抗弯强度均表现优异,对高性能GRC复合材料的制备具有重要的指导意义。
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  TiO₂基复合光催化剂的制备及其在污水处理中的应用研究^*

  邱庆龄

  功能材料. 2019, 50(10): 10173-10177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.028

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  为制备具有光催化和吸附性能的材料来进行废水处理,以实现废水再利用。通过溶胶-凝胶法制备了TiO₂光催化剂,以粉煤灰作为吸附剂,采用水热合成法制备了TiO₂/粉煤灰复合光催化剂。利用红外光谱、扫描电子显微镜和BET比表面积等手段对复合光催化剂进行表征。采用苯酚、吡虫啉作为考察复合光催化剂活性的污染物,用两个太阳模拟器和室外太阳能中试装置,在不同的辐射强度下进行光催化实验,分析污染物的光降解效果和矿化效果。结果表明,辐射强度显著影响了光催化剂对苯酚和吡虫啉的降解作用;FT2比FT1具有更好的光催化活性,3种光催化剂对苯酚和吡虫啉的降解率依次为TiO₂光催化剂＞FT2＞FT1;FT2在CPC中太阳辐射150 min后,对苯酚和吡虫啉的降解率分别为52％和88％,矿化率分别为32％和35％,说明TiO₂/粉煤灰复合光催化剂对吡虫啉降解效果更显著;此外粉煤灰在污水处理中具有良好的过滤性能,因此FT2有望成为低成本、可过滤的光催化材料。
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  氯化胆碱-尿素中三元合金膜的制备及耐腐蚀性表征^*

  杜婵, 陈必清, 高利霞, 熊彤彤, 朱云娜, 张士民

  功能材料. 2019, 50(10): 10178-10185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.029

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  探究ChCl-urea低共熔溶剂对电沉积合金膜含量的影响,并提升二元镁合金的耐腐蚀性能。在353 K的ChCl-urea低共熔溶剂中,利用恒电位电解法制备了Eu-Mg-Co合金膜对Mg合金组成及耐腐蚀性进行优化。利用循环伏安法研究ChCl-urea以及加入金属元素后熔体的电化学行为。在Pt电极上的循环伏安曲线表明,Co(Ⅱ)+2e→Co(0)是一步不可逆反应,并计算得出Co(Ⅱ)在Pt电极上的传递系数α以及扩散系数D₀^[1]。稀土元素Eu和金属Mg沉积电位较负,难以单独沉积得到单一元素的合金膜,但能在Co(Ⅱ)的作用下诱导共沉积得到多元合金膜。在不同电位和不同组成的镀液中采用恒电位计时电流法进行电沉积,用EDS分析和SEM对合金膜进行分析和表征。对合金膜进行Tafel测试,利用外推法得出合金膜在NaCl溶液中的自腐蚀电流与电位。Co(Ⅱ)在Pt电极上的传递系数α=0.093,扩散系数D₀ =1.177×10^-5 cm²/s。EDS结果表明在沉积电位-1.18 V,镀液配比为0.04 mol/L CoCl₂+0.04 mol/L MgCl₂+0.03 mol/L Eu(NO₃)₃时合金膜中Eu含量最高,Eu-Mg-Co有良好的耐腐蚀性。结论:得到镀层晶粒细致均匀的Eu-Mg-Co合金膜,加入稀土Eu元素的三元合金膜耐腐蚀性能优于Co-Mg二元合金膜。
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  以花粉为范铸造微球及其载酶活性测试^*

  邢达杰

  功能材料. 2019, 50(10): 10186-10190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.030

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  介绍了利用天然花粉作为模具,通过微铸造的方式制备微球的一种新方法。微球制备过程中,选用葵花、山茶花及玫瑰花3种粒径及形状不同的花粉作为模具。使用时先去除花粉内部细胞后形成中空结构作为模具,再注入海藻酸钠溶液后,经CaCl₂溶液浸泡固化成型,最后在果胶酶和纤维酶联合作用下去除花粉壁即可以得到形状规则,粒径均一的3种海藻酸钠微球。该方法制备微球简便易行、条件温和、对设备要求低且适用范围较广。此外,对该方法所制备负有载碱性蛋白酶的微球进行活性测试结果还显示出保留花粉壁结构可以使微球活性更有优势。
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  苝二酰亚胺纳米纤维的制备及电信息存储研究^*

  李墨文, 马颖, 任品桥, 王萌, 王子豪

  功能材料. 2019, 50(10): 10191-10194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.031

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  随着信息量的不断增大,有机电双稳态材料及其器件的研究愈加急迫。首先合成了一种由二茂铁修饰的苝二酰亚胺分子(PDI-Bay-Fc),随后采用相转移法,选用良溶剂二氯甲烷与不良溶剂正己烷,利用二者性能上的差距,在正己烷过量的条件下,使化合物PDI-Bay-Fc在这两种溶剂的界面上进行结晶沉淀,制备出了一维纳米纤维。采用紫外可见分光光度计(UV-Vis)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)等手段对纳米线形貌进行表征,观察到了光滑纤长的纳米纤维,并确定了最佳组装条件,研究了该纤维的生长机理。随后进一步将其与Au电极复合,制成一维纳米纤维信息存储器件。利用Keithley 4200半导体分析仪研究了该器件的宏观电学性能,研究结果表明化合物PDI-Bay-Fc具有良好的电学双稳态性能,可用于高密度电信息存储。
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  基于硅藻土多孔微珠的多孔陶瓷制备及过滤性能研究^*

  常仕博, 徐星星, 苏振国, 刘相枫, 段婷, 刘可乐, 李亚杰, 任博, 王修慧, 杨金龙

  功能材料. 2019, 50(10): 10195-10201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.032

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  采用硅藻土多孔微珠和玻璃粉多孔微珠为原料,通过干压成型的方法制备多孔陶瓷坯体,经干燥、烧结后得到多孔陶瓷。研究了烧结温度对其开气孔率,比表面积,中位孔径,抗压强度和晶相的影响,并研究了其对细菌总数及浊度色度的过滤效果。研究表明,经800 ℃煅烧的多孔陶瓷抗压强度为(1.91±0.09) MPa,中位孔径为7.4 μm,比表面积为2.9 m²/g,开气孔率可达75%,有利于水通量的提高。对菌落总数的截留效率达到99%以上,过滤后水的浊度,色度达到生活饮用水卫生规范,其有望应用于自来水厂的深度处理工艺及终端水处理设备中的粗滤内芯,具有良好的应用前景。
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  淀粉基磁性复合材料的制备及重金属离子的吸附^*

  侯成敏, 李娜, 张效林, 曹从军, 夏卫民, 寇艳萍, 王梅, 张伟

  功能材料. 2019, 50(10): 10202-10207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.033

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  随着社会和工业化进程的快速发展,水体中的重金属离子对环境以及人类的健康有着严重的危害,人们对含重金属离子废水的处理问题越来越重视。以淀粉为模板,通过共沉淀法和改变反应条件(淀粉-铁离子比例、铁离子-氢氧化钠比例、反应时间和反应温度)制备了多种Fe₃O₄纳米颗粒,并探究了不同吸附条件(吸附时间、pH值、温度和Cu²⁺的浓度)其对Cu²⁺的吸附性能的影响。研究结果表明,吸附时间为1 h,pH值为11,温度为50 ℃,对Cu²⁺的浓度为0.338 mmol/mL的废水的吸附效果最佳,均达90%。
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  DOPO钠盐官能化LDH的制备及其阻燃环氧树脂性能^*

  罗琴琴, 孙玉林

  功能材料. 2019, 50(10): 10208-10213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.034

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  首先以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、双氧水和无水碳酸钠为原料合成了DOPO钠盐(DOPO-ONa),再将镁铝双氢氧化物(LDH)经高温焙烧、DOPO-ONa改性、水中重建过程,成功制备DOPO-ONa官能化LDH(R-D-LDH),采用X射线衍射(XRD)、紫外可见(UV-Vis)光谱和热失重(TG)表征其结构。制备含R-D-LDH环氧树脂,采用UL-94垂直燃烧、极限氧指数(LOI)和锥形量热、热失重(TG)、差示扫描量热(DSC)测试分析R-D-LDH加入对环氧树脂阻燃和热性能的影响。结果表明,LDH经DOPO钠盐官能化后能提高阻燃效率。与含LDH环氧树脂相比,含R-D-LDH环氧树脂燃烧程度降低,具有较高的LOI值。R-D-LDH降低环氧树脂燃烧的强度和抑制烟的产生。当加入6%(质量分数)R-D-LDH时,使环氧树脂的LOI值由23.7%提高至24.6%;燃烧时热释放速率峰值(PHRR)、总释放热(THR)和总烟产量(TSR)分别降低211 kW/m²、13 MJ/m²、1 229 m²/m²,残炭率提高幅度为58%;且维持基体的玻璃化转变温度(T_g)为160.6 ℃,其初始分解温度(T_5%)高达365.7 ℃。
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  倍耐蚀涂层对镁水泥混凝土中钢筋保护试验研究^*

  乔宏霞, 洪芬, 王鹏辉, 巩位

  功能材料. 2019, 50(10): 10214-10220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.10.035

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  针对镁水泥混凝土中自身含有的氯离子对钢筋的腐蚀问题,提出涂层保护法来提高其使用寿命。试验采用倍耐蚀(BNC)涂层对钢筋进行防腐蚀保护,利用CS350电化学工作站对潮湿环境和氯盐环境下的镁水泥钢筋混凝土进行电化学试验,通过腐蚀电流密度、开路电位和腐蚀速率分析倍耐蚀(BNC)涂层对钢筋的耐腐蚀保护作用;结果表明,潮湿环境下倍耐蚀涂层钢筋混凝土腐蚀电流密度为裸露钢筋混凝土的1/2～1/5,倍耐蚀涂层钢筋混凝土的腐蚀速率为裸露钢筋混凝土1/16～1/40,开路电位保持正向移动趋势,腐蚀较难发生;氯盐环境下倍耐蚀涂层钢筋混凝土腐蚀电流密度为裸露钢筋混凝土的1/4～1/16,倍耐蚀涂层钢筋混凝土的腐蚀速率为裸露钢筋混凝土1/36～1/184,开路电位正向移动趋势明显,从而得出,倍耐蚀(BNC)涂层在潮湿和氯盐环境中对钢筋均有很好的保护作用,且氯盐环境下较潮湿环境下倍耐蚀(BNC)涂层对钢筋的保护作用更显著。