本期目录

2020年, 第51卷, 第1期　刊出日期：2020-01-30
  

  • 全选
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    热点·关注(2019年度重庆市出版专项资金资助项目)
  • Tb3+掺杂ZnMoO4@SiO2绿色荧光材料的发光性能
    石如珠, 鞠小霞, 王海波, 周明
    功能材料. 2020, 51(1): 1001-1008. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.001
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    采用化学共沉淀法制备出可重现、结晶良好的绿色荧光粉ZnMoO4:Tb3+和SiO2包覆的具有核壳结构的sSiO2@ZnMoO4:Tb3+纳米荧光粉,考察反应物浓度、反应时间、混匀方式以及煅烧温度,煅烧时间和表面活性剂种类等的影响。结果表明,绿色荧光粉ZnMoO4:Tb3+在365 nm紫外灯下的实物照片,反滴混匀方式所制备的荧光粉发光强度更大。荧光粉ZnMoO4:Tb3+在383 nm处和493 nm处的激发峰强均为随Tb3+离子浓度的增加先增加后减少,热重分析显示绿色荧光粉的耐高温性能优良,最大热分解速率在285℃;当表面活性剂PVP添加量为5%时,荧光强度可提高22%,SiO2包覆形成的核壳结构的sSiO2@ZnMoO4:Tb3+荧光强度比荧光粉ZnMoO4:Tb3+提高了25%。
  • 可见光驱动Z-scheme g-C3N4/α-Fe2O3催化剂高效产H2
    王宇晶, 宋荷美, 张新东, 柴守宁
    功能材料. 2020, 51(1): 1009-1015. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.002
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    作为一种新型的具有可见光响应的半导体光催化剂,g-C3N4在光催化产氢领域得到了广泛的研究。然而,纯g-C3N4存在可见光响应范围较窄、光生电子-空穴复合率高、量子效率低等问题。针对纯g-C3N4的缺陷,采用简单的水热合成法制备出一种高效纳米晶胶体g-C3N4/α-Fe2O3复合材料。为了检测g-C3N4/α-Fe2O3的光催化产氢性能,将其引入以NaBH4为底液的体系中。结果表明,当Fe质量分数为1%,体系温度为30 ℃、NaBH4浓度为50 mmol/L时,产氢量为30 mL。利用PL、EIS以及PC等手段对g-C3N4/α-Fe2O3 的光电响应能力进行了分析。结果表明,g-C3N4/α-Fe2O3 复合材料具有较低的光致发光强度、较高的光电流密度和较小的电荷转移电阻,说明了光生电荷载流子的有效分离和快速转移。另外,Z-scheme电荷转移途径赋予了g-C3N4/α-Fe2O3较强的氧化能力,为光催化裂解NaBH4提供了较大的驱动力。主要意义在于对光催化产氢有一个新认识,为合理设计和构建Z型光催化剂提供参考。
  • 一种光响应SP-COOH/PAN纤维膜材料的制备及调节湿度的研究
    李春浩, 孟蕊, 倪玉强, 张策, 王帅
    功能材料. 2020, 51(1): 1016-1022. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.003
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    通过物理掺杂将N-羧基螺吡喃(SP-COOH)与聚丙烯腈(PAN)混合,并利用静电纺丝技术制备了一种新型光响应调节湿度的SP-COOH/PAN纤维膜材料。利用螺吡喃的光致异构化的特性,使电纺薄膜的润湿性和周围湿度可以通过紫外-可见光的交替照射来可逆地调节。在紫外光照射下,会使螺C-O键断裂,此时螺吡喃分子呈现开环的、有颜色的极性分子,与水分子容易形成静电吸引;而在可见光照射下,螺C-O键重新结合,此时呈现了一种闭环的、无色的非极性分子,与水分子的吸引减弱。通过这种功能分子极性的变化可以可逆的操纵材料表面的润湿性,进而应用于周围环境湿度的调节。研究结果表明,在紫外-可见光交替照射下纤维膜表面的润湿性的变化范围和对周围湿度的调节范围呈现正向关系,并均随着SP-COOH的掺杂量增多而变大,当SP-COOH的掺杂量为10%时,材料表面润湿性可变化约16°,湿度调节范围约为±6%。另外,静电纺丝技术是一种简单、易操作、可实现大面积生产的制备膜的方法,这些优点有利于该类膜材料应用于实际生活。
  • 抗菌疏水棉织物的制备及性能研究
    钱逢宜, 李蓉, 任学宏
    功能材料. 2020, 51(1): 1023-1027. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.004
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    将卤胺化合物GHAPA和无氟疏水剂REPELLAN FF共浴整理棉织物,通过轧烘焙工艺制备出一种具有抗菌疏水性能的棉织物。探究了焙烘温度、浓度对织物含氯量和接触角的影响,确定出最佳整理工艺。采用SEM、FT-IR对整理后的棉织物进行表征,测试分析了整理后棉织物的强力、疏水性及抗菌性能。结果表明经过整理后织物的疏水角能够达到136°,具有良好的疏水性能;抗菌测试结果表明氯化后的棉织物具有优异的抗菌性能,在5 min内可杀死全部金黄色葡萄球菌,30 min内可杀死全部大肠杆菌。
  • 紫外光催化桐酸甲酯D-A反应产物的制备及应用
    周闯, 张利, 李普旺, 何祖宇, 王超, 杨艳, 刘运浩, 焦静, 杨子明
    功能材料. 2020, 51(1): 1028-1034. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.005
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    本文首先将桐油与甲醇经过酯交换反应制备桐酸甲酯,然后以阳离子光引发剂为催化剂,在紫外光的条件下,与马来酸酐发生D-A反应制备桐酸甲酯-马来酸酐加合物,并通过红外光谱、紫外光谱、核磁氢谱对其结构进行表征。最后将桐马酸酐加合物应用于聚氨酯涂料中,研究光引发剂、活性稀释剂、以及桐马酸酐对涂膜性能的影响。实验结果表明,以TPO为光引发剂,HDDA做活性稀释剂,TPO添加量为5%,桐马酸酐(ME-MA)添加量为20%时,涂膜的综合性能最好,凝胶率高达96.5%,拉伸强度可达11.3Mpa,断裂伸长率可达23.2%。
    • 综述·进展
  • 三维微观组织模拟及其表征分析技术的研究进展
    李伟, 楚志兵, 王环珠, 李玉贵, 帅美荣, 苏辉, 薛春
    功能材料. 2020, 51(1): 1035-1042. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.006
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    多晶材料的微观组织结构在一定程度上决定了其宏观力学性能,微观组织的三维仿真及其表征对于预测和研究材料内部真实组织结构及其演化规律具有重要的意义。本文对目前常用的三维模拟方法与表征技术在材料科学领域的应用进行了总结,叙述了目前常用的几种三维模拟方法及表征技术的基本原理,并对其最新研究进展、研究热点以及难点进行了分析,提出了未来在材料科学领域中的研究内容与方向。
  • 聚苯胺基导电可降解聚合物在组织工程中的研究进展
    刘荣涛, 肖天华, 庞贻宇, 李达, 廖松义, 闵永刚
    功能材料. 2020, 51(1): 1043-1048. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.007
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    聚苯胺在电刺激下可调节细胞活性,促进细胞的黏附、生长和分化而备受关注。聚苯胺基导电可降解聚合物支架具有良好的电活性、生物相容性和可降解性,满足实际使用要求。研究支架降解速率与新组织形成之间的拟合是组织工程面临的挑战,对促进组织生长和愈合有着深远的意义。介绍了聚苯胺基导电可降解聚合物研究现状和发展方向,展望了导电可降解高聚合物在组织工程领域中的发展前景。
  • 钛酸锶光催化材料研究进展
    李鹏伟, 崔峻豪, 葛岩峰, 王建省, 曾雄丰, 赵英娜
    功能材料. 2020, 51(1): 1049-1054. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.008
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    近年来,钙钛矿型化合物以其特有的结构在光催化领域成为国内外研究的热点。钛酸锶(SrTiO3)是一种典型的钙钛矿型复合氧化物,具有稳定性高、无毒性,载流子迁移率高,光催化活性高等特点,作为半导体有低阻的电子运输结构和对小分子高效的氧化还原能力,是一种极具开发潜力和应用前景的光催化材料。主要介绍了SrTiO3材料的结构、制备方法与光催化机理,并对近年来SrTiO3在光催化领域的改性研究进行综述。最后在现有研究成果的基础上,对SrTiO3光催化材料的未来发展动向进行简要分析,有助于研究者取得进一步突破。
  • 金属锂负极的关键技术与研究进展
    罗雨, 何国强
    功能材料. 2020, 51(1): 1055-1062. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.009
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    综述了近几年科研工作者基于金属锂负极本身的改性的最新研究进展。金属锂的理论质量比容量达3 860 mAh/g,密度为0.534 g/cm3,标准还原电位为-3.045 V,这些优势使得金属锂成为下一代理想的锂二次电池(如锂硫、锂空气电池等)的负极材料。然而,锂离子的不均匀沉积导致的锂枝晶生长、体积膨胀及其随之带来的电池安全隐患和循环寿命的降低等缺陷严重困扰着金属锂电池的发展。本文从机械地增加锂负极的表面积、锂合金负极及混合锂负极、锂负极表面层以及二维三维基底四个方面对金属锂负极的改性进行分析。最后提出要实现金属锂电池的产业化,应从解决锂枝晶和体积膨胀两个方面,通过结合不同改性方法进行研究探索。
    • 研究·开发
  • 极端电场环境激励下的VO2相变性能研究与应用
    何长安, 王庆国, 曲兆明, 孙肖宁, 邹俊, 杨鸿鸣, 娄华康
    功能材料. 2020, 51(1): 1063-1068. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.010
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    为揭示VXOY薄膜场致相变规律,推广钒氧化物应用于卫星控制系统,指导氧化钒规模制备,将磁控溅射法和真空退火工艺相结合,在Al2O3陶瓷基片上制备出VXOY薄膜,降低了实验对仪器精度的要求,提高了实验的成功率。对基片进行磁控溅射镀膜,在管式炉中进一步氧化处理生成表面均匀的V2O5,然后进行高温退火处理,对不同退火条件下的生成的薄膜进行了XRD表征。测得了电场激励下VXOY薄膜的相变现象,验证了电场激励下焦耳热并非薄膜相变的主导因素;总结了不同组分下VXOY薄膜的相变规律,研究了不同V6O13含量对VO2薄膜临界相变电压的影响规律,可指导VXOY薄膜应用于微纳卫星等极端环境下的设备控制系统。
  • 老化沥青砂浆损伤愈合性能研究
    崔亚楠, 敖日其楞, 于庆年
    功能材料. 2020, 51(1): 1069-1074. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.011
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    为研究老化作用对基质沥青砂浆和SBS改性沥青砂浆损伤自愈性能的影响,从内部条件和外部环境两方面,选取不同的影响因素,进行四因素三水平的正交试验设计,采用UTM-100万能试验机对两种沥青砂浆进行损伤—愈合—再损伤试验,选取破坏应变和断裂韧性作为自愈合评价指标对其进行分析。试验结果表明:以破坏应变作为愈合指标评价基质沥青砂浆的愈合性能不够准确全面,而断裂韧性能更合理的呈现两种沥青砂浆在不同条件下的愈合规律和差异;在4个影响因素中,老化程度对两种沥青砂浆损伤愈合影响最大;在相同的试验条件下,SBS改性沥青砂浆有较好的抗疲劳和抗开裂的能力,而与基质沥青砂浆相比愈合效果不明显,愈合温度、愈合时间、老化程度、损伤程度四个影响因素下基质沥青砂浆拥有更好的愈合能力。
  • 磷石膏/粉煤灰/CaO复合材料对氧化石蜡皂的光催化吸附
    贾子龙, 刘志红
    功能材料. 2020, 51(1): 1075-1081. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.012
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    利用磷石膏、粉煤灰、氧化钙作为吸附剂原料,CeO2分析纯作为吸附过程的光催化助剂,试验使用紫外线除菌灯为试验提供光催化环境,试验证明:在磷石膏\粉煤灰\CaO掺比为1∶1∶2的前提条件下,加入10 mg的CeO2助剂,并在紫外线除菌灯1 h的照射下对氧化石蜡皂的吸附率达到了88.10%。试验使用FT IR、SEM对吸附前后的样品进行表征,并研究了pH值、温度、CeO2助剂的添加量、吸附质浓度、吸附时间对吸附过程的影响;结果表明:吸附较优的条件为pH在7~12,CeO2助剂添加量为20 mg;吸附平衡时间为2 h;平衡吸附量为119.51 mg/g;平衡时的吸附率达94%;等温吸附线符合Langmuir等温吸附模型,吸附动力学遵循准二级吸附动力学方程。
  • X射线荧光粉Gd2O2S:Pr,Ce的固相合成及发光性能研究
    魏国良, 尹邦跃, 屈哲昊, 郑新海
    功能材料. 2020, 51(1): 1082-1087. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.013
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    采用草酸铵共沉淀法实现在Gd2O3中掺杂Pr和Ce,以此为原料,硫粉为硫化剂,无水Na2CO3为助熔剂,1 000 ℃真空固相合成了Gd2O2S:Pr和Gd2O2S:Pr,Ce粉末。采用XRD确认了反应产物为目标产物,制备的Gd2O2S:Pr为六方晶系单一相,粉末粒度分布1~10 μm,在313 nm的紫外光激发下,主发射峰位于511 nm,属于Pr3+的3P0→3H4 跃迁。主发射光强度随Pr3+的含量变化而改变,当Pr3+的含量在0.80%时主发射光强度最大。添加Ce3+可以明显降低Gd2O2S:Pr的荧光余辉,但同时也降低了发射光强度,Ce3+的添加量要在余辉控制,荧光光强和闪烁体使用寿命三者间平衡选择。
  • 低温烧结BIT掺杂NiCoZn铁氧体及高频EMI抑制性能研究
    雷鹏, 凌味未, 张婉婷, 李元勋, 苏桦, 张怀武
    功能材料. 2020, 51(1): 1088-1093. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.014
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    高频高Q的NiCoZn铁氧体可作为关键材料应用于EMI(electromagnetic Interference)滤波器,但高烧结温度限制了其与目前主流的LTCC(low temperature Co-fired ceramic)无源集成技术的结合。本文制备了一系列低温烧结(900 ℃)的Bi4Ti3O12(BIT)掺杂NiCoZn铁氧体,分析了掺杂量变化对关键性能的影响,并与高温烧结(1 100 ℃)的未掺杂NiCoZn铁氧体进行了对比。其中,6%(质量分数)BIT掺杂的铁氧体可以在大幅降低烧结温度的同时得到和高温烧结铁氧体相近的磁导率。进一步,研究了两类铁氧体制作的滤波器的高频EMI抑制性能,发现两种滤波器都能在2~40 MHz的频带内表现出优异的噪声抑制性能。在部分频段,BIT掺杂铁氧体作差模电感的滤波器对差模噪声抑制能力更强,在结合LTCC集成技术开发高性能EMI器件方面表现出很好的潜力。
  • 葡萄糖醛酸功能化双介孔硅对胆红素的高效吸附研究
    肖文香, 张萌汇, 邓聪敏, 刘子卓, 李华
    功能材料. 2020, 51(1): 1094-1099. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.015
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    胆红素是由衰老及异常红细胞被吞噬、血红蛋白分解代谢产生的一种生物活性物质。采用具有小孔径和较大孔径两种介孔孔道的双介孔硅作为基底材料,并用葡萄糖醛酸对双介孔硅进行功能化,以实现对胆红素的选择性吸附。研究了吸附时间、温度、初始浓度、血清蛋白、离子强度对胆红素吸附的影响。实验结果表明,葡萄糖醛酸化双介孔硅对胆红素的吸附快速、高效,吸附平衡为15 min,最大吸附量为(246.7±8.3)mg/g, 血清蛋白的存在对胆红素吸附的影响不大。胆红素吸附符合二级吸附动力学模型和Langmuir等温吸附模型。
  • 纳米碳化硅改善CPS/PAN相变复合纤维膜的传热速率
    柯惠珍, 李永贵
    功能材料. 2020, 51(1): 1100-1104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.016
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以不同质量比例的聚丙烯腈/纳米碳化硅(PAN/SiC)复合纤维膜为支撑材料,以癸酸-棕榈酸-硬脂酸(CPS)三元低共熔物为固-液相变材料,通过物理吸附法制备CPS/PAN/SiC定形相变复合纤维膜。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)和传热测试装置研究不同含量纳米SiC对定形相变复合纤维膜的形貌特征、储热性能、热能储存和释放速率的影响。SEM图像显示负载不同含量纳米SiC对CPS/PAN/SiC定形相变复合纤维膜的形貌结构没有显著影响。DSC测试结果表明随着支撑纤维膜中SiC颗粒含量的增加,定形相变复合纤维膜的相变温度和相变焓值没有明显变化。根据传热测试数据显示随着纳米SiC含量的增加,定形相变复合纤维膜的融化与结晶时间显著缩短了约20%~46%。
  • 边界条件对多孔材料声学参数测试的影响研究
    熊鑫忠, 刘学文, 吴量, 庞金祥, 张和伟
    功能材料. 2020, 51(1): 1105-1108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.017
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    多孔材料声学特征参数测试前需要采用机械切割方法和样品容器匹配,然而切割后的材料边缘不能完全和样品容器匹配,因此采用加环的方式进行处理。以三聚氰胺泡沫为例,通过控制测试材料的边界条件,测试材料的流阻率,在软件中选用合适的声学模型计算得出该材料的声学特征参数。最后将阻抗管测试得到的吸声系数与AMDesigner仿真得到的吸声系数进行比较。结果显示,加两个环后仿真得到的值与测试值吻合效果较好,加一个环在低频区吻合效果较好,而直接将切割得到的材料进行测试效果最差。该研究可以为今后的声学材料测试研究提供指导。
  • PPy/AC电极的理化性能表征及电吸附除盐性能研究
    王玥, 李海红, 王娟, 张茜
    功能材料. 2020, 51(1): 1109-1114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.018
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    为了提高活性炭电极在电吸附去离子实验中的除盐效果,实验采用化学原位合成法对活性炭进行负载聚吡咯改性,得到聚吡咯改性活性炭(PPy/AC)并制备电极,研究PPy/AC电极在硝酸钾溶液中的电吸附除盐性能。利用SEM、接触角测试仪、CV、EIS和GCD等多种表征手段分析改性前后活性炭电极的理化性质和电化学特性。结果表明,改性之后,活性炭电极的平均接触角从85.7°减小到60.45°,润湿性变好;比电容由89.66 F/g增加到283.5 F/g,提高了68.37%;电极的导电性变好,电阻变低,离子扩散属于半无限扩散过程;经过100次循环伏安测试后,比电容仅降低了20%,电极具有较好的循环稳定性和再生性。
  • 氢氧化钙的固碳功能性研究-CO2浓度与碳化时间的影响
    沈鹤鸣, 吴灿彬, 李志华, 张聪
    功能材料. 2020, 51(1): 1115-1119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.019
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    矿物固碳是降低大气中CO2浓度的有效方法之一,但是目前大量的研究集中于提高矿物固碳效率,而忽略了碳化产物的二次利用问题。本文采用氢氧化钙固碳,研究了CO2浓度和碳化时间对碳化速率以及碳化产物强度的影响。研究发现,在相同CO2浓度下,氢氧化钙碳化速率随碳化时间的延长而逐渐提高;随着CO2浓度的增加,氢氧化钙的碳化速度不断增大;随碳化时间的延长,碳化产物的强度不断提高,但是当碳化时间超过24 h后,碳化产物的强度明显下降。高浓度CO2环境对氢氧化钙碳化产物的强度发展不利,随CO2浓度的增加碳化产物的强度逐渐降低。通过SEM、EDS和XRD分析发现,随着碳化时间的延长,氢氧化钙表面形成方解石型碳酸钙层,阻碍了碳化进程;当碳化时间达到28 d时,由于碳酸钙层的胀裂,碳化产物的强度出现明显下降。
  • 碳酸钙晶须对混杂纤维增强高延性水泥基复合材料力学性能的影响
    夏超凡, 李志华, 张聪
    功能材料. 2020, 51(1): 1120-1125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.020
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    为了探究碳酸钙晶须对钢纤维/PVA混杂纤维增强高延性水泥基复合材料(HyFRHDCC)力学性能的影响,利用2%体积掺量的廉价碳酸钙晶须替代部分纤维,研究了不同纤维掺量HyFRHDCC的压缩性能和拉伸性能,利用扫描电子显微镜观察了HyFRHDCC的微观结构。研究结果表明,引入碳酸钙晶须能够提高HyFRHDCC的初裂拉伸应变和峰前压缩韧性;在1.5% PVA+0.25%钢纤维HyFRHDCC中掺入2%碳酸钙晶须可以改善材料的拉伸性能;当PVA纤维减少至1%时,HyFRHDCC出现了明显的应变软化行为。微观形貌分析发现,碳酸钙晶须能够通过裂纹偏转、晶须拔出以及裂缝桥联等微观机制改善HyFRHDCC的应变硬化行为。
  • 基于BP神经网络模型的Ni-SiC纳米镀层耐磨性能预测研究
    李心源, 马春阳, 赵旭东
    功能材料. 2020, 51(1): 1126-1130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.021
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    采用神经网络技术,构建结构为3×8×1型的BP神经网络模型,并利用该模型对超声电沉积Ni-SiC纳米镀层的耐磨性能进行预测。通过磨损试验测试并研究Ni-SiC纳米镀层的耐磨性能,利用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)观察不同参数下Ni-SiC纳米镀层的组织结构及成分。结果表明,在BP神经网络模型的隐含层数和神经元数分别为1和8时,该BP神经网络模型的均方根误差最小,其最小值为1.24%。该BP神经网络模型的预测值与实验值相差不大,其最大误差为1.51%。当采用SiC粒子浓度8 g/L、电流密度2 A/dm2、温度40 ℃时,SiC粒子均匀分布于Ni-SiC纳米镀层中,且镀层镍晶粒显著细化,其镍晶粒的衍射峰变宽、变矮。
  • 定向凝固TWIP钢的微观组织及力学行为
    汪聃, 王新福
    功能材料. 2020, 51(1): 1131-1135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.022
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    利用液态金属冷却定向凝固技术,获得了柱晶TWIP钢试样,并对比研究了传统等轴晶与柱晶TWIP组织特征、基本力学行为及应变率敏感性。结果表明,定向凝固TWIP试样随着抽拉速率的减小枝晶间距增加,晶粒形貌简化。与传统试样相比,定向凝固试样沿着柱状晶纵向的综合力学性能明显提高,其中抽拉速率为120 μm/s试样断裂延伸率及强塑积分别提高了30%及22.8%,两者的延伸率及强塑积随着应变率的增加均有所降低,而后者对应变率变化敏感性更低,意味着材料在遭受高速碰撞或冲击时,定向凝固试样仍能保持较高的能量吸收特性。
  • 生物质碳源制备锂离子电池正极材料Na2MnPO4F/C及其电化学性能研究
    李伟, 刘峥, 艾慧婷, 周含子, 吕奕菊, 张淑芬
    功能材料. 2020, 51(1): 1136-1142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    本文以甘蔗渣作为生物质碳源制备Na2MnPO4F/C正极材料。通过球磨法及原位热解法制备Na2MnPO4F/C正极材料,利用拉曼光谱对正极材料制备条件进行表征分析,得出Na2MnPO4F/C最佳制备条件为碳源用量15%、煅烧温度600 ℃。利用XRD、SEM、EDS、电化学测量技术等手段对材料进行表征分析,结果表明,材料结晶性良好,碳材料很好地包覆在Na2MnPO4F聚氟阴离子材料表面,并且不影响材料结构。组装成纽扣电池,进行电化学性能测试。结果表明Na2MnPO4F/C材料电化学性能优于Na2MnPO4F材料,在0.1C下,Na2MnPO4F/C材料首圈放电比容量为8.71 m Ah/g,而Na2MnPO4F材料首圈放电比容量为1.94 m Ah/g,通过原位热解法进行碳包覆能有效的提高材料的电子电导性,增加容量。
  • 镨砷铁三元系高温产物及相互作用机理研究
    罗锦校, 黄润, 付成辉, 李玉莲, 张金柱
    功能材料. 2020, 51(1): 1143-1147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    研究将镨、砷按不同原子比密封在工业纯铁缸体内,按一定升温程序升温到1 273 K并保温20 h。再通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜能谱分析等手段,探究Pr-As-Fe在高温的相互作用。结果表明:二元化合物PrAs和Fe2As以及饱和砷的α-Fe固溶体为Pr-As-Fe高温相互作用的主要生成物,同时伴有少量Fe17Pr2化合物的生成。增加原子比,PrAs量随着减少,Fe2As和饱和砷的α-Fe固溶体量增加。Pr-As-Fe三元高温体系中,砷原子的量影响铁原子的扩散,铁原子的扩散量随着比例的增加而增加。
  • 烧结温度对单管式黄土陶瓷支撑体性能的影响
    周广瑞, 同帜, 刘婷, 王佳悦, 闫笑
    功能材料. 2020, 51(1): 1148-1154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以中值粒径为38.78 μm的洛川黄土为骨料,采用滚压成型法和固态粒子烧结法制备单管式黄土基陶瓷膜支撑体。探究烧结温度对黄土陶瓷支撑体性能的影响。通过热重分析、三点弯曲法、压汞法、自制装置、质量损失法、X-射线衍射、扫描电镜对单管式黄土基陶瓷膜支撑体的热稳定性、抗折强度、孔隙率、纯水通量、耐酸碱度、晶相组成的分析及表面形貌的观察对支撑体进行了表征。研究表明,烧结温度确实能影响黄土陶瓷支撑体的性能;当烧结温度为1 100 ℃时,支撑体的表面光滑,孔隙率达到了20.08%、抗折强度为32.46 MPa、纯水渗透率为893 L/(m2·h·MPa)、酸碱腐蚀重量损失率为0.42%与0.24%,平均孔径和中值孔径分别为4.68、2.68 μm。在此烧结温度下可生产出成本合理、效果优良的陶瓷膜支撑体。
  • 一种超声波透声复合材料的研究
    赵喜桢, 肖国庆
    功能材料. 2020, 51(1): 1155-1159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    本文研究了一种超声波透声复合材料,以环氧树脂作为胶粘材料,添加声阻抗较小的金属粉末提高超声波的透声性能,添加液体橡胶CTBN增韧改性,添加硫醇类固化及脂肪胺促进剂缩短固化时间,研究出一种具有良好胶粘性、良好韧性、固化时间短、超声波透过性强的功能性复合材料。为整治钢轨病害遗留轨缝造成超声波断轨实时监测系统传输通道被截断,无法发挥监测功能的问题提供了解决思路。
    • 工艺·技术
  • 碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料的制备及性能研究
    刘科, 钟志成, 曹静
    功能材料. 2020, 51(1): 1160-1164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    柔性超级电容器作为一种储能器件,具有功率密度高、充电时间短、循环寿命长、比电容高等优点,可满足可穿戴器件的需求,而柔性电极材料是决定柔性超级电容器发展的关键因素,它决定着电容器的主要性能指标。采用混纺的方法制备了碳纤维含量为20%(质量分数)的碳纤维/棉纤维混纺纱线,然后通过电化学沉积法在碳纤维/棉纤维混纺纱线上生长聚吡咯颗粒,成功制备了20%(质量分数)碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料。利用扫描电子显微镜、拉曼光谱分析仪和电化学工作站研究了复合材料的形貌、聚吡咯沉积情况以及复合材料的电容性能。结果表明,20%(质量分数)碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料中,聚吡咯颗粒直径为30～60 nm,且沉积均匀,化学活性较高;在1.02 mA/cm2电流密度下,复合材料的最大比电容达到1.28 F/cm2,其高比电容归因于电极的独特结构;复合材料具有良好的柔韧性、机械稳定性和充放电循环寿命,其经过6 000次弯曲循环后,电容保持率仍有80%以上,可以用作柔性可穿戴超级电容器的电极材料。
  • 面状导电纸的研制
    李红斌, 房桂干, 韩善明, 焦健
    功能材料. 2020, 51(1): 1165-1170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.028
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    针对面状导电纸通电加热后普遍存在的发热不均匀,易产生局部过热导致发热纸疲劳损耗的现象,开展了高均匀性碳纤维纸张制备的研究,通过调整植物纤维长度、碳纤维长度、加入分散剂等方式改善纸张匀度,使其发热均匀。研究结果表明,为了获得匀度相对较好的碳纤维纸,植物纤维纸浆适宜的打浆度选择45～50° SR区间;在碳纤维含量在5%时,碳纤维纸张的耐破指数不低于5 kPa·m2/g,撕裂指数均大于8.0 mN·m2/g,抗张指数均大于60.00 N·m/g;加入4 mm碳纤维的条件下,匀度指数较大,即纸张匀度较好;当碳纤维加入量在5%时,并且相同电压的条件下,当碳纤维含量由5%增加到10%时,电阻值骤降,继续增加碳纤维含量,纸页的电阻值降低的趋势减缓;研究成果可为碳纤维纸张寿命的评估及在实际应用提供有效的理论支撑。
  • 多孔Ni-Mn-Ga-Co磁性形状记忆合金的制备及磁学特性研究
    林宗德, 张云鹏
    功能材料. 2020, 51(1): 1171-1175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.029
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    首先采用球磨法制备了不同粒度的Ni-Mn-Ga-Co合金粉末,然后通过3D打印技术成功制备了泡沫结构的多孔Ni-Mn-Ga-Co磁性形状记忆合金。利用SEM、DSC和XRD等研究了合金的微观组织特征、物相结构、相变特性和相关的磁性行为。结果表明,球磨后经过分筛得到的不同粒径尺寸的合金粉末均为不规则形状。Ni-Mn-Ga-Co合金粉末在室温下为非调制四方马氏体结构,其特征峰十分明显。Ni-Mn-Ga-Co合金的DSC曲线上出现宽峰相变,添加Co元素对马氏体转变温度开始值(Ms)基本没有影响,但其居里温度(Tc)有显著的提高。采用粒径为50～100 μm的合金粉末烧结制备的磁性合金,饱和磁化强度最大可达68 Am2/kg。合金粉末粒径越小,烧结制备的多孔Ni-Mn-Ga-Co磁性形状记忆合金致密度越高。当合金粉末粒径<50 μm时,致密度可达90%;当合金粉末粒径为50～100 μm时,致密度仅为75%。相较于粒径较小的合金粉末,粒径较大的合金粉末制备的磁性合金磁感生应变能力更高,这是由于泡沫结构能够有效减少内部和外部的约束,从而有利于提高磁场诱导应变。
  • 三元固溶体合金的结构和氢渗透性能
    唐金亮, 王仲民, 严晓锋, 王凤, 姚青荣, 邓健秋, 周怀营
    功能材料. 2020, 51(1): 1176-1181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.030
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    合金化是改善Nb金属氢脆问题的有效途径。本文制备了Nb90W5M5三元(M=Co, Ni, Mo, Ti)合金,利用XRD、SEM、PCT、电化学测试和三点弯曲试验研究其相结构、氢化物形成焓、氢扩散系数和机械力学性能。研究证实,Nb90W5M5(M=Co, Ni, Mo, Ti)均为Nb基固溶体结构(Nb-bcc),受原子半径的影响,Nb90W5M5三元合金均有不同程度的晶格畸变现象。Nb90W5Co5合金的晶胞体积畸变收缩明显、晶格点阵常数最小,在Nb基固溶体的晶界和晶内缺陷处有富Co的NbCo化合物固溶组织析出。Nb90W5Co5合金具有低的氢化物形成焓绝对值(-22.3 kJ/mol)、高的氢扩散系数(1.57×10-9 cm2/s)、高临界载荷(78.4 N),表现出良好的抗弯力学性能和氢渗透性能,这与其多元掺杂导致的微观结构特征有关。
  • 基于SLS的高强度低密石墨陶瓷复合隔热材料快速制备
    吴海华, 任超群, 陈奎, 孙瑜, 李亚峰, 黄才华, 叶永盛
    功能材料. 2020, 51(1): 1182-1188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.031
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    本文率先利用选择性激光烧结技术快速制备了高强度石墨陶瓷复合隔热材料,重点研究了二次固化、真空压力浸渍、碳化和高温烧结等后处理工艺以及材料配方组成对其密度、抗压强度和导热系数的影响。研究发现加入适量的硅粉和可膨胀石墨可以对石墨陶瓷复合隔热材料的密度、抗压强度和导热系数进行调控,采取合适后处理工艺路线可以改变石墨陶瓷复合隔热材料的综合性能。最终实现了低密度(＜1.2 g/cm3)、高抗压强度(＞10 MPa)、低的导热系数(＜2 W/(m·K))和耐高温(＞1 650 ℃)等多个性能指标的统一,满足了工业应用需求。
  • 氮掺杂SrTiO3/TiO2纳米棒异质结的制备及光催化活性
    李雨遥, 李治, 王云芸, 张翼飞, 曹晓雨, 桂嘉悦, 冯波, 段可, 周杰
    功能材料. 2020, 51(1): 1189-1195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    通过水热反应和直接浸渍法在FTO导电玻璃上制备得到了高度有序的氮掺杂SrTiO3/TiO2纳米棒异质结阵列(N-STO/TNR),利用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对其表面形貌,晶体结构和元素价态进行了分析。同时,采用荧光光谱(FL)、紫外可见漫反射光谱(UV-DRS),电化学阻抗谱(EIS)和莫特肖特基(MS)对异质结的光电性能进行了测试。最后以甲基橙为模拟污染物,考察了异质结材料在可见光下的光催化活性。结果表明,SrTiO3/TiO2异质结构能有效的分离光生载流子,同时N元素的掺杂将异质结的光谱响应范围扩展到可见光区,得益于半导体复合和能级修饰策略的协同增强效应,N-STO/TNR展现出优异的光电性能,N-STO/TNR的光催化效率是未改性的TNR样品的5.7倍。
  • 纤维素纳米晶/环氧树脂复合材料的制备及性能研究
    卢琳娜, 李永贵, 卢麒麟
    功能材料. 2020, 51(1): 1196-1201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以过硫酸铵氧化微晶纤维素得到纤维素纳米晶(CNC),与二乙烯三胺在N,N-二甲基甲酰胺(DFM)中发生缩合接枝反应,制备胺化纤维素纳米晶(ACNC)。采用溶液共混法,分别将CNC和ACNC与环氧树脂复合得到纤维素纳米晶/环氧树脂复合膜,纤维素纳米晶不仅起到增强剂的作用,还起到固化交联剂的作用,进而改善环氧树脂的性能。利用万能力学试验机、动态热机械性能、环境扫描电子显微镜、热重分析等对复合材料的性能加以表征分析。结果证明,当CNC和ACNC的添加量均为0.1%时,环氧树脂复合膜的机械强度最大;纤维素纳米晶的加入不仅能够提高环氧树脂的力学性能,还能显著改善其柔韧性,ACNC对环氧树脂复合膜的增强作用高于CNC,CNC的增韧作用强于ACNC。
  • 溶解浆纤维增强缓冲材料的制备及其性能研究
    马泽玉, 孔维炜, 李慜恒, 张东玮, 石岩
    功能材料. 2020, 51(1): 1202-1206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.034
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    随着日益增长的环保要求,来源于植物源的可降解缓冲包装材料的使用和开发引起了广泛的关注。鉴于此,本文以3种不同植物源的商业溶解浆为原料,基于其在NaOH/尿素水溶液中的溶解,通过模塑成型-再生进行了溶解浆纤维增强缓冲包装材料的制备研究。通过模塑成型材料干燥前后径向与厚度方向尺寸的测量,比较了不同助剂制备的缓冲材料的径向收缩率与厚度方向的收缩率,借助扫描电镜观察了制备的材料的断面形貌,通过拉伸试验绘制应力-应变曲线来分析浆纤维缓冲材料的力学性能,通过振动缓冲性能测试比较了制备的材料的振动缓冲性能。结果表明在7%NaOH/12%尿素水溶液中溶解和在99.5%CH3COOH中再生制备的材料比较柔软、再生容易。另外阔叶木溶解浆纤维制备的缓冲材料较硬,针叶木溶解浆纤维制备的缓冲材料和添加淀粉的竹溶解浆纤维制备的缓冲材料具备一定的振动缓冲性能。添加淀粉制备的竹溶解浆纤维缓冲材料的径向收缩率和厚度方向收缩率都是较小的,且有35%的延伸率。
  • 铝灰渣与废盐酸制备聚合氯化铝的试验研究
    杜凯峰, 吕帅帅, 倪红军, 汪兴兴, 陈林飞, 李志扬
    功能材料. 2020, 51(1): 1207-1213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.035
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以铝灰渣和废盐酸为原料,通过酸溶法制备聚合氯化铝,考察了原料配比、反应温度、反应时间、熟化温度、熟化时间等因素对聚合氯化铝性能的影响,并对最佳工艺参数条件下制备的聚合氯化铝进行红外光谱分析。结果表明,铝灰渣和废盐酸制备聚合氯化铝的最佳工艺参数为:原料配比为m∶V1∶V2=20∶55∶80,反应温度为85 ℃,反应时间为3.5 h,熟化温度为80 ℃,熟化时间为42 h;在此条件下,制备的聚合氯化铝中氧化铝质量分数为8.15％,盐基度为35.6％;红外光谱分析表明合成的聚合氯化铝中存在聚合态铝和羟基结构。
  • 石墨烯季戊四醇相变复合材料导热性能的分子动力学研究
    宫薛菲, 杨启容, 姚尔人, 刘亭, 官云许, 张远
    功能材料. 2020, 51(1): 1214-1220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.01.036
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    低导热是限制储能材料实际应用的一大缺点,具有极高导热系数的石墨烯可作为导热填料有效改善储能材料的导热性能。本文通过反向非平衡分子动力学的方法,借助Materials Studio软件,模拟研究了石墨烯(GE)质量分数为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%的石墨烯/季戊四醇(GE/PE)固-固相变复合材料的导热性能和内部相互作用。结果表明:石墨烯的添加可有效提升季戊四醇的导热性能,随着GE质量分数的增加,GE/PE复合相变材料的导热率、界面热导以及相互作用能均逐渐增大,且趋势幅度相一致,材料整体导热系数的增加归因于石墨烯结构的变化。本文可为石墨烯改善季戊四醇导热性的实验研究提供指导。
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