2019年, 第50卷, 第12期　刊出日期：2019-12-30

  

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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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  钽材的医学应用及生物相容性机制

  石晓岫, 吴先哲, 马幸双, 刘洋, 何鹏, 罗彦凤

  功能材料. 2019, 50(12): 12001-12006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.001

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  钽金属以其极佳的耐腐蚀性、延展性、生物相容性和骨整合性而在医学领域有广泛应用。回顾了钽材在治疗股骨头坏死、关节置换与翻修、骨缺损修复等领域的临床应用现状,并从其耐腐蚀性、表面氧化物成分、力学性能及多孔结构等材料特征与体内环境相互作用的角度对钽的医学应用机制,尤其是临床应用效果不佳甚至失败的机制进行了分析和讨论。在此基础之上,对钽材的个性化假体应用及钽材生物相容性机制研究方向进行了展望。对于更深入地开展钽材生物相容性机制研究,设计并制造新型钽植入物有良好的指导作用。
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  细菌纤维素基柔性防护材料的制备及其性能研究

  李文静, 李锦坤, 李雪菲, 杨加志

  功能材料. 2019, 50(12): 12007-12012. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.002

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  面对突发事件对人体最佳保护措施之一,为穿戴高性能的防护材料。因此,研制穿着舒适、行动自如、防护性能优的新型柔性防护材料已成热点。柔韧性好、力学强度高和合成方便等优势的细菌纤维素材料(BC),在高强度纤维、柔性复合膜等应用领域已经获得成功。采用模板法制备出多孔BC材料,通过与纳米SiO₂、聚乙二醇(PEG)形成的剪切增稠液(SiO₂/PEG)复合,制备出了新型柔性防护材料,并以Kevlar纤维与SiO₂/PEG复合材料为参照样,进行性能评估研究。实验结果表明,(1) SiO₂/PEG剪切增稠效应和临界剪切速率与SiO₂质量分数和PEG分子链长相关;(2)BC和Kevlar与SiO₂/PEG复合,以BC为基体的材料的弯曲角(85°),远高于Kelvar为基体材料的弯曲角(45°),显示出BC防护材料的高柔韧性;(3) SiO₂/PEG体系中加入BC(31.7%),其防护性能与Kelvar(88.4%)对8 J冲击动能防护性能相当。因而,BC材料在软防护材料、阻尼材料等应用方面具有较大应用潜能。
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  甲基乙烯基聚硅氧烷/ZDMA/聚苯乙烯复合材料结构和性能的研究

  雷卫华, 孙素明, 周安伟, 陈立新

  功能材料. 2019, 50(12): 12013-12019. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.003

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  在高温熔融条件方法将高分子量聚硅氧烷(PMVS)与聚苯乙烯混合,冷却后再加入ZDMA、并以过氧化物为交联剂,在高温下固化获得了甲基乙烯基聚硅氧烷(PMVS)/ZDMA复合材料。采用光学显微技术、力学性能测试和动态机械性能测试(DMA)、热失重方法(TGA)对复合材料的结构力学性能和热性能进行了表征。实验结果发现,PMVS/ZDMA/PS树脂复合材料为不相容体系,微观上具有“一海双岛”式的相分离结构,在宏观上结构较为均匀。PS树脂可提升PMVS/ZDMA复合材料强度、模量和抗压性能,但伸长率有所降低。PMVS/ZDMA/PS树脂复合材料的阻尼因子由0.1增大至0.32,在55～199 ℃范围内的阻尼性能大为改善。PS的加入使得复合材料在400 ℃以下的热稳定性得以大幅提高,在430 ℃下的DTG峰随着PS含量增加而增高、显示与PS的热分解直接相关。
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  纳米铜尺寸对于P(VDF-HFP)基复合材料介电性能及逾渗阈值的影响

  刘昱航, 李衡峰, 杨科

  功能材料. 2019, 50(12): 12020-12025. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.004

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  用液相还原法和水热法制备出零维和具有不同长径比的一维纳米铜。通过将其作为导电填料与聚合物P(VDF-HFP)进行溶液共混来研究填料尺寸对其聚合物基纳米复合电介质材料的介电性能及逾渗阈值的影响。利用SEM、TEM、XRD、XPS对零维及一维纳米铜的形貌、结构和化学成分进行了表征;利用SEM和阻抗分析仪分别对复合材料的结构和介电性能进行了表征,纳米铜填料在聚合物基体中分散均匀,且介电常数规律符合逾渗理论。通过线性拟合得出零维纳米铜及长径比分别为100,800的一维纳米铜的逾渗阈值分别为10.9%,6.8%,2.9%(体积分数)。与零维纳米铜和低长径比一维纳米铜相比,高长径比一维纳米铜更容易在聚合物基体中形成导电网络,从而有效地降低其复合材料的逾渗阈值,使其在较低的填充量下获得高介电常数。
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  脑机接口柔性电极材料研究进展

  贺光伟, 董旭峰, 齐民

  功能材料. 2019, 50(12): 12026-12034. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.005

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  脑机接口作为人机交互的一个重要方向,在医疗健康、体能增效、航空航天、智能交通、娱乐游戏等领域具有广泛的应用价值。柔性电极是脑机接口的重要组成,也是脑机接口技术实现的关键。近年来,各种以脑机接口为需求背景的柔性电极材料不断涌现。对非侵入式、侵入式和半侵入式等3类脑机接口柔性电极材料的研究进展进行归纳和总结,对存在的问题和挑战进行分析,并对各种柔性电极材料在脑机接口领域的应用前景进行展望。
综述·进展
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  各类高熵合金的研究进展

  王根, 李新梅, 王松臣

  功能材料. 2019, 50(12): 12035-12040. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.006

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  随着科学与技术的不断发展,传统合金已无法满足现代工业发展的要求,迫切需要一种具有优异性能的新型合金材料来满足工业发展的需求。高熵合金是在传统合金的基础之上提出的,其具有比传统合金更优异的性能,所以对高熵合金的研究具有重要的价值。高熵合金是由5种及5种以上主元构成,且每种主元的原子分数＞5%并＜35%。阐述了块体高熵合金、薄膜状高熵合金、丝状高熵合金以及粉末状高熵合金的研究现状以及取得的进展。
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  特殊浸润性油水分离材料的研究进展

  张锦山, 董季玲, 武伟, 尹坚, 范海兵, 刘洋, 丁皓, 曹鹏军, 马毅龙

  功能材料. 2019, 50(12): 12041-12050. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.007

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  随着石油产业的快速发展,原油泄露和含油污水严重危害了生态环境和人类健康。因此,含油污水的有效处理成为目前亟待解决的关键问题之一。但传统的油水分离材料普遍存在着油水分离效率低、易造成二次污染、难以回收再利用等缺点,无法满足国家环保标准。近年来,特殊浸润性油水分离材料因具备特殊的选择渗透及吸附性得到了迅速发展。基于此,以表面特殊润湿性油水分离材料为研究基础,对固体表面浸润理论进行了分析,介绍了通过材料表面微观结构调控和化学改性的方法制备特殊浸润性油水分离材料的研究进展,并对特殊润湿性油水分离材料目前面临的挑战及未来的发展方向作了总结和展望。
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  CeO₂基复合氧化物催化剂的研究进展

  李友凤, 谢波, 王光伟

  功能材料. 2019, 50(12): 12051-12058. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.008

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  对近年来国内外CeO₂基复合氧化物催化剂的制备方法进行了详细评述,并概述了催化剂的结构和织构特性,以及吸附性和表面酸性等性能。尤其重点介绍了CeO₂基复合氧化物在挥发性有机废物、废水处理,以及汽车尾气处理等方面的应用情况,指出了今后研究方向为复合型多功能性纳米氧化物的设计制备与形貌控制及分散性的改善,颗粒成核与生长过程控制,催化过程与机理研究,以及研究成果的规模化生产与工业化应用。
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  肝素化/类肝素化高分子膜材料的研究进展

  杨倩, 谢艳新, 沈宇杰, 朱宝库

  功能材料. 2019, 50(12): 12059-12065. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.009

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  一般的高分子材料与血液接触时,在材料表面会形成血栓,无法满足抗凝血的要求。将肝素或类肝素物质通过适当的方法固定在高分子材料上,可以提高材料的抗凝血性能。对改善高分子材料血液相容性的方法进行了总结,叙述了肝素化/类肝素化高分子膜材料的特征与优势,重点介绍了肝素化/类肝素化抗凝血高分子膜材料的制备方法研究进展,并对类肝素化高分子膜材料的发展方向进行了展望。
研究·开发
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  片状氢氧化镁热解制备微纳结构氧化镁

  苟生莲, 乃学瑛, 肖剑飞, 刘鑫, 叶俊伟, 李武

  功能材料. 2019, 50(12): 12066-12073. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.010

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  采用沉淀法以六水氯化镁(MgCl₂·6H₂O)和氨水(NH₃·H₂O)为原料制备出氢氧化镁,热解得到了片状镂空纳米氧化镁。利用Kissinger法计算出氢氧化镁的热解表观活化能E和指前因子A,并用Ozawa-Flynm-Wall方程法进行了验证;采用Satava法分析得出氢氧化镁热解机理为随机成核及生长;通过TEM和SAED分析,该氧化镁纳米级平均粒径在20 nm左右,微米级尺寸在200～500 nm之间,暴露晶面族为｛110｝;经XRD分析,氧化镁微纳结构的形成机理与前驱体热解过程中分解产物逸出方式以及晶体结构变化有关。
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  多孔硅/石墨烯锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究

  王艺璇, 高波, 刘泽昆, 邢鹏飞

  功能材料. 2019, 50(12): 12074-12079. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.011

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  以Al-20Si合金为原料制备多孔硅粉体材料和多孔硅/石墨烯复合材料,并将其用作锂离子电池的负极材料。采用盐酸浸蚀合金的方法制备多孔硅粉体材料,通过借助超声向硅基材料中分别添加不同含量的石墨烯(0,5%,10%,15%,20%,25%)制备多孔硅/石墨烯复合材料。实验结果显示,在多孔硅基材料中添加10%石墨烯的电化学性能最好,首次充放电容量为2 552 mAh/g,最后稳定在540 mAh/g。首次充放电效率为78.5%,循环至第5次后,后续充放电过程中效率维持在98%左右。石墨烯添加量超过10%后。随着添加量的增加性能逐渐下降。石墨烯的加入会使充放电比容量有所降低,但会使硅的循环稳定性增加。
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  菱角壳基多孔炭的制备及其电化学电容特性研究

  肖祥, 王超, 赵亚彬, 钟国彬, 王佩, 伍世嘉, 曾杰, 魏增福, 时志强

  功能材料. 2019, 50(12): 12080-12084. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.012

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  以菱角壳为前驱体,采用KOH化学活化法制备超级电容器用多孔炭,研究了不同碱炭比对多孔炭结构和电化学性能的影响。采用SEM、XRD、Raman、N₂吸脱附测试对多孔炭的微观结构进行表征,并利用循环伏安、恒流充放电、长循环、交流阻抗等方法考察其电容性能。结果表明,碱炭比为4时,多孔炭具有最高的比表面积(2 046.74 m²/g)和最丰富的孔结构,以TEABF₄/PC为电解液组装成超级电容器,在0.1 A/g电流密度下,其比电容高达126.1 F/g,以0.5 A/g电流密度循环10 000次,其比电容仍保持92.6 F/g,展现出良好的电容性能。
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  频率与温度对不同橡胶基磁流变弹性体的影响

  黄兆阁, 李长宇, 孟祥坤, 雍占福

  功能材料. 2019, 50(12): 12085-12088. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.013

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  磁流变弹性体(MREs)作为一种新型智能磁敏材料的一个分支,能够感应外加磁场,并做出力学响应,在汽车减震,飞机、高铁、武器等军事和民用领域有广泛的应用前景,然而MREs不良的机械性能和较低的磁流变效应制约了其工程方面的应用。从该问题出发,使用羰基铁粉(CIP)填充氯丁橡胶和顺丁橡胶,制备了氯丁橡胶基和顺丁橡胶基MREs,讨论了橡胶基体种类和使用工况(振动频率、温度等)对MREs性能的影响,以便更好进行智能控制。结果发现,氯丁橡胶基MREs比顺丁橡胶基MREs有着更好的磁流变效应。频率的增大使得氯丁橡胶基MREs硫化胶磁致模量和相对磁流变效应增大,而顺丁橡胶基MREs则相反;温度的升高降低了氯丁橡胶基MREs硫化胶的零场模量和磁致模量,但是提高了其相对磁流变效应。
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  氧化石墨烯复掺石墨烯对水泥砂浆力学性能的提升及机理研究

  杨凌俊, 袁小亚

  功能材料. 2019, 50(12): 12089-12096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.014

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  采用高温还原氧化石墨烯(GO)方法制备石墨烯(G),利用GO对G的助分散效果将G与GO同时掺入砂浆中(即复掺)以改善水泥砂浆力学性能。通过不同含量G与GO混合溶液的吸光度测试,研究了GO对G的分散作用,结果表明当G与GO浓度比(C_G/C_GO)为4/5时,GO对G的助分散效果最佳。然后保持吸光度测试中C_G/C_GO,研究了不同G含量对复掺的水泥砂浆抗折抗压强度的影响。研究表明同等掺量下,复掺GO与G更能增强砂浆的力学性能,C_G/C_GO在3/5,4/5时提升效果较优,且复掺GO与G对砂浆早期力学性能提升效果更明显;TG测试表明复掺水泥的水化速度快于单掺G水泥。微观测试研究表明GO与G同时掺入水泥,既可以发挥GO对G的助分散效果,又能对水泥起到协同增强作用,促进了水泥的水化,水化产物晶型更加规整。研究采用GO助分散G的方法,既可以发挥GO对G的助分散效果,又能对水泥起到协同增强功效。
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  铝、钇共掺片状氧化锌的制备及其光催化性能

  邱雨, 王黎明, 徐丽慧, 沈勇, 王沥莹, 刘亚东

  功能材料. 2019, 50(12): 12097-12102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.015

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  用氯化锌、氢氧化钠、九水合硝酸铝和六水合硝酸钇为原料,并采用低温水浴法制备了铝、钇共掺的片状氧化锌,并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见光谱(UV-Vis)等方法对Al-Y/ZnO进行表征;利用亚甲基蓝溶液(MB)作为有色污染物,研究了片状氧化锌中不同掺杂量的Al和Y元素对其光催化性能的影响。结果表明,当Al的掺杂量为3%,Y的掺杂量为3%时,ZnO的表面状态得到了明显改善,生成更多的羟基自由基;同时增加光生电子空穴对的浓度,显著提高ZnO的光催化性能;经过1 h紫外汞灯照射,其降解率达到94.63%;且经过5次循环使用后,3%Al-3%Y/ZnO的降解率依旧能达到85%以上,具有良好的光催化性能和循环稳定性。
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  添加TiO₂纳米颗粒和分散剂的相变流体粘度实验研究

  陈红兵, 李思琦, 王聪聪, 张晓坤, 姚华宁, 龚雨桐

  功能材料. 2019, 50(12): 12103-12107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.016

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  选定质量分数为30%的烃类相变流体作为基液,采用“两步法”配制了多种添加纳米颗粒(TiO₂)及分散剂(SDBS十二烷基苯磺酸钠)的相变流体,测试分析了纳米颗粒质量分数、粒径及分散剂质量分数对相变流体粘度的影响。结果表明,相同温度下,纳米颗粒质量分数越大,纳米颗粒粒径越大,相变流体粘度越大。而相变流体粘度随分散剂质量分数增大呈先减小后增大的趋势,当分散剂质量分数为0.1%时,相变流体粘度达到最小。
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  以ZrO₂-MgO-Y₂O₃为添加剂的气压反应重烧结Si₃N₄陶瓷的制备与性能研究

  詹创添, 吴利翔, 牛文彬, 尹梓绅, 郭伟明, 林华泰

  功能材料. 2019, 50(12): 12108-12112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.017

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  以硅粉为原料,研究了MgO-Y₂O₃和ZrO₂-MgO-Y₂O₃添加剂对气压反应烧结过程中硅粉氮化以及重烧结Si₃N₄陶瓷的影响。同时以Si₃N₄粉为主要原料,以ZrO₂-MgO-Y₂O₃为添加剂在相同烧结工艺下制备Si₃N₄陶瓷作为对比实验。实验结果表明,在1 400 ℃下保温2 h氮化时,掺杂ZrO₂-MgO-Y₂O₃添加剂可实现硅粉快速氮化;氮化后样品继续在1 850 ℃、3 MPa气压烧结下保温2 h后实现样品最终致密化,致密度达到98.2%;此时,在相同制备工艺下,以Si₃N₄粉为原料制备的Si₃N₄陶瓷的致密度为97.3%,并且,通过反应烧结制备得到的Si₃N₄陶瓷具有更加优异的力学性能和热导率,其断裂韧性和热导率分别为(5.6±0.8) MPa·m^1/2和70.4 W/(m·K)。因此,以Si粉为原料结合ZrO₂-MgO-Y₂O₃添加剂,通过气压反应重烧结可以获得性能更加优异的氮化硅陶瓷。
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  基体合金元素Cu对SiC_p/Al复合材料热物理性能的影响

  邹爱华, 叶灵燚, 康志兵, 周贤良, 苏玉琴, 范建柳, 曾昕

  功能材料. 2019, 50(12): 12113-12117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.018

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  采用无压渗透法制备SiCp/Al复合材料,研究了铝基体中添加不同含量Cu元素对复合材料热导率及热膨胀系数的影响。研究表明,当基体中添加一定量(小于4%质量分数)的Cu有利于复合材料致密度的提高及热膨胀系数的降低,但对其热导率的改善不是特别明显;当所添加Cu含量为8%时,热导率由于复合材料致密度的下降及反应相的增加而出现急剧下降,热膨胀系数也有一定程度的上升;当Cu含量为4%时,可获得综合热物理性能较佳的复合材料。
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  载银氧化壳聚糖复合物的制备及其抑菌性能的研究

  卞能源, 潘玙璠, 张新莉, 杨晓莉, 卜鑫, 张方东, 侯庆喜, 裴继诚

  功能材料. 2019, 50(12): 12118-12125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.019

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  以壳聚糖(CS)为原料,采用漆酶/2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)体系选择性氧化分子上C6伯羟基形成羧基,得到氧化壳聚糖(C-COS),将C-COS与硝酸银反应制得载银氧化壳聚糖复合物(C-COS-Ag)。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、电导滴定、X射线光电子能谱(XPS)对产物进行表征,并以4种不同细菌作为抑菌模板,利用紫外分光光度计对C-COS-Ag抑菌条件进行优化,最后使用扫描电镜(SEM)观察C-COS-Ag加入前后细菌的形貌变化。结果表明,氧化壳聚糖的羧基含量为1.42%,C-COS-Ag中Ag⁺结合方式以[Ag(NH₃)₂]OH和Ag₂O(一部分为—COOAg;另一部分为Ag₂O )两种形式存在,且存在比例为6∶4。C-COS-Ag的最佳抑菌条件为1 h、26 ℃,且抑菌圈直径＞30 mm,大肠杆菌的最小抑菌浓度(MIC)为7.5 μg/mL,金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、枯草芽孢杆菌的MIC均为10 μg/mL。C-COS-Ag的添加能够使细菌的细胞壁受损影响细菌的繁殖生长,最终起到较好的抑菌作用。
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  不同HLB值的表面活性剂对磁流变液沉降稳定性能的影响

  熊皓, 罗一平, 王维成, 王磊, 姜彦文

  功能材料. 2019, 50(12): 12126-12131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.020

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  主要研究表面活性剂对磁流变液的的沉降稳定性能的影响。通过实验分析了不同种类和质量分数表面活性剂条件下的磁流变液样品性能上的差异,探究表面活性剂HLB值对磁流变液抗沉降稳定性的影响,发现随着HLB值的减小,磁流变液的沉降稳定性有所提高。此外,还引入了接触角概念,分析在磁流变液的制备过程中测量分散颗粒对基液的润湿性的影响,探究基于磁流变液的抗沉降稳定性的新的评价方法。
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  0.23 mm薄规格取向硅钢谐波损耗与磁致伸缩研究

  高洁, 杨富尧, 马光, 刘洋, 陈新, 韩钰

  功能材料. 2019, 50(12): 12132-12136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.021

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  通过模拟不同含量的3～7次谐波工况,对薄规格取向硅钢(0.23 mm)谐波损耗性能、磁致伸缩进行了研究,并探索了谐波工况下材料的磁畴结构演变规律。结果表明,励磁场中的谐波成分使薄规格取向硅钢材料磁滞回环面积增大、数量增多,同时引起硅钢内部磁通密度变化加剧;随着谐波次数或含量增加,磁滞损耗和涡流损耗均持续上升,取向硅钢附加损耗明显增大,含量为30%的5次谐波下材料损耗相比于正弦波增加89.7%;谐波引起取向硅钢180°畴细化,90°畴容积分数减小,磁致伸缩振幅λ_p-p增大,同时振幅蝴蝶曲线出现畸变。
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  核壳Fe₃O₄@NiSiO₃磁性微纳米材料的合成及其吸附性能研究与表征

  焦玉荣, 张建宏, 弓莹, 相玉琳, 马向荣, 高锐, 杨朝龙

  功能材料. 2019, 50(12): 12137-12141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.022

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  通过改进的凝胶-溶胶法和溶剂热法合成核壳结构Fe₃O₄@NiSiO₃磁性复合微纳米材料,对其结构和性能进行了SEM分析、TEM分析、多晶X射线衍射分析、磁性分析、比表面积及孔结构分析。以亚甲基蓝为模拟吸附染料,探究其吸附的机理和动力学吸附行为;并优化了亚甲基蓝浓度、吸附剂用量、pH值、溶液温度和平衡时间等实验条件。结果表明,复合材料对亚甲基蓝具有良好的吸附性能,吸附率达到98.5%;符合Langmuir吸附等温式且吸附动力学符合二级动力学方程。
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  热处理对FeN/C催化剂氧还原性能的影响

  郑秋燕, 沈亚云, 杨智, 秦好丽, 田娟

  功能材料. 2019, 50(12): 12142-12147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.023

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  高活性、低沉本的阴极氧还原催化剂是目前质子交换膜燃料电池的重要研究内容之一。考察了FeN/C作为氧还原催化剂的催化性能,研究氨气气氛下的二次热处理对催化剂氧还原催化活性与稳定性的影响。使用X射线衍射、比表面积和孔径分布测试、透射电子显微镜等方法对催化剂的结构进行表征,使用线性扫描伏安法对催化剂的氧还原活性进行测试。结果表明,经二次热处理后,催化剂表现出更好的氧还原催化活性及稳定性。催化剂在二次热处理后,具有更高的比表面积(931.2 m²/g)、较高的表面氮含量(1.67%(原子分数))、以及催化剂中存在的Fe₃C,是其催化性能提高的可能原因。
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  磁流变弹性体的制备及其摩擦磨损特性测试

  李赵春, 李思豪, 董帅

  功能材料. 2019, 50(12): 12148-12156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.024

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  磁性弹性体不但具有显著的粘附特性还是一种可控的磁致摩擦材料,可以在仿生机器人手足以及离合器踏板等诸多新型领域获得应用。为了探究磁流变弹性体的摩擦性能,通过混合-固化-冷却的步骤制备了不同体积分数的各向同性和各向异性磁流变弹性体。利用了球盘式摩擦磨损机进行摩擦因素测试,并在环境扫描电镜下观察磨损后的颗粒排列方式以及基体的破损程度。实验结果表明,各向同性和各向异性弹性体随着磁性颗粒含量的增加,颗粒之间的间隙减少,最终形成团状,摩擦因素随之下降。此外,各向异性弹性体基体的破坏程度更加剧烈,颗粒之间形成基能团,摩擦因素相应较低。各向异性弹性体在摩擦磨损过后基体会出现严重的波纹,这也说明了磨损波纹以及磨痕的密集程度也是导致摩擦因素变化的原因。
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  微波水热法合成纳米BaTiO₃粉体的掺杂改性与性能研究

  闫玉兵

  功能材料. 2019, 50(12): 12157-12161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.027

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  以正钛酸四正丁酯(C₁₆H₃₆O₄Ti)、Ba(OH)₂·8H₂O、NbCl₅和NaOH试剂为原料,利用微波水热法,制备了不同含量Nb掺杂的纳米BaTi_1-xNb_xO₃(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05,0.06)粉体。然后,将纳米BaTi_1-xNb_xO₃粉体压制成形并进行烧结处理,获得了不同含量Nb掺杂的BaTi_1-xNb_xO₃压电陶瓷。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)等对纳米BaTi_1-xNb_xO₃粉体的物相结构、表面形貌和晶粒尺寸进行分析,采用振动磁强计对BaTi_1-xNb_xO₃压电陶瓷的烧结密度和磁性能进行分析。XRD和拉曼光谱分析表明,不同含量Nb掺杂的纳米BaTi_1-xNb_xO₃(x=0,0.03,0.06)粉体具有四方特性;SEM形貌分析表明,纳米BaTi_1-xNb_xO₃(x=0,0.03,0.06)粉体由粒径极细、分散性良好的球形颗粒组成,随着Nb含量的增加,粉体的颗粒尺寸也不断增加,其平均粒径分别约为60,90和120 nm;烧结密度研究表明,随着Nb含量的增加,BaTi_1-xNb_xO₃压电陶瓷的烧结密度不断增大,当Nb含量为0.06时,BaTi_1-xNb_xO₃压电陶瓷的烧结密度达到最大;磁性能分析表明,当Nb掺杂量为0.03时,BaTi_1-xNb_xO₃压电陶瓷的剩余磁化强度最大(8.235 μC/cm²),且其矫顽力(5.762 kV/cm)与不掺杂Nb的BaTiO₃陶瓷(5.556 kV/cm)相差不大。因此,Nb掺杂量为0.03时,BaTi_1-xNb_xO₃压电陶瓷的压电性能最优。
工艺·技术
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  掠入射磁控溅射法制备CeO₂纳米棒及其润湿性能研究

  安涛, 窦春月, 鞠金宁, 纪全增, 魏文龙, 高玉欣

  功能材料. 2019, 50(12): 12162-12166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.026

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  采用掠入射磁控溅射方法,在Si(100)衬底上,在不同沉积时间条件下制备了一系列CeO₂薄膜。用扫描电子显微镜研究薄膜的表面及截面生长形态,用静态滴液法研究薄膜的润湿性能,用X射线光电子能谱研究薄膜表面的化学状态。结果显示,随着沉积时间的增加,CeO₂逐渐生长成为纳米棒,纳米棒彼此独立,顶端呈三棱锥状.润湿性测试表明在空气气氛中放置240 h后薄膜呈现疏水性,且其接触角随薄膜粗糙度的增大而增大,最后达到最大值149.9°。而将新鲜的CeO₂薄膜在空气气氛中放置24 h后,薄膜表现为本征的亲水特征。CeO₂薄膜在空气气氛中随放置时间的增加由亲水性到疏水性的转变源于CeO₂薄膜表面上依次发生了3个过程:(1) Ce的氢氧化物的形成;(2) Ce的碳酸盐的形成;(3)挥发性碳氢化合物在表面的吸附过程。
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  金纳米链的制备及其在肿瘤诊断与治疗中的应用

  雷彪, 孙齐, 武智慧, 刘雪萌, 孔婧瑜, 都允涵, 赵琳琳, 陆燕

  功能材料. 2019, 50(12): 12167-12171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.027

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  纳米科技正在显著地影响,推动着癌症治疗药物与诊断试剂的发展。在治疗与诊断这个交叉领域,如何将治疗与诊断有效的结合起来进而提高肿瘤治疗效率受到广泛关注。利用模板法制备一种基于金纳米粒子的链状纳米结构用于癌症诊疗一体化。该材料可有效提高拉曼信号强度用于疾病诊断;另外,由于链状纳米结构具有较大长径比,癌细胞对其表现较高吸收效率。因此,该体系可作为诊断制剂与抗癌药物的传输载体来实现癌症的诊断与治疗。
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  建筑回收物制备多孔陶瓷材料及其性能表征

  张晓华, 邢家悦

  功能材料. 2019, 50(12): 12172-12177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.028

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  以建筑垃圾为主要原料,Al₂O₃为铝源,AlF₃为晶须催化剂,MoO₃ 为烧结助剂,成功制备了钙长石-莫来石-刚玉多孔陶瓷。采用XRD和SEM分析了多孔陶瓷材料的物相组成及形貌,研究了在烧结温度1 350 ℃条件下,不同保温时间对多孔陶瓷材料开口孔隙率、孔径分布的影响,以及钙长石-莫来石-刚玉多孔陶瓷的双轴弯曲强度和油水分离性能。结果表明,当AlF₃含量为12%(质量分数)、MoO₃含量为4%(质量分数)时,在烧结温度1 350 ℃下,保温2 h,制备的钙长石-莫来石-刚玉多孔陶瓷性能最优。孔隙率分析可知,保温时间为2 h时,有利于原料中氧化铝相和玻璃相莫来石化,增加莫来石相的含量;此时多孔陶瓷材料具有46%的开口孔隙率,且样品中莫来石晶须的大量生长造成晶须之间的尺寸较为一致,使得样品的开孔孔隙孔径大小比较集中,比较适合进行油水分离。力学性能分析表明,保温时间为2 h时,样品的双轴弯曲强度为68 MPa,机械性能良好。油水分离性能研究表明,在不同的膜压差下,样品的油乳拦截率均能达到97%～99%,多孔陶瓷膜具有较好的油乳分离性能。
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  α-Al₂O₃/γ-Al₂O₃/Teflon AF2400中空纤维油气分离膜的制备及性能研究

  陈川, 丁一, 刘昕, 赵凯美, 龚列谦, 邢照亮, 李武, 李广宇, 秦兴华

  功能材料. 2019, 50(12): 12178-12182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.029

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  快速检出变压器绝缘油中溶解气体含量可及时分析变压器的故障种类和程度。但传统油气分离膜的分离效率低,不满足最新标准和人工巡检要求。为了提高分离效率,制备了α-Al₂O₃/γ-Al₂O₃/Teflon中空纤维复合膜,并研究了γ-Al₂O₃及退火温度对复合膜界面性能和传输阻力分布的影响。结果表明,γ-Al₂O₃的加入对整体复合膜气体传输阻力的影响小,且能够有效改善有机/陶瓷复合膜的界面性能。并在330 ℃下退火,可进一步提高复合膜的界面强度。最终制备出的中空纤维分离膜具有更加低的气体传输阻力,可在1 h内使7种绝缘油中溶解气体均达到平衡,进一步提高了取气效率,为快速检测变压器绝缘油中溶解气体含量奠定了基础。
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  具有大半金属能隙的V掺杂LiZnP新型稀磁半导体的磁电性质

  贾倩, 杜颖妍, 杜成旭, 陈婷, 刘焦, 于越, 张恒源, 刘明, 毋志民

  功能材料. 2019, 50(12): 12183-12189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.030

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  采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,对新型稀磁半导体Li_1±y(Zn_1-xV_x)P(x=0,0.0625;y=0,0.0625)体系进行几何结构优化,计算并分析了各体系的电子结构,形成能,半金属性,磁性及居里温度。结果表明,新型稀磁半导体LiZnP可通过掺入V和改变Li的化学计量数来实现自旋和电荷注入机制的分离。单掺V引入了自旋极化杂质带,表现出强的半金属性,sp-d杂化导致体系产生2.92 μ_B的净磁矩。体系的性质还受Li的化学计量数的影响,Li空位时,半金属性和磁性有所减弱,但居里温度最高;Li填隙时,杂化作用增强,形成能最低,导电能力最强,磁性最大。
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  β-锂霞石/莫来石纤维/玻璃低膨胀复合材料制备

  薛耀辉, 张辉, 李毅, 周亚西, 李晓, 文昌秀, 许彦涛, 郑瑞林, 郭海涛, 崔晓霞

  功能材料. 2019, 50(12): 12190-12195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.031

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  为了研制新型轻质、低膨胀系数的复合材料,以玻璃为基质材料,根据复合材料混合法则,将β-锂霞石、多晶莫来石纤维和玻璃粉按一定比例球磨混合后,经冷等静压压制后,采用高温真空烧结的方法,制备了含锂霞石和莫来石纤维的玻璃基复合材料。通过对其表观形貌、显微结构、维氏硬度、膨胀系数进行测试,重点研究了纤维含量、纤维长径比、烧结温度对复合材料性能致密度、机械性能、膨胀系数的影响。结果表明,当纤维含量为18%(质量分数)时,材料的维氏硬度最高;当纤维含量为10%(质量分数),长径比为31,800 ℃真空烧结5 h后,复合材料在在150～400 ℃范围内的平均线膨胀系数为1.67×10^-6/K(＜2×10^-6/K),是一种潜在的轻质、低膨胀复合材料。
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  磁场作用下磁性聚氨酯泡沫的力学和吸声性能分析

  李赵春, 张家华, 王彩萍, 王晓杰

  功能材料. 2019, 50(12): 12196-12201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.032

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  使用实验室自主研制的磁场设备,以添加了羰基铁粉的磁性聚氨酯泡沫为对象,研究磁场对磁性泡沫力学性能和低频吸声性能的影响,探寻智能磁性泡沫聚合物吸声性能和力学性能的可调性。首先采用一步全水发泡法,制备了质量分数为80%(质量分数)的各项异性与各向同性的磁性聚氨酯泡沫。接着基于美国TA流变仪,在交变的磁场作用下,测量这两种泡沫储能模量的变化。基于传递函数法,利用双通道阻抗管,测量在不同强度磁场下两种泡沫的吸声性能。实验结果发现,磁场的施加对各向异性与各向同性磁性聚氨酯泡沫的吸声性能影响有限,但其储能模量会随着磁场大小的绝对值增加而逐渐增加,经过时长为500 s,最大周期为0.5 T的交变磁场作用,各向同性聚氨酯泡沫的储能模量上升了14.6%,各项异性的上升了15.8%,这意味着磁场会增加磁性粒子短链之间的应力传递。
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  PAAm-LGSNa⁺光致变色水凝胶的合成及表征

  曹梦楠, 刘志明

  功能材料. 2019, 50(12): 12202-12205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.033

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  采用接枝法将木质素磺酸钠接入聚丙烯酰胺水凝胶中,合成了聚丙烯酰胺-木质素磺酸钠水凝胶,通过浸泡工艺将钼酸铵引入水凝胶网络中实现视觉显示。UV-Vis、FT-IR和SEM分别测量了木质素磺酸钠-聚丙烯酰胺水凝胶的吸光度和透明度、结构、形貌。UV-Vis测量结果表明该水凝胶具有低成本,易于制备,5 min内快速响应的优异性能。此外,水凝胶的光致变色和褪色过程可以在紫外光照射,不同时间和温度下精确控制。FT-IR测量结果表明成功将木质素磺酸钠接入聚丙烯酰胺水凝胶中。SEM研究结果表明,水凝胶在完全干燥后表现出致密的结构,这使得水凝胶在光致变色后不易褪色。
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  溶剂热辅助溶胶-凝胶法制备微纳米晶ZrSiO₄陶瓷

  江正迪, 熊天恒, 柏子梅, 杨文平, 段涛, 丁艺

  功能材料. 2019, 50(12): 12206-12209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.034

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  采用溶剂热辅助溶胶-凝胶法,以氯氧化锆(ZrOCl₂·8H₂O)和正硅酸乙酯(TEOS)为原料,以乙醇溶液为溶剂介质,制备锆石(ZrSiO₄)前驱体,将前驱体在1 400 ℃下煅烧6 h,即得微纳米晶ZrSiO₄陶瓷(200～450 nm)。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜和密度测试仪对固化体进行分析测试,研究溶剂热温度和乙醇浓度对固化体的物相结构、微观形貌及致密性的影响规律。研究发现,溶剂热温度和乙醇浓度对固化体的合成及致密性具有较大的影响。在溶剂热温度为110 ℃及乙醇浓度为60%条件下,获得的微纳米晶ZrSiO₄陶瓷具有较高密度(4.46 g/cm³)。
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  二硫化钼/多壁碳纳米管/天然橡胶复合材料制备及吸波性能研究

  耿浩然, 赵鹏飞, 梅俊飞, 陈永平, 丁爱武, 史甲, 廖禄生, 廖建和

  功能材料. 2019, 50(12): 12210-12215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.035

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  采用机械共混法,以天然橡胶(NR)为基体、多壁碳纳米管(MWCNTs)和二硫化钼(MoS₂)为填料,制备了MWCNTs/NR、MoS₂/NR和MWCNTs/MoS₂/NR 3种复合材料,通过扫描电镜、高阻计、矢量网络分析仪和橡胶拉伸试验机分别对复合材料形貌、电导率、电磁参数和力学性能进行表征。结果表明,(1) 填料在MWCNTs/MoS₂/NR复合材料中的分散最好;(2) MWCNTs的加入,使得复合材料的电导率增大;(3) 随厚度的增加,复合材料反射峰值对应的频率逐渐向低频方向移动。MWCNTs/MoS₂/NR复合材料的吸波性能最佳,反射损耗为-29.59 dB,分别是MWCNTs/NR、MoS₂/NR的6.9和17.0倍,有效吸收频宽为3.12 GHz;(4) MWCNTs/MoS₂/NR的拉伸强度最高,与填料在基体中的分散好有关。MWCNTs与MoS₂在NR中相互促进分散,形成多重损耗机制,优化了复合材料的吸波、导电、力学等多项性能。
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  分子氨化改性聚醚砜膜的亲水性和抗污染性能

  张绍虎, 李丹, 冉奋

  功能材料. 2019, 50(12): 12216-12220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2019.12.036

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  通过氨化聚醚砜(PES-NH₂)与纯聚醚砜(PES)共混的方法,经过非溶剂致相转化(NIPS)法得到了亲水抗污型聚合物膜。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线电子能谱(XPS)对膜的结构和表面化学组成进行了分析。结果表明,以氨化聚醚砜(PES-NH₂)为共混改性剂时,共混膜的表面亲水性和抗污染性能均得到显著改善;当改性剂的含量为6%且压力为0.2 MPa时,膜材料的水通量可达到146.3 L/(m²·h),其抗污染性能和截留率都相对较好。通过分子氨化改性能够显著改善聚醚砜膜的亲水性和抗污染能力。