2019年, 第50卷, 第11期　刊出日期：2019-11-30

  

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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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  Ag纳米颗粒对ZnO纳米棒阵列膜的光电响应和持续光电导的调控^*

  童彩豪, 鲁林芝, 姜晓彤, 谢长生

  功能材料. 2019, 50(11): 11001-11006. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.001

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  通过两步法合成了表面修饰Ag纳米颗粒的ZnO纳米棒阵列膜,并检测了该纳米棒阵列膜在波长为365 nm的紫外光照下的时域光电流曲线。与纯ZnO纳米棒阵列膜相比,Ag纳米颗粒修饰后ZnO纳米棒阵列膜在光电响应阶段有更大的响应值,最大达到7 490,约为纯ZnO纳米棒阵列膜响应值的50倍。而且,Ag纳米颗粒对ZnO纳米棒阵列膜弛豫阶段呈现的持续光电导(PPC)效应有很好的调控作用。相同恢复时间内,纯ZnO纳米棒阵列膜光电流恢复效率为25%,Ag纳米颗粒修饰后达到87%。Ag浓度越大,持续光电导(PPC)效应越不明显,这个现象使得通过简单改变表面Ag纳米颗粒的浓度来调控ZnO纳米棒阵列膜的PPC效应成为可能。
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  大口径Cu/Al合金薄壁管的感应加热焊接工艺探究^*

  曹蒙云, 程诗铎, 黄天, 刘新宽, 马凤仓, 刘平, 王子延, 薛思雨, 曹凯

  功能材料. 2019, 50(11): 11007-11013. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.002

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  运用感应加热方法,研究了一种操作性强工艺简便的大口径薄壁合金铝连接铜管的焊接方法,研究了焊接电流、焊缝长度、焊接高温保温时间对大口径薄壁铜铝合金管的影响,采用ZWICK-2050电子万能材料试验机测试界面结合强度,用扫描电子显微镜(SEM)和偏光显微镜(PM)观察界面形貌,EDX和X射线衍射仪(XRD)进行物相分析。通过感应加热可以实现铜铝薄壁管的焊接,当加热时间6 s时,焊缝长度为15 mm时,铜铝焊接管的质量最佳,焊接结合强度最高。铜铝中间化合物层只有Al₂Cu和AlCu两种,没有发现Al₄Cu₉类型的化合物。
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  基于乙基纤维素导电银浆的制备与电子纸性能研究^*

  侯成敏, 寇艳萍, 曹从军

  功能材料. 2019, 50(11): 11014-11018. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.003

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  低温固化导电银浆是制备各种电子元器件的关键功能材料。以银和乙基纤维素为导电填料,按照乙基纤维素/硝酸银质量比分别为2∶1,1∶1,1∶2和1∶3,用氧化还原法制备出短棒状的导电银浆。通过电阻率测定,以及显微镜观察,研究物理因素(加热烧结、紫外光照射、泡水、超声波等)对短棒状导电银浆所成电子纸导电性能的影响。比例为2∶1和1∶1时得到的电子纸电阻极大,比例为1∶2和1∶3的电子纸在加热烧结过程中电阻率可以降低到初始值的50%～60%。同时在加热烧结、紫外光照照射、泡水、超声波等因素作用下导电率相对稳定,乙基纤维素/硝酸银比例为1∶2的导电性能更优。最后,以乙基纤维素/硝酸银质量比为1∶2制备的导电银浆,分别以30%,45%,60%的体积比与墨水混合,经涂电子纸,加热烧结后电阻率降至起始值的96.6%,为15 mΩ/cm。
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  改性墨鱼黑色素的制备及体外磁共振成像性能^*

  彭晓阳, 陈安琪, 孙菁华, 张瑞平

  功能材料. 2019, 50(11): 11019-11023. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.004

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  从新鲜墨鱼的墨囊中提取黑色素(MNP),对其进行PEG官能化并加载过量Mn²⁺,制备一种水溶性磁共振成像(MRI)对比剂MNP-PEG-Mn纳米粒。采用透射电子显微镜(TEM)和马尔文粒度分析仪对MNP-PEG-Mn纳米粒的形貌、粒径以及zeta电位进行表征,并进一步通过cell counting kit-8(CCK8)检测法测试其细胞毒性,最后进行体外弛豫性能测试。结果表明,MNP-PEG-Mn纳米粒为分散性好的球形颗粒,粒径为240 nm左右,zeta电位为-20.2 mV;CCK8检测法数据显示Hep2细胞与MNP-PEG-Mn孵育24 h后存活率均达到80%以上,说明其没有明显的毒副作用,生物安全性好;体外MRI结果可以看出,随着Mn²⁺浓度的增加,图像呈现明显的T₁信号,与临床对比剂钆双胺相比,MNP-PEG-Mn纳米粒体外成像效果显著增强,其弛豫率r₁达到37.09 mM^-1/s,远高于钆双胺的5.248 mM^-1/s。
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  CB/CNTs/PP导电高聚物力/温度作用下介电性能的研究^*

  蔡红雷, 闫晓鑫, 张安江, 邵宇, 张明华, 杜建科

  功能材料. 2019, 50(11): 11024-11029. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.005

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  以聚丙烯(PP)为基体,炭黑(CB)和碳纳米管(CNTs)为填料,通过熔融共混、注塑成型制备导电复合材料,测定电场频率、填料种类、填料含量以及温度、载荷等因素对其介电性能的影响。结果表明,室温下,随着填料含量的增加,材料介电常数和介电损耗均呈增大趋势;随着频率的增加(100 Hz～10MHz),介电常数和介电损耗首先迅速降低,然后逐渐趋于稳定;随着CNTs的加入,CB/CNTs/PP导电复合材料的介电常数明显增大,但是当填料含量达到某一定值时,继续增大CNTs的含量,介电常数反而下降;同一频率下,随着温度的升高(30～100℃),由热膨胀引起炭黑粒子间距的变化会导致介电常数减小。复合材料压缩实验表明:压缩载荷作用下,材料发生形变,基体中的CB粒子间相对位置改变,引起介电常数减小。
综述.进展
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  荧光共轭聚合物的合成策略及其应用研究^*

  尹伟东, 马拉毛草, 马恒昌

  功能材料. 2019, 50(11): 11030-11037. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.006

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  有机共轭聚合物在发光材料中具有良好的应用前景而倍受研究者们的关注。相对于荧光小分子来说,荧光共轭聚合物具有结构多样性、功能化强、可加工性好和合成简单等优势。近年来,荧光共轭聚合物材料在化学传感、生物成像、光电器件和有害物的吸附与降解等领域显示了重要的应用价值。综述了以suzuki偶联反应聚合、Sonogashira反应聚合、Wittig-Heck-McMurry反应聚合等方法合成共轭聚合物以及在荧光调控、化学传感、刺激响应、生物细胞成像、气体吸附及有机染料降解等方面的应用。设计合成具有特异性识别、更高灵敏度、更容易加工、卓越稳定性和功能化强的荧光共轭聚合物是主要的研究方向。
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  二氧化锰/聚苯胺(MnO₂/PANI)复合电极材料的研究进展^*

  庄钊, 王文姣, 马勇, 韩永芹, 白瑞钦, 李廷希

  功能材料. 2019, 50(11): 11038-11044. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.007

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  过渡金属氧化物二氧化锰(MnO₂)和导电聚合物聚苯胺(PANI)都是超级电容器中备受关注的两种电极材料。首先介绍了超级电容器材料及其储能机理,并详细介绍了MnO₂电极材料的应用和缺点、PANI电极材料应用和缺点以及MnO₂/PANI二元复合材料的研究进展,最后总结了目前电极材料在超级电容器方面遇到的问题和将来电极材料的发展趋势。
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  2,5-呋喃二酸的催化合成研究进展^*

  韦岳伽, 齐方亚, 廖佳, 闵永刚, 赵晨, 李凯欣

  功能材料. 2019, 50(11): 11045-11056. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.008

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  2,5-呋喃二甲酸(FDCA)作为呋喃的衍生物,是一种具有良好稳定性的生物质基平台化合物。由于FDCA的刚性分子结构及其可生物降解性能,目前被广泛应用于制备耐腐蚀性塑料,被认为是用于生产可持续聚合物材料的极有前景的单体之一。综述了以金属催化剂和天然催化剂制备FDCA的合成路线,且对FDCA的应用前景做简单地介绍。
研究.开发
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  MXenes结构Mo₂C,Zn₂N和Pb₂C的第一性原理研究^*

  王悦, 王立英, 陈红建

  功能材料. 2019, 50(11): 11057-11064. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.009

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  基于密度泛函理论,研究了MXenes结构Mo₂C,Zn₂N和Pb₂C系列材料的电子结构、磁结构以及双轴对称应力的影响。研究发现,Mo₂C平衡晶格参数下为半金属(half-metal),并且具有高达8.0 μ_B的超大磁矩和4.5 eV的半金属带隙;Zn₂N在平衡晶格参数下表现为“准金属”(semimetal)特性,而Pb₂C则为普通无磁性金属材料。在面内双轴对称应力作用下,Mo₂C在很大畸变范围内均能很好保持良好的半金属性;Zn₂N的准金属特性对于拉伸应力不敏感,而压缩应力下其semimetal能带结构较容易被破坏;压缩应力作用下,Pb₂C可以实现由普通无磁性金属转变为semimetal。作为已开发出的为数不多的MXenes结构自旋电子学材料,该系列材料将是未来低维自旋电子学材料的良好候选材料。
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  棕榈酸/SiO₂纳米胶囊的制备及其储热性能^*

  张军强, 王花枝, 杨志涛, 宗冬冬, 马文礼

  功能材料. 2019, 50(11): 11065-11069. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.010

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  采用溶胶-凝胶法,用正硅酸乙酯作为SiO₂的前驱体,在中性条件下实现用SiO₂包覆棕榈酸。 X射线衍射、红外光谱、扫描电镜和透射电镜等的分析结果表明,SiO₂被成功地包覆在棕榈酸的表面、制备了具有核壳结构的球形纳米胶囊,胶囊平均尺寸约为474 nm;差示扫描量热法和热重分析结果表明,其熔化和凝固潜热分别为109.9和100.1 J/g,包覆率和包覆效率分别为53.45%和50.66%。该样品与在pH值为3.5和11.5条件下获得的样品相比,其储热性能和热稳定性能均更好。
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  表面处理剂对玻璃纤维表面形貌和拉伸性能的影响^*

  郝名扬, 潘复生, 曾庆文, 汤爱涛, 罗成云, 姚远

  功能材料. 2019, 50(11): 11070-11074. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.011

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  采用环氧乳液和聚氨酯乳液分别配置两种不同的表面处理剂,并对玻璃纤维进行表面处理,制备出两种玻璃纤维分别为环氧玻纤(GF-EP)和聚氨酯玻纤(GF-PU),并采用扫描电镜、原子力显微镜和动态力学分析仪分别对玻璃纤维表面形貌和单丝力学性能进行表征。结果表明,GF-EP表面形貌显颗粒状的凸起、片状凸起等形态,表面粗糙度为148.5 nm,而GP-PU表面相貌主要为光洁表面和片状凸起等形态,表面粗糙度为13.2 pm;与GF-PU相比,GF-EP单丝强度提高了约20.5%,其纤维的断裂伸长率也提高了约22.2%,但两者的模量基本一样。与聚氨酯乳液相比,环氧的乳液粒径仅是其1/4,在玻纤表面形成颗粒状的凸起,明显提高玻纤表面粗糙度,同时对玻纤快速冷却过程中形成的裂纹有修复作用,使得纤维存在一定的韧性,提高了玻纤拉伸强度。
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  Bi₂S₃@BiOBr的原位合成及其可见光催化性能^*

  卢朋辉, 罗秀珍, 谭明月, 高碧芬

  功能材料. 2019, 50(11): 11075-11078. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.012

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  采用溶剂热法合成BiOBr空心微球,并利用简单的离子交换原位生成Bi₂S₃,得到类核-壳结构的Bi₂S₃@BiOBr复合光催化剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(FE-SEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段对催化剂进行表征,并对其进行光电化学性能测试。实验表明,BiOBr与Bi₂S₃形成的异质结促进了光生载流子的转移和分离。Bi₂S₃@ BiOBr在可见光作用下可以有效降解甲基橙,当Bi₂S₃的摩尔分数为8%时,样品具有最好的光催化性能。·O₂^-和h⁺是Bi₂S₃@BiOBr光催化降解甲基橙的主要活性物种。
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  PTFE掺杂对三价铬复合涂层的组织和力学性能的影响^*

  张根吉, 李伟, 刘平, 张柯, 马凤仓, 刘新宽, 陈小红, 何代华

  功能材料. 2019, 50(11): 11079-11083. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.013

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  在电镀三价铬过程中掺杂不同量的PTFE(聚四氟乙烯),形成三价铬复合涂层,研究了不同浓度的PTFE粒子对三价铬复合涂层的组织和力学性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机分别对三价铬涂层的微观结构和力学性能进行表征和测试,结果表明,不同浓度的PTFE对三价铬复合涂层的微观结构和力学性能影响显著。当镀液中PTFE掺杂量为12.5 mL/L、电流密度为35 A/dm²、pH值约为2.0、温度为45 ℃、沉积时间为20 min时,所得三价铬复合涂层具有最佳的综合性能,硬度达到6.8 GPa,摩擦系数为最低值0.28。
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  改性二氧化钛/DPPA阻燃环氧树脂的制备及性能^*

  罗琴琴, 孙玉林, 吕乐

  功能材料. 2019, 50(11): 11084-11088. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.014

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  采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)对亲水性纳米二氧化钛(TiO₂)进行表面改性,用FT-IR和TG对改性TiO₂结构进行表征。然后将不同量的改性二氧化钛与固定量的5,10-二氢-磷杂吖嗪-10-氧化物(DPPA)进行复配,添加到环氧预聚物中制备阻燃环氧树脂,对环氧树脂的阻燃、力学和热性能进行研究。结果表明,APTS对TiO₂改性成功。2.5%(质量分数)DPPA与0.05%(质量分数)改性TiO₂构成的复配阻燃剂,能使环氧树脂的阻燃级别达到UL-94 V-0级,LOI值由24.2%提高至28.8%。该阻燃环氧树脂的拉伸强度和弯曲强度分别为86.52和116.75 MPa,与未加阻燃剂的环氧树脂相比,拉伸强度和弯曲强度分别提高了6.66和8.25 MPa。且其初始降解温度(T_5%)和玻璃化转变温度(T_g)分别高达364.3和162.0 ℃,所制备阻燃环氧树脂材料具有较好的综合性能。
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  机械合金化制备Fe₆₅Ni₃₅纳米晶复合粉末的组织演变及磁性能研究^*

  叶坤煌, 张云鹏

  功能材料. 2019, 50(11): 11089-11094. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.015

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  通过机械合金化的方法利用行星式高能球磨机,成功制备了具有优异软磁性能的Fe₆₅Ni₃₅纳米晶复合粉末,并使用具有最佳软磁性能的粉末制备了软磁复合材料。研究了研磨时间对Fe₆₅Ni₃₅纳米晶复合粉末微观结构及磁性能的影响,得出最佳研磨时间为50 h。进一步研究了涂有酚醛树脂的Fe₆₅Ni₃₅纳米晶复合粉末的制备工艺及其组织演变与磁性能特征。通过XRD、SEM、振动样品磁强计、LCR仪等手段对样品进行了表征。结果表明,随着研磨时间的增加,Fe₆₅Ni₃₅纳米晶复合粉末的相组成发生了由马氏体bcc结构向奥氏体fcc结构的转变,且随着研磨时间的延长,逆转变现象更加明显;当研磨时间为50 h时,Fe₆₅Ni₃₅纳米晶复合粉末平均粒径稳定在10 μm左右,并表现出最高的磁化强度和最低的矫顽力,软磁性能达到最优,而铁磁马氏体相向弱磁奥氏体相的转变是造成磁性能差异的主要原因;与纯Fe基复合材料相比,基于Fe₆₅Ni₃₅纳米晶复合粉末的软磁复合材料,具有更高的电阻率和磁导率,同时表现出更高的弛豫频率和更低的涡流损耗因子。
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  金纳米棒的合成及共振峰调控^*

  戴琼花, 林林, 冯卓宏, 王哲哲, 黄莉莉, 郑志强

  功能材料. 2019, 50(11): 11095-11099. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.016

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  采用种子生长法合成金纳米棒。研究pH值、双氧水浓度,氧化时间等因素对金纳米棒共振吸收峰位的影响。通过紫外-可见吸收光谱与SEM图分别对不同氧化时间的金纳米棒吸收峰与形貌进行表征。结果表明,随着氧化时间增加,金纳米棒的长度逐渐缩短,且直径几乎保持不变;金纳米棒的纵向共振吸收峰蓝移,其峰位变化与氧化时间呈线性关系,但横向吸收峰基本不变。在误差范围内,不同尺寸的金纳米棒共振波长与经验公式理论值基本一致。实验证明:pH值越小、双氧水浓度越高,金纳米棒的纵向共振吸收峰蓝移速度越快。
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  g-C₃N₄/SnO₂异质分层结构的水热合成及其气敏性能研究^*

  周麒麟, 赵邦渝, 郭威威, 贺有周, 李晓丹, 周桂林, 张桂芝

  功能材料. 2019, 50(11): 11100-11108. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.017

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  采用一步水热法合成了不同比例(0,1%,3%,5%,7%,9%(质量分数))异质分层结构的g-C₃N₄/SnO₂复合材料。利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、 扫描(SEM)和透射(TEM)电子显微镜、BET比表面积测试和发致发光光谱(PL)对材料的晶体结构、形貌、化学组成和光学性能进行了表征。将制备的复合材料应用于气体传感器,对乙醇进行气敏性能测试。结果表明,复合5%(质量分数) g-C₃N₄的SnO₂气体传感器的最佳工作温度为270 ℃,对40×10^-6乙醇的灵敏度达到77.5,是纯SnO₂气体传感器的灵敏度的8.4倍。最后,对复合材料g-C₃N₄/SnO₂的气敏性能优化机理进行了分析讨论。
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  Nb掺杂SnO₂电子特性与光学性能第一性原理研究^*

  王贵, 王立坤, 蔡文豪, 杨静凯, 赵洪力

  功能材料. 2019, 50(11): 11109-11113. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.018

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  使用第一性原理杂化泛函HSE06的方法对Nb掺杂SnO₂ (NTO)的电子特性和光学性能进行了研究。计算得出NTO具有较小的结构畸变。本征SnO₂的直接带隙为3.80 eV,Nb掺杂使SnO₂的直接带隙减小,但大于3.33 eV。受Nb 4d轨道的影响,导带底的电子有效质量先减小后增加,并且导带向价带方向移动增加了电子亲和力。对其光学性能进行研究得出Nb掺杂扩宽了SnO₂的光学带隙,使红外光区的反射率增加。
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  纳米碳纤维增强混凝土耐久性试验^*

  王腾蛟, 许金余, 彭光, 孟博旭

  功能材料. 2019, 50(11): 11114-11121. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.019

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  为研究纳米碳纤维对混凝土耐久性的改善效果,进行了不同体积掺量(0.1%,0.2%,0.3%,0.4%和0.5%)下纳米碳纤维增强混凝土的冻融循环实验、渗透实验以及碳化实验,另外通过SEM实验进一步探讨了纳米碳纤维对混凝土耐久性的微观改性机理。结果表明,纳米碳纤维能够通过纤维桥接、孔隙填充两种方式改善了混凝土的微观形貌,显著提高了混凝土的耐久性;掺量为0.3%时,纳米碳纤维增强混凝土的抗冻融性能、抗渗性能和抗碳化性能均达到最佳;冻融循环次数相同,随着纳米碳纤维掺量的增加,混凝土的质量损失率和抗压强度损失率均先减小后增大;混凝土的渗水高度和相对渗透系数均随纳米碳纤维掺量的增加呈现先减小后增大的趋势;相同碳化龄期下,随着纳米碳纤维掺量的增加,混凝土的碳化深度先减小后增大;但掺量为0.5%的纳米碳纤维增强混凝土的抗冻融性能、抗渗性能和抗碳化性能仍优于素混凝土。
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  利用废弃玻璃制备空心玻璃微珠及其强度影响因素的研究^*

  段婷, 李阳, 刘相枫, 常仕博, 李亚杰, 刘可乐, 王修慧, 杨金龙

  功能材料. 2019, 50(11): 11122-11127. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.020

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  空心玻璃微珠作为一种新型球形玻璃质功能材料,在众多领域具有广阔的应用前景。以废玻璃粉为原料,采用喷雾干燥-火焰烧结法并通过对配方和空心化工艺设计得到3种配方的空心微珠,其相应的强度为5.34,7.50和6.26 MPa。通过对微珠的理化性质、形貌、尺寸和结构进行分析,发现微珠本身化学组成、粒径分布及烧结温度对强度都有不同程度的影响。当烧结温度为900 ℃,加入硫酸镁,粒径分布范围在20～100 μm时,空心微珠的真密度为0.94 g/cm³,抗压强度为8.03 MPa。
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  水热法合成纳米二硫化钼及其电催化性析氢性能研究^*

  张浩翔, 胡芳仁, 郭俊宏

  功能材料. 2019, 50(11): 11128-11132. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.021

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  二维二硫化钼材料具有良好的电催化析氢性能,然而不同形貌和晶相对二硫化钼电催化性能有极大的影响。分别利用硫代硫酸钠或者硫脲为硫原料,通过简单的水热法成功地合成了MoS₂纳米片,然后对所合成的MoS₂纳米片进行煅烧处理。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman spectrum)、扫描电子显微镜(SEM)分别对水热法合成的MoS₂纳米片和煅烧后的MoS₂纳米片进行表征,同时,测试水热法合成的MoS₂纳米片和煅烧后的MoS₂纳米片的电催化析氢性能。实验表明不同硫源和煅烧处理对MoS₂纳米片的形貌和析氢性能有一定的影响。以硫代硫酸钠为硫源的MoS₂纳米片呈现2H型结构,经煅烧后呈现3R型结构,具有较大的起始过电位和较大的塔菲尔斜率。而以硫脲为硫源的MoS₂纳米片在煅烧前后都是2H型,且以硫脲为硫源的MoS₂纳米片煅烧后析氢性能优于以硫代硫酸钠为硫源的MoS₂纳米片煅烧后的析氢性能,这使其成为用于实际应用的有希望的氢气析出反应(HER)催化剂。
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  纸基GO/贵金属纳米复合材料的SERS性能研究^*

  刘蕊华, 王哲哲, 林林, 冯卓宏, 李家兵, 郑志强

  功能材料. 2019, 50(11): 11133-11137. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.022

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  表面增强拉曼散射作为一种高灵敏、无损伤的分析技术,被广泛应用于物质的鉴定以及定量分析。提出一种低成本制备SERS衬底的方法,即利用浸渍-提拉法在滤纸上吸附一层均匀的氧化石墨烯(GO),并结合等离子体溅射技术在纸基GO上沉积贵金属纳米颗粒,以浓度为10^-5 mol/L的罗丹明6G(R6G)为探针分子,分析基底的表面增强拉曼散射特性。结果表明,当Au和Ag纳米颗粒溅射时间分别为20与90 s时,吸收波长与拉曼激光波长一致,其局域表面等离子体共振效应(LSPR)达到最佳;此外,利用GO良好的消荧光效果以及滤纸的纤维结构可进一步提高衬底所具的SERS性能。
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  黄蒿纤维增强混凝土的受力性能试验研究^*

  张鹄志, 胡浩, 张丹凤, 龙坤, 胡明飞

  功能材料. 2019, 50(11): 11138-11143. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.023

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  混凝土是一种典型的压强拉弱的建筑材料,利用抗拉能力突出的纤维补强混凝土的抗拉缺陷是一条常规思路,这其中韧性较强的植物纤维,如黄蒿纤维,是一种既经济又环保的材料。通过在混凝土中分层均匀地添加黄蒿纤维制得混凝土立方体试块,一方面通过对部分试块进行劈裂试验以探究黄蒿纤维对增强混凝土劈裂抗拉强度的效果;另一方面通过对部分试块进行标准立方体抗压试验以探讨黄蒿纤维对混凝土立方体抗压强度的影响。结果表明,黄蒿纤维的掺入可以有效地提高混凝土的立方体抗压强度,显著地提高混凝土的劈裂抗拉强度。此外,还基于复合材料力学理论对黄蒿纤维增强混凝土进行受力分析,推导出黄蒿纤维增强混凝土的抗拉强度与黄蒿纤维掺入率等参数之间的关系,并利用试验数据拟合了黄蒿纤维增强混凝土劈裂抗拉强度和立方体抗压强度关于纤维掺入率的经验公式,由此得出黄蒿纤维的最优掺入率,最后还讨论了黄蒿纤维的掺入对混凝土立方体抗压强度和劈裂抗拉强度产生影响的原因。
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  P(AA-SSS-DMAPS)/MMT复合材料的制备及其对Pb²⁺的吸附行为^*

  龚伟, 李美兰, 梁彤, 屈娜娜, 张雨晨, 刘白玲

  功能材料. 2019, 50(11): 11144-11150. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.024

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  采用原位聚合法,制备出了一种具有交联结构的P(AA-SSS-DMAPS)/MMT复合材料,通过FT-IR、XRD、TG和SEM对其结构进行了表征,并研究了P(AA-SSS-DMAPS)/MMT复合材料对水体中Pb²⁺的吸附行为。试验结果发现,MMT的引入,不仅能够提高P(AA-SSS-DMAPS)/MMT复合材料的热稳定性能;而且还增大了复合材料的比表面积和吸附位点。在吸附试验中发现,当P(AA-SSS-DMAPS)/MMT复合材料用量为0.1 g、吸附时间为150 min、pH值=5.0、Pb²⁺溶液的初始浓度为0.01 mol/L时,其对Pb²⁺的饱和吸附容量为247.8 mg/g,且吸附过程更适合用Langmuir等温吸附模型描述。热力学研究发现,P(AA-SSS-DMAPS)/MMT复合材料对Pb²⁺的吸附过程的ΔG＜0,说明吸附过程可自发进行。
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  LiAlH₄与NH₄Cl在醚类溶剂中反应制氢的研究^*

  王小炼, 陈云贵, 杨安春, 刘虎成, 程铭, 吴朝玲

  功能材料. 2019, 50(11): 11151-11154. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.025

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  LiAlH₄与NH₄Cl在醚类溶剂中反应放氢是一种新型的具有高储氢容量、能室温放氢的可控制氢技术。研究了摩尔比为1∶1的LiAlH₄与NH₄Cl(LiAlH₄-NH₄Cl)在二乙二醇二甲醚(dimethyl carbitol, DC)、正丁醚(dibutyl oxide, DO)和二恶烷(diethylene dioxide,DD)中反应的放氢行为。研究表明,LiAlH₄-NH₄Cl在DC中反应(LiAlH₄-NH₄Cl-DC)具有良好的放氢性能,在25,40,60 ℃的放氢量分别可以达到4.01%,4.53%和4.99%(质量分数)。LiAlH₄-NH₄Cl在DD和DO中反应(LiAlH₄-NH₄Cl-DD/DO)的放氢速率较慢、放氢量较低。LiAlH₄在溶剂中的溶解度是影响体系放氢性能重要因素。
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  常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥的早强作用^*

  黄睿, 廖宜顺, 许媛媛

  功能材料. 2019, 50(11): 11155-11160. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.026

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  研究了常温下硝酸铵钙对硫铝酸盐水泥浆体的流动度、凝结时间、抗压强度、电阻率及浆体内部温度、水化热、水化产物和孔结构的影响,对硝酸铵钙的早强作用机理进行了分析。结果表明,当硝酸铵钙的掺量从0增大到5%时,水泥浆体的初始流动度明显增大,凝结时间显著缩短,6 h,1,3,7和28 d抗压强度均显著提高,电阻率变化速率曲线峰值出现的时间逐渐提前,水泥浆体内部温度逐渐升高,温峰出现时间提前;其掺量在2%以内时,水泥水化放热速率明显加快,1 d累积放热量略有增大,钙矾石的生成速率及生成量均增大,硬化水泥浆体的平均孔径、总孔体积和孔隙率减小。由于硝酸铵钙能够明显加快硫铝酸盐水泥的水化进程,使其早期强度显著提高,因此可用作早强剂。
工艺.技术
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  新型聚合物乳胶粉对碳纤维增强混凝土力学性能的影响^*

  常森, 许金余, 杨宁

  功能材料. 2019, 50(11): 11161-11165. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.027

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  为了更好地提升碳纤维混凝土的力学性能,通过加入VAE聚合物乳胶粉,研究4种碳纤维掺量(0,0.1%,0.2%,0.3%)下乳胶粉掺量对碳纤维混凝土性能的影响,并对混凝土的抗压强度、抗折强度、抗压峰值应变、抗折峰值应变和折压比进行分析。试验结果表明,随着VAE聚合物乳胶粉掺量的增加,乳胶粉对碳纤维混凝土性能的提升效果呈现先升高后下降的趋势,乳胶粉掺量在4%～8%范围内对碳纤维混凝土性能的提升最为明显,且碳纤维掺量和乳胶粉掺量之间存在交互作用。
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  月桂酸/十四醇纳米复合相变材料的制备及性能研究^*

  王赛, 孙志高, 李娟, 李翠敏

  功能材料. 2019, 50(11): 11166-11171. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.028

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  选择月桂酸(LA)-十四醇(TD)复合相变材料作为基材,分别以Al₂O₃、Fe₂O₃和CuO纳米颗粒作为添加剂,SDBS为分散剂,制备了LA-TD纳米复合相变材料。从分散剂添加量、超声分散时间、纳米颗粒添加种类和质量分数方面研究了Al₂O₃、Fe₂O₃和CuO 3种纳米复合相变材料的最佳制备条件。在最佳制备条件下,利用导热系数测定仪和DSC测试确定了3种纳米复合相变材料的导热系数、相变温度及相变潜热,并对复合相变材料进行了降温步冷和升温融化实验,研究了纳米颗粒对复合相变材料吸/放热速率的影响。最终确认Fe₂O₃纳米颗粒对LA-TD复合相变材料的传热强化效果最好,1%Fe₂O₃含量的LA-TD纳米复合相变材料的导热系数为0.3319 W/(m·K),较LA-TD纯相变材料提高了36.88%,其相变温度和相变潜热分别为24.76 ℃和112.61 J/g。纳米颗粒的添加提高了复合相变材料的放热速率,从50～15 ℃的凝固时间较LA-TD纯相变材料缩短了260 s(7.22%),但纳米颗粒的添加增加了流体粘度,不利于相变融化过程的自然对流。300次的融化/凝固热循环实验表明LA-TD/Fe₂O₃纳米复合材料具有良好的热稳定性。
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  疏水型近红外低反射与8～14 μm低发射率兼容涂层的制备及性能表征^*

  张伟钢, 张涛, 吕丹丹

  功能材料. 2019, 50(11): 11172-11177. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.029

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  以纳米SiO₂为微纳结构改性剂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)为树脂基体、Al粉和Sm₂O₃为功能颜料,采用刮涂法制备得到了具有良好疏水特性的PDMS/Al-Sm₂O₃复合涂层。分析探讨了PDMS和颜料配比、纳米SiO₂添加量对涂层性能的影响规律。结果表明,PDMS和颜料配比对涂层性能具有重要影响,当涂层中PDMS和颜料配比为6∶4时,涂层的发射率和1.06 μm近红外反射率分别为0.502和60.2%,同时涂层的水接触角可达到124°,要明显高于传统聚氨酯基近红外低反射与8～14 μm低发射率兼容涂层。在涂层配方中添加纳米SiO₂可通过增加涂层的粗糙度而明显增强PDMS/Al-Sm₂O₃复合涂层的疏水特性,当纳米SiO₂添加量为8%时,涂层的水接触角可增大到138°,涂层的发射率和1.06 μm近红外反射率仍可低至0.524和55.2%。
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  叔丁醇-水基凝胶注模工艺因素研究^*

  雷印元, 卢志华, 翟倩倩, 冯亚静, 于颖, 李义函

  功能材料. 2019, 50(11): 11178-11181. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.030

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  以叔丁醇-水混合介质为溶剂,丙烯酰胺(acrylamide, AM)为单体进行凝胶注模成型,研究了叔丁醇含量、反应温度、引发剂和催化剂加入量等参数对凝胶时间与胶体形态的影响。结果发现,凝胶时间随叔丁醇用量的增加而增加,但随反应温度的提高显著下降;随引发剂含量的增加,凝胶时间先快速降低至一定水平后保持较为稳定的状态,继续增加引发剂用量,凝胶时间基本呈线性增加;随催化剂用量的增加,凝胶时间持续减少,在催化剂加入量较低时凝胶时间变化显著。在反应温度25 ℃、叔丁醇含量30%(体积分数)、引发剂2.5%(质量分数)、催化剂0.1%(质量分数)时,凝胶时间为25 min,凝胶时间适宜,所得样品表面质量良好,干燥收缩率较低,能够满足实际需要。
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  制备方法对铈锆铝复合氧化物还原热处理性能的影响^*

  杨黄根, 晏全, 韦庆敏, 陈渊, 朱立刚, 覃利琴, 肖益鸿

  功能材料. 2019, 50(11): 11182-11189. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.031

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  采用沉淀前驱物混合法制备铈锆铝复合氧化物(CZ+A(pm))和沉淀机械研磨混合法制备铈锆铝复合氧化物(CZ+A(mm))(x(Ce)∶x(Zr)∶x(Al)=1∶1∶2)。将样品分别在空气和10% H₂/Ar气氛下进行热处理, 利用X射线粉末衍射(XRD)、N₂吸脱附(BET)、O₂脉冲吸附、H₂程序升温还原(H₂-TPR)等手段研究了复合氧化物的结构及性能。结果表明,CZ+A(pm)、CZ+A(mm)新鲜样品经1 100 ℃还原热处理后的CZ+A(pm)-H₂-1 100样品的XRD图谱出现较多且尖锐的归属于CeAlO₃的衍射峰,而CZ+A(mm)-H₂-1 100样品没有观察到CeAlO₃晶相;其储氧量分别为157和773 μmol/g,均大于CZA-H₂-1 100的23.2 μmol/g;H₂-TPR耗氢量分别为960和1 916 μmol/g,而CZA-H₂-1 100样品H₂-TPR耗氢量仅为310 μmol/g,CZ+A(pm)储氧性能受还原热处理时CeAlO₃形成的影响,与还原性能的变化结果相吻合。研究发现,铈锆铝复合氧化物中CZ+A(pm)样品的铈锆和氧化铝粒子尺度较小,相互之间接触较紧密,使得CeO₂和Al₂O₃较易发生固相化合反应生成CeAlO₃,而CZ+A(mm)样品中铈锆和氧化铝粒子更大,相互之间间隔更远,经还原热处理时能抑制CeAlO₃的形成,从而改善材料在还原气氛下的储氧性能和还原性能。
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  Ho³⁺共掺杂对NaYTiO₄∶Er³⁺发光粉上转换发光调控作用研究^*

  张楠, 付姚, 张常龙, 史月, 邢明铭, 田莹, 罗昔贤

  功能材料. 2019, 50(11): 11190-11193. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.032

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  采用固相法于1 100 ℃下成功制备了钙钛矿结构NaYTiO₄∶Er³⁺, Ho³⁺上转换发光粉。借助980 nm激光器系统研究了发光粉的上转换发光(UCL)特性及掺杂离子对UCL色纯度的调控作用。上转换发光测试结果表明,发光粉的上转换发光由波长位于525～560 nm的绿光和640～680 nm的红光组成,分别源于Er³⁺的²H_11/2、⁴S_3/2→⁴I_15/2跃迁和⁴F_9/2→⁴I_15/2跃迁。Ho³⁺共掺杂会显著改变发光粉UCL的光谱组成。Er³⁺离子单掺时,上转换发光以绿光为主。随着Ho³⁺离子的引入,发光粉红光发射占据主导,且红绿光强度分支比(I_R/I_G)随Ho³⁺浓度的提高由0.97增大到6.30,呈现优异红光色纯度。上述现象可归因于Er³⁺→Ho³⁺的能量传递。Ho³⁺共掺杂引起的⁴S_3/2(Er³⁺) +⁵I₈(Ho³⁺)→⁴I_13/2(Er³⁺)+⁵I₆(Ho³⁺)过程,为Er³⁺离子绿光的猝灭提供了渠道,随后Er³⁺的⁴I_13/2→⁴F_9/2激发态吸收导致了红光发射的显著增强。
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  石蜡/膨胀珍珠岩定形相变材料的制备、封装及性能^*

  孟多, 王安琪, 杨籍

  功能材料. 2019, 50(11): 11194-11198. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.033

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  为解决真空浸渍法制备的石蜡/膨胀珍珠岩复合相变材料在相变过程中石蜡泄露等问题,采用白乳胶对石蜡/膨胀珍珠岩复合相变材料进行封装。利用FT-IR测试分析封装后定形相变材料的化学结构,封装后定形复合相变材料无新物质生成,化学相容性良好。采用SEM与压汞法对膨胀珍珠岩与定形复合相变材料的孔隙特征及载体基质对石蜡吸附性进行表征,结果表明膨胀珍珠岩对石蜡吸附性能良好。封装后25与32^#石蜡/膨胀珍珠岩定形相变材料的相变温度基本保持不变,相变焓分别72.13和121.2 J/g。采用热重曲线对封装前后石蜡基定形复合相变材料热物性进行研究,封装后的定形复合相变材料热稳定性提升11.95%。
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  石墨烯的改性及其环氧树脂基复合材料的摩擦磨损性能^*

  于思荣, 孙伟松, 唐梦龙, 王先, 纪志康, 姜倩, 刘迪

  功能材料. 2019, 50(11): 11199-11204. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.034

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  以硅烷偶联剂KH560为表面活性剂对石墨烯进行表面改性,以改性石墨烯为增强体,环氧树脂为基体制备了改性石墨烯/环氧树脂复合材料,研究了改性石墨烯含量、载荷对复合材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明,硅烷偶联剂KH560成功嫁接至石墨烯表面;改性石墨烯降低了环氧树脂的磨损量和摩擦系数,且改性石墨烯/环氧树脂复合材料的磨损量和摩擦系数随改性石墨烯含量增加均减小,当载荷为150 N、改性石墨烯含量为0.5%时,复合材料的磨损量和摩擦系数分别降低了44.9%和17.4%;随着载荷增加,改性石墨烯/环氧树脂复合材料的磨损量和摩擦系数均减小;低载荷下,纯环氧树脂及改性石墨烯/环氧树脂复合材料的磨损形式主要为疲劳磨损,改性石墨烯能抑制微裂纹的产生及扩展;载荷增加后,纯环氧树脂及改性石墨烯/环氧树脂复合材料的磨损形式主要为磨粒磨损,且复合材料磨损表面的犁沟相对较少。
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  纳米银粒子/磺化聚苯乙烯复合微球的制备及其性能研究^*

  王荣, 曾丹林, 王园园, 杨媛媛, 覃荣华, 陈波, 王光辉

  功能材料. 2019, 50(11): 11205-11210. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.035

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  以磺化聚苯乙烯微球(SPS)为载体,通过在其表面负载纳米银粒子的方法,合成了纳米银粒子/磺化聚苯乙烯(Ag/SPS)复合微球,并采用扫描电镜、红外光谱、XRD光谱、热重等方法进行表征,结果表明,在反应温度为70 ℃、反应时间8 h时,用化学还原法制备了Ag/SPS复合微球,单分散性较好,纳米银粒子包覆均匀。通过催化还原亚甲基蓝的实验发现,在一定范围内,催化反应速率随着复合微球纳米粒子的含量增加而升高;重复利用实验结果证明该复合微球有较高的重复利用性。
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  多孔草酸氧钛粉体的制备与物性分析^*

  焦明春, 王静, 马育栋, 陈航, 岳现房

  功能材料. 2019, 50(11): 11211-11214. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.036

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  草酸氧钛是巨电流变效应产生的关键物质之一,以钛酸四丁酯和草酸为溶质,无水乙醇为溶剂,采用共沉淀法制备多孔草酸氧钛粉体。运用XRD、SEM,激光粒度分析仪等对材料成分,颗粒形貌、粒径大小,导电性等进行物性分析。然后用量角法研究水和硅油在其表面的浸润性。结果表明,粉体的平均粒径5 μm左右,大小基本呈正态分布。颗粒近似球形,表面均匀的布满纳米级孔隙;表面水在材料表面的接触角在26.8～31.1°之间,硅油在样品表面的接触角在9.5～11.5°之间。草酸氧钛对水和硅油都有很好的润湿性。浸润性与水浴温度和溶液pH值的关系不大。在不同水浴温度30,40,50,60和70 ℃,pH值=2条件下制备的草酸氧钛对水和硅油的浸润角随着水浴温度的变化基本保持不变,但硅油比水在样品表面的浸润性要好。通过四探针法测量,其电阻率＞1 GΩ·cm,说明该材料为绝缘体。
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  表面活性剂辅助溶剂热制备K_0.5Na_0.5NbO₃基陶瓷粉体^*

  周媛, 李辉, 蔡艳芝, 吴华霞

  功能材料. 2019, 50(11): 11215-11220. https://doi.org/10.3969/j.issn.10019731.2019.11.037

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  采用表面活性剂辅助溶剂热合成K_0.5Na_0.5NbO₃基陶瓷粉体,系统研究了助表面活性剂、表面活性剂以及助表面活性剂辅助表面活性剂对合成粉体结构和形貌的影响。结果表明,添加不同含量异丙醇(IPA)可得到不同结构和形貌的K_0.5Na_0.5NbO₃粉体;表面活性剂使得粉体形貌规则,异丙醇含量一定,随着表面活性剂(SBDS、PEG400)浓度的增加,粉体颗粒形貌变得规则且异丙醇具有细化粉体的作用,相比于SBDS、PEG400使得粉体形貌更加规则;表面活性剂(PEG400)浓度一定,需选择合适的异丙醇含量可获得粒径更小的规则形貌粉体,即PEG400=1 g/L,V(IPA)/V(H₂O)=2/3和3/2可得到粒径约300 nm的正方体颗粒。