本期目录

2020年, 第51卷, 第2期　刊出日期：2020-02-29
  

  • 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)
  • 高导热导电CR/NR/碳纤维复合材料性能研究
    林广义, 吕宁宁, 于博全, 王宏, 于凯本
    功能材料. 2020, 51(2): 2001-2006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.001
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    用气相沉积法对碳纤维表面进行处理,研究了高性能碳纤维(CF)在氯丁橡胶(CR)和天然橡胶(NR)复合材料中的流变性能、加工性能、物理机械性能、导电性、导热性、耐老化性和抗疲劳性等性能。通过电子显微镜(SEM)表征分散效果。结果表明,随着CF用量的增加,橡胶复合材料的硫化时间缩短,抗拉强度提高了18%,抗疲劳性提高了19%; 添加3phr CF分散性最好,硫化胶的物理力学性能最佳。CF用量增加,导热性和导电性增强。
  • 高温作用对混杂纤维增强高延性水泥基复合材料拉伸性能的影响
    张聪, 夏超凡, 袁振, 李志华
    功能材料. 2020, 51(2): 2007-2013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.002
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    高温是高延性水泥基复合材料(HDCC)在使用阶段可能遇到的最不利工况之一,但是目前对于HDCC高温性能的研究较为有限。对比研究了聚乙烯醇(PVA)纤维HDCC材料(PVA-HDCC)、钢纤维/PVA纤维混杂HDCC材料(HyHDCC-A)以及钢纤维/PVA纤维/碳酸钙晶须混杂HDCC材料(HyHDCC-B)在常温以及200、400、600和800 ℃高温作用后的拉伸性能。研究发现,常温下利用钢纤维等量替代PVA纤维将劣化PVA-HDCC的拉伸应变硬化能力,而引入碳酸钙晶须适量替代PVA纤维可以提高材料的拉伸强度、拉伸韧性,改善其应变硬化行为。高温对PVA-HDCC、HyHDCC-A与HyHDCC-B的拉伸强度和拉伸韧性均有明显的劣化作用,高温作用后均已不具备拉伸应变硬化能力;PVA-HDCC的拉伸强度与拉伸韧性随温度呈指数型衰减,钢纤维可以减缓HyHDCC-A与HyHDCC-B拉伸强度与拉伸韧性的衰减速率;碳酸钙晶须虽然可以提高HyHDCC-B高温作用后的拉伸强度值和拉伸韧性值,但并没有进一步减缓拉伸强度和拉伸韧性随温度的衰减速率。
  • GO用量对多级孔分子筛种类及吸附性能影响
    张建民, 王楚遥, 李红玑
    功能材料. 2020, 51(2): 2014-2018. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.003
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    以凹凸棒石为硅源,四丙基氢氧化铵(TPAOH)和氧化石墨烯(GO)为模板剂,一步法合成多级孔分子筛,研究GO用量对分子筛种类、孔道结构及吸附性能的影响。通过X射线衍射分析(XRD),扫描电镜(SEM),比表面积及孔径分析仪(BET)表征合成产物种类、形貌和孔道结构。结果表明:GO用量在5-45 mg,形成了ZSM-11分子筛;当GO用量大于50 mg时,趋于ZSM-5分子筛,大于70 mg时,则破坏了分子筛晶体结构。而当GO用量为50 mg,形成的多级孔ZSM-5分子筛符合准二级动力学方程,比表面积为348.68 m2/g,介孔占比为46%,对亚甲基蓝(MB)溶液吸附效率最高为95.12%。
  • 荧光碳点的合成及其应用研究进展
    张盼, 赵顺省, 王雅坤, 杨征, 刘向荣
    功能材料. 2020, 51(2): 2019-2026. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.004
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    碳点(Carbon Dots,CDs)具有良好的体内外生物相容性、表面功能化、合成环境友好、成本低等优点,引起了国内外学者的广泛关注。本文对近年来碳点领域的研究进展,包括碳点的合成方法、性质和应用进行了总结和归纳。尤其是碳点在生物成像、光催化、电催化、发光二极管(LEDs)等领域的应用,并对碳点未来的研究方向进行了展望。
  • 纳米MoS2的制备及其催化降解有机废水的研究
    焦菲, 艾桃桃, 罗清威, 李文虎, 邹祥宇
    功能材料. 2020, 51(2): 2027-2031. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.005
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    二硫化钼(MoS2)作为一种典型的n型半导体材料,与石墨烯有着相似的层状结构。纳米级的MoS2拥有更大的比表面积、更强的吸附能力和更高的反应活性,成为了催化领域研究的热点。实验采用简单的水热溶剂法,以钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)为钼源,硫脲(CS(NH2)2)为硫源,在220 ℃反应24 h合成了花状微球结构纳米MoS2。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、比表面积测试(BET)等手段对MoS2粉末的结构和形貌进行了表征。以罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)二元混合物为探针分子对MoS2进行了光催化性能测试。结果表明:纳米MoS2具有很好的可见光催化能力,在较低初始浓度(10 mg/L)和弱酸环境(pH=5~7)下表现出较高的催化性能。在RhB-MO混合液中, RhB和MO的最高降解率分别达到71.30%和84.68%;在MB-MO混合液中, MB和MO的最高降解率分别为84.13%和76.80%。
    • 综述·进展
  • 基于超级电容器的多孔电极材料研究进展
    侯朝霞, 屈晨滢, 李建君
    功能材料. 2020, 51(2): 2032-2038. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.006
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    目前,对能源的需求急剧增加,超级电容器作为绿色储能器件备受关注。超级电容器按储能机理可分为双电层电容器及法拉第赝电容器两种。双电层电容器的电极材料主要由炭基材料组成,法拉第赝电容器的电极材料主要由导电聚合物及金属氧化物构成;炭基材料与导电聚合物或金属氧化物等复合产生的协同作用可获得更优异的电化学性能。多孔电极材料由于其大的比表面积、独特的多孔结构、多样化的组成和优异的电子导电性而引起了广泛的关注。总结了具有微观多孔结构的超级电容器材料的制备方法以及结构-性能的关系,对比指出多孔超级电容器电极材料因其更高的比表面积和孔隙率而更有利于获得高性能超级电容器。
  • 镍基纳米复合镀层的研究进展
    孟媛媛, 阚洪敏, 崔世强, 张宁, 王晓阳, 龙海波
    功能材料. 2020, 51(2): 2039-2044. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.007
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    综述了有关镍基纳米复合镀层的制备方法及每种制备方法的特点。工艺条件对镀层中纳米微粒复合量、分布情况及复合镀层性能都有重要影响。分析了表面活性剂、镀液pH值、电流密度、镀液温度对镍基纳米复合镀层的影响。介绍了镍基纳米复合镀层在几个主要领域的应用。最后通过对目前镍基纳米复合镀层研究的总结,展望了今后的研究重点及发展方向。
  • 石墨烯基材料的关键制备技术
    籍杨梅, 吴昺坤, 梁精龙
    功能材料. 2020, 51(2): 2045-2051. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.008
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    石墨烯具有优良的材料性能且应用范围广泛,石墨烯基材料的制备技术得到高度的重视。介绍了石墨烯基材料的关键制备技术,如表面功能化技术、伽马射线辐照技术、自组装技术、模板合成技术、3D打印技术和粉末冶金技术。阐述了各工艺的技术原理、制备技术和所得产物的优缺点。为更好地实现石墨烯基材料的应用价值,对接下来的研究进行了展望。
  • 环状拓扑聚合物在药物载体领域的应用
    贾娟英, 卞清, 孙魄, 申克静
    功能材料. 2020, 51(2): 2052-2060. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.009
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    环状拓扑聚合物因其独特的结构和优异的性能,被广泛应用于化学方法学、生物学、超分子自组装等领域,并发挥着越来越多的作用。主要介绍了环状拓扑结构聚合物的合成及其在药物载体领域的应用研究进展及未来的研究挑战,为促进环状拓扑材料的进一步应用提供了有力的理论向导。
    • 研究·开发
  • 基于氧化铝和蒙脱石改性的新型多功能环氧树脂纳米复合材料
    张瑞珠, 崔祥程, 王重洋, 张豪, 邵玉飞, 黄建林
    功能材料. 2020, 51(2): 2061-2066. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.010
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    将纳米氧化铝和有机蒙脱石作为填料加入到环氧树脂中,制备出了一种拥有优良性能的新型纳米材料。改性纳米氧化铝和有机蒙脱石混合均匀后加入到环氧树脂基体中,制备成纳米氧化铝/有机蒙脱石/环氧树脂复合材料。本次研究的新型多功能纳米复合材料模量和强度相较于纯环氧树脂和蒙脱石/环氧树脂复合材料分别提升了331.48%和150.8%以及140.46%和185.32%,缺口冲击强度分别提升了157.14%和127.9%,玻璃化温度和热分解温度分别提升9.7 ℃和19.3 ℃以及10.5 ℃和4.1 ℃。在多种性能上都比环氧树脂有大幅提升; 经过检测,纳米氧化铝和有机蒙脱石相互作用,纳米氧化铝和蒙脱石纳米薄层相互交错分布。证明纳米氧化铝具有促进蒙脱石薄层分散的作用,这种微观结构使新型纳米材料具有优良的性质。
  • 氯化钠对碱激发地聚物强度影响机理研究
    吕擎峰, 王子帅, 陈臆, 单小康, 谷留杨
    功能材料. 2020, 51(2): 2067-2071. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.011
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    为阐明氯化钠掺量对碱激发地聚物强度的影响和机理,以水玻璃碱激发粉煤灰基地聚物为基础,采用UCS、XRD、FTIR、SEM和物理吸附试验研究了氯化钠掺量对碱激发地聚物强度及微观结构的影响。试验结果表明氯化钠掺入碱激发地聚物中总体效果不佳;氯化钠的少量掺入会反应生成方钠石,对强度有一定的促进作用。但随着掺入量的增加,Na+离子的钝化效应导致碱激发效果下降,铝硅酸盐原料溶解受到限制,降低了地聚合反应程度;未反应的硫酸钠沉积于地聚物体系中阻碍了体系中离子迁移,并削弱了凝胶的胶结作用,致使试样中孔隙增多、孔径增大,微观结构遭到破坏,从而限制了强度的发展。
  • 类沸石咪唑酯骨架材料ZIF-67对重金属离子镉、铜和铅的吸附性能研究
    杨清香, 陈从涛, 赵翠真, 孙梦磊, 陈志军
    功能材料. 2020, 51(2): 2072-2077. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.012
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    采用室温搅拌法制备了ZIF-67材料,用X-射线粉末衍射(PXRD)、扫描电镜(SEM)、红外(FT-IR)和X射线光电子能谱分析(XPS)等分别对所制备的样品进行了结构表征。研究了该材料对水体中镉(Cd2+)、铜(Cu2+)和铅(Pb2+) 3种重金属离子的吸附性能。结果表明所制备的ZIF-67材料为十二面体结构,尺寸分布均匀,尺寸约为1.5 ~2.2 μm,其对Cd2+、Cu2+和Pb2+的平衡吸附量564.0 mg·g-1,733.8 mg·g-1和779.7 mg·g-1。在吸附时间为120 min,Cd2+、Cu2+及Pb2+离子吸附量分别为522.2 mg·g-1、734.2 mg·g-1和673.9 mg·g-1,达到平衡吸附量的百分率分别为92.6%、100.0%和86.4%。与文献已报道的重金属离子吸附材料比较,ZIF-67材料对三种重金属离子表现出优良的吸附性能。
  • 双钙钛矿氧化物La2-xSrxNiMnO6(x=0, 0.15)的电磁特性研究
    王骞, 王婷, 李晓欣, 陈金欢, 邢茹, 赵建军
    功能材料. 2020, 51(2): 2078-2085. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.013
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    采用固相反应法制备了双钙钛矿锰氧化物La2-xSrxNiMnO6(x=0, 0.15)样品。XRD测试结果表明,两个样品成相良好,属于钙钛矿晶体结构;通过磁化强度随温度变化曲线(M-T)可判定Sr掺杂导致样品铁磁性减弱,反铁磁性增强,等温磁化曲线(M-H)可进一步证实这一结论;两个样品的磁滞回线、2K下的磁滞回线的放大图和拉曼光谱测试结果可以共同说明Sr的掺杂使得系统反位无序度和反位缺陷增大、反位无序之间的反铁磁耦合增强、反铁磁性反相边界增加;同时χ-1-T曲线在居里温度附近向上背离居里-外斯定律情况有减弱的趋势,用反位缺陷与反铁磁耦合强度之间相对强弱关系的变化可以解释这一现象;掺Sr之后,LSNMO系统的FCC和FCW曲线不重合是一级相变的典型特征,用重标定曲线和Arrott曲线可以进一步证实这一现象;同时两样品的电阻率随温度变化结果表明La1.85Sr0.15NiMnO6的金属-绝缘体转变温度降低、在0和2T下测得的电阻率之间的差值增大。
  • 二元醇联结的Gemini脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯的加脂性能
    简婷, 强西怀, 周俊娇
    功能材料. 2020, 51(2): 2086-2092. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.014
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    以C16-18混合脂肪醇聚氧乙烯醚(O-3)、二元醇及三氯氧磷为原料,制备了系列O3-n-O3(n=2,4,6,10)脂肪醇醚磷酸酯Gemini表面活性剂。用IR对制备的产物进行了结构表征,将这些系列产物的钠盐应用于绵羊皮蓝湿革的加脂工序。用扫描电镜观察了O3-4-O3型Gemini脂肪醇醚磷酸酯和普通O-3磷酸单酯加脂前后绵羊皮铬鞣胶原纤维的微观形貌变化,探讨了产物结构中联结基长度对铬鞣胶原纤维的柔软度、机械强度、透水汽性、抗静电等性能的影响规律,并与普通O-3磷酸单酯做了加脂对比实验。实验结果表明:随着联结链的增长,加脂坯革的柔软度、抗静电性都很好,基本接近,机械强度呈先递增后减弱的趋势,且均优于相应的O-3磷酸单酯;透水汽性呈减弱的下降变化趋势,略差于相应的O-3磷酸单酯;其中Gemini脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯的O3-4-O3型产物的加脂效果较优。
  • 基于分子模拟聚丁二酸丁二醇酯/明胶复合材料相容性的研究
    李月茹, 张敏, 宋洁, 王蕾
    功能材料. 2020, 51(2): 2093-2100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.015
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    采用Materials Studio (MS7.0) 分子动力学模拟通过休金斯参数 (χ)、混合能计算(Emix)、内聚能密度(CED)和径向分布函数(RDF)等参数的计算,预测了聚丁二酸丁二醇酯(PBS)与明胶(GEL)、纳米明胶(GNPs)共混时的相容性。其结果表明,在一定温度、压力条件下的体系中,PBS/GNPs复合材料的Emix和χ小于PBS/GEL的Emix和χ;RDF的计算也表明了PBS与明胶之间的作用力主要是氢键和静电吸附。其次将PBS基体与不同浓度的GEL和GNPs溶液进行溶剂杂交,制备了PBS/GEL、PBS/GNPs的复合材料。使用SEM观察了GEL和GNPs在复合材料中的分散状况,并用FTIR和XPS探究了GEL、GNPs与PBS的复合杂交机理。研究结果表明:GNPs暴露-OH更容易与PBS形成氢键,具有更好的相容性,也进一步验证了分子模拟的预测。
  • 胺基改性苯乙烯树脂对Cr(VI)的吸附行为分析
    马蕴杰, 张伟, 李芊, 王绍艳
    功能材料. 2020, 51(2): 2101-2106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.016
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    以苯乙烯基吸附树脂为基质并对其进行胺基化改性,分析改性后树脂对Cr(VI) 的吸附行为,对改性树脂进行表征。表征测试结果表明:胺基化改性后树脂表面具有更丰富孔道,比表面积达到271.64 m2/g,改性树脂N元素含量达3.45%,胺基化效果理想;吸附实验结果说明:胺基改性树脂吸附平衡时间为2 h,对Cr(VI)的静力学吸附行为符合单分子层表面吸附的Langmuir等温吸附模型、动力学吸附行为符合一级动力学、吸附过程为吸热过程、胺基改性后的苯乙烯树脂对重金属离子Cr(VI) 的吸附效果理想,树脂对Cr(VI) 的吸附是树脂表面的羟基、胺基和双键共同作用的结果。改性树脂的吸附量为98.75mg/g,吸附率为93.24%,20次重复实验效果理想,相对标准偏差为0.024,树脂改性后吸附稳定性良好。实验结果表明胺基改性吸附树脂可用于水溶液中重金属离子Cr(VI) 的富集净化并具有较好的重复利用性。
  • 疏水性纤维素纳米纤丝气凝胶的制备及性能研究
    郜梦茜, 张慧, 陈甜甜, 樊丽, 温洋兵, 刘鹏涛, 刘忠
    功能材料. 2020, 51(2): 2107-2112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.017
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以TEMPO氧化纤维素纳米纤丝为原料,甲基三甲氧基硅烷为改性剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,采用溶胶凝胶法与冷冻干燥法制备出疏水纤维素纳米纤丝气凝胶。在通过对反应条件的探讨后发现,当温度为55 ℃,pH值=8,改性剂添加量为3 mL,反应时间在5 h以上时可以得到低密度(<0.03 g/cm3)、高孔隙率(>98％)的气凝胶,其接触角可达130°,吸油量达到气凝胶本身质量的18倍。
  • Fe3O4/石墨烯纳米复合材料的制备
    刘浪浪, 程少磊, 杨恒喆, 孙凤儿, 刘和平, 刘斌
    功能材料. 2020, 51(2): 2113-2116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.018
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    石墨烯由于其优异的性能被认为是理想的增强体,同时也容易发生团聚,降低材料的性能。采用高能球磨,使K2FeO4被石墨还原成Fe3O4锚定在石墨片层上,增加了磨球对石墨的剪切力,进而从石墨上剥离出石墨烯。通过控制球磨时间,得到分散的Fe3O4/石墨烯纳米复合材料。采用SEM,XRD,红外光谱等方法对复合粉末进行表征分析。结果表明经过2h球磨,获得的Fe3O4/石墨烯纳米复合材料分散性能最好,石墨烯片层数量较低。
  • 第一性原理计算Fe掺杂LiMgP新型稀磁半导体的半金属铁磁性
    陈婷, 庞军, 何红, 杜颖妍, 向朝凯, 贾倩, 刘焦, 于越, 杜成旭, 毋志民
    功能材料. 2020, 51(2): 2117-2125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.019
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    采用基于密度泛函理论的广义梯度近似平面波超软赝势法,对不同离子浓度配比的Fe掺杂LiMgP新型稀磁半导体进行结构优化,计算并分析了体系的电子结构、半金属铁磁性、重叠电荷布局及体心离子附近各离子的电参数。结果表明Fe掺杂LiMgP能够得到性能优良的半金属铁磁体,具有大的半金属能隙及可控的电磁性质,有望成为一种极具应用潜力的自旋电子学器件材料。纯LiMgP体系中化学键为极化的共价键,Fe的掺入形成了比Mg-P更强的Fe-P共价键,表现出优异的半金属铁磁性且具有大的半金属能隙0.500 eV,Fe离子与Li、Mg、P3种离子之间的相互作用使得它们的轨道电子数减少。Li过量时,形成能最低,结构最稳定,带隙值较单掺Fe时明显减小,而体系的半金属性明显减弱,填隙的Li原子使得轨道之间的相互作用减弱,Fe-P键的重叠电荷布局和体系净磁矩的值最小。Li不足时体系变为金属铁磁性,体系中离子的轨道电子数最少,参与轨道杂化的电子数最多,Fe和P原子之间的电子云分布最密集且共用电子对偏移程度最小,Fe-P键重叠电荷布局达到最大值0.78,键长达到最小值,体系净磁矩最大。
  • 二次水热法制备Co3O4@MnO2复合材料及其电化学性能研究
    庄雪, 潘双, 王子寒, 王冰, 唐立丹
    功能材料. 2020, 51(2): 2126-2130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.020
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    在泡沫镍基底上,以氯化钴(CoCl2·6H2O,分析纯)和尿素为原料,利用二次水热法制备了Co3O4@MnO2复合材料。通过X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)分别对样品的结构和形貌进行表征,并使用循环伏安法(CV)、恒流充放电测试(GCD)和交流阻抗测试(EIS)研究了样品的电化学性能。实验结果表明,随着水热温度的增加,复合材料结构由纳米片状向纳米团状转变;充放电测试中,将不同水热温度下制备的Co3O4@MnO2复合材料的电容量进行对比,水热温度160 ℃,电流密度为0.3A g-1反应条件下制备的电极材料比电容为2747.3 F g-1,比电容最大,电化学性能优异。
  • 利用轻烧镁粉制备纳米氢氧化镁工艺与机理研究
    李男, 冉言, 杜高翔, 帅欢, 任凤国, 王佼
    功能材料. 2020, 51(2): 2131-2136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.021
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    探讨了以轻烧镁粉和蒸馏水为原料,采用机械力化学法和水化法超细研磨制备六方片纳米氢氧化镁的工艺条件。研究了在氧化镁水化过程中,搅拌磨搅拌速率-研磨时间和料浆固液比对实验产品的粒度、形貌和结构的影响,并对反应机理进行了阐述。实验结果表明最优工艺参数为轻烧镁粉:蒸馏水:研磨介质配比为1∶4∶4、研磨转速为1300 r/min、反应最佳时长为180 min。在此条件下得到的产物为纳米级氢氧化镁,经测试其粒度d50为1.04 μm,d90为2.27 μm。SEM分析表明样品的表面形貌为六方片状,薄片厚度大约为5～20 nm;XRD分析表明制得的氢氧化镁粉体结晶完全,其平均晶粒尺寸为6.3 nm。
  • 3种SiO2基无机驻极体材料STBR、SPAP及SiO2薄膜的性能对比与研究
    黄志强, 马雪涛, 顾宇杰
    功能材料. 2020, 51(2): 2137-2143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.022
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    运用热氧化和高温熔凝工艺在轻掺中阻硅片(ρ=8~13 Ω·cm)上制备了3种无机驻极体:SiO2薄膜、SiO2-Ta2O5-B2O3-RO复合材料(STBR)以及SiO2-PbO-Al2O3-P2O5复合材料(SPAP)。实验结果显示,STBR为微晶结构,其材料介电常数高达~2000级别,而SPAP为非晶态结构,其介电常数小于3。恒压电晕充电后所有材料均可以获得与栅压相近的表面电位并在室温下保持一定时间;TSD热刺激放电显示3种材料的电荷输运特性各不相同,其中SiO2薄膜的负电流峰位于T=295 ℃并随充电温度的提高而向高温区漂移,正电流峰则显示异常,总电流谱呈多峰结构;而STBR和SPAP材料的电流谱则均为单峰结构,正负对称,其中STBR的主峰位于T=240 ℃,而SPAP的主峰位于T=290 ℃,基本不随充电温度的变化而改变,显示出完全不同的驻电特性,这表明它们是两种新型的无机驻极体复合材料。
  • 添加风化煤腐植酸对丙烯酸吸水树脂性能的影响
    惠璠, 高乐, 郭战英, 郭雅妮, 马畅柠, 胥文敬
    功能材料. 2020, 51(2): 2144-2149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以陕西黄陵风化煤提取的腐植酸(HA)为添加原料,采用水溶液聚合法和反相悬浮法制备腐植酸-丙烯酸型高吸水性树脂(HA-PAA),通过性能表征和应用条件的影响实验研究,对制备的树脂特点和应用性能进行比较,了解其适用性。结果表明添加腐植酸增加了树脂结构中的亲水基团,亲水性能提高;表面粗糙程度更深,孔洞或分层结构更明显,有利于提高吸水性能;添加腐植酸使HA-PAA吸水性能明显优于PAA,6×103mg·L-1NaCl情况下吸盐水倍率仍可达到70 g·g-1,50℃以下吸水倍率均可达到1 000 g·g-1,pH=4~11范围内两种HA-PAA的吸水倍率均能可达900 g·g-1,特别是IS-HA-PAA反复吸液3次吸水倍率基本不变,维持在1 400 g·g-1以上,5次仍保持在800 g·g-1左右,HA-PAA具备良好的耐盐性﹑耐温性﹑耐酸碱性﹑保水性和反复吸液性能;AS-HA-PAA的耐盐性和保水性能比IS-HA-PAA更好,IS-HA-PAA的耐温性和反复吸液性能更好,而耐酸碱性能力相当,有利于根据实际需求选择使用,为HA-PAA在水土保持中的选择应用提供基础支持。
  • 木薯淀粉接枝丙烯酰胺絮凝剂制备的影响因素分析
    郭雅妮, 穆林聪, 刘梦雅
    功能材料. 2020, 51(2): 2150-2154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以木薯淀粉与丙烯酰胺单体为原材料,采用水溶液聚合法制备淀粉接枝丙烯酰胺絮凝剂(St-PAM),以单体转化率与接枝率为指标,探究制备工艺条件对淀粉絮凝剂的影响,确定最佳合成条件为:反应温度55 ℃,淀粉与丙烯酰胺单体比1∶3,KPS浓度为6 mmol/L,反应时间为5 h。采用红外光谱、扫描电镜、热重分析进行结构表征与分析,并进行高岭土悬浮液絮凝测试,考察不同因素对St-PAM絮凝率的影响。在絮凝剂投加量为250 mg/L、温度为30℃、pH为7、该条件下St-PAM絮凝率可达86.6％。
  • 拉丝速率对石英光纤的制备及耐辐照性能影响研究
    徐鹏, 杨一帆
    功能材料. 2020, 51(2): 2155-2159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以Yb3+掺杂SiO2预制棒为原材料,采用不同拉丝速率的高温拉丝工艺成功制备了石英光纤。利用傅里叶变换红外光谱仪、光纤应力分析仪和Model2500等研究了不同拉丝速率制备的石英光纤的结构、抗拉强度以及衰减特性。结果表明, 石英光纤抗拉强度随着拉丝速率的升高先增大后降低,当拉丝速率为1 700 m/min时,其制备的石英光纤抗拉强度达到最大,为5.2 GPa;且拉丝速率越大,辐照后就越容易造成内部损坏,造成光纤失效。这主要因为拉丝速率越大,其在高温区中的时间越短,光纤中Si-O链断裂的频率越低,光纤抗拉强度就越高。但随着拉丝速率的继续升高,炉温逐渐升高,同时增加了光纤内部Si-O链断裂的频率,二者共同耦合作用的结果使得光纤强度随拉丝速率呈现先增后减的趋势。当辐照剂量逐渐增加时,石英光纤的辐致损耗呈直线趋势快速增加,但随着辐照量的继续增大,辐致损耗却增加趋缓,逐渐平稳。
  • 聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯复合材料的力学性能敏感度
    王伟华, 宋哲铭, 韩志伟, 曹文庆, 徐辉, 梁博
    功能材料. 2020, 51(2): 2160-2164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    研究了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)与相容剂甲基丙烯酸甲酯、丁二烯和苯乙烯三元共聚物(MBS)对聚碳酸酯(PC)/ABS复合材料的拉伸强度及其熔接痕敏感度与冲击厚度敏感度的影响。结果表明,随ABS含量的增加,相容相苯乙烯-丙烯腈(SAN)与橡胶相丁二烯(PB)共同作用,使得体系的拉伸强度逐渐降低,拉伸强度因子呈现先微弱增加、后减小、再增加的趋势,并在ABS含量为10%时获得最大值;冲击厚度因子在PC或ABS出现严重聚集态时表现出最强烈的厚度敏感性。同时,MBS能显著增加PC与ABS两相的相容性,降低拉伸强度对熔接痕的敏感程度。
  • Ni掺杂TiO2/RGO纳米复合材料的制备及其催化性能研究
    焦玉荣, 张定坤, 孙少超, 弓莹, 相玉琳, 张建宏, 张亚, 杨超龙
    功能材料. 2020, 51(2): 2165-2169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),然后采用溶胶-凝胶法制备TiO2纳米粒子,进而合成出TiO2/RGO纳米复合光催化剂。最后用氧化石墨烯(GO)作为载体,以钛酸丁酯(C16H36O4Ti)和氯化镍(NiCl2)为前驱体,以聚乙烯亚胺(PEI)为交联剂,采用一步水热法合成了过渡金属Ni负载TiO2/RGO三元复合纳米光催化剂(Ni@TiO2/RGO)。对制备出的各类光催化剂的结构、组成进行了FTIR、DRS、SEM和EDS分析,并且将其应用于光催化降解亚甲基蓝(MB)溶液。实验结果表明:Ni@TiO2/RGO复合光催化剂具有较高的光催化活性和良好的循环再生能力,在170 min内降解率达到91.8％,循环利用8次后其降解率依然可达到80％。
    • 工艺·技术
  • 生物医用小粒径四氧化三铁纳米团簇的制备及性能研究
    刘一丹, 左显维, 钱仕飞, 宋玉哲, 韩根亮, 何永成, 魏廷轩
    功能材料. 2020, 51(2): 2170-2175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.028
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    粒径小、分散性好、表面活性基团丰富的超顺磁四氧化三铁(Fe3O4)纳米材料在生物医药领域具有极高的应用价值。本文通过微波辅助多元醇法制备了聚丙烯酸(PAA)修饰的四氧化三铁纳米团簇(Fe3O4NCs),研究了反应温度、反应时间以及前驱体溶液状态对Fe3O4NCs形成的影响,并借助TEM、XRD、VSM和FT-IR对材料的形貌、结构、磁性能以及表面活性基团进行了分析。结果表明,利用该方法能可控制备平均粒径分别为30和80 nm的超顺磁Fe3O4NCs,而且所得材料的粒径均一、饱和磁化强度高、表面羧基丰富,在水相中也有良好的分散性。本工作通过简单方法即可实现多种优异性能集于一体的Fe3O4纳米材料的制备,克服了现有制备方法不能对Fe3O4 磁性材料多种性能同时进行调控的缺点,而且微波辐射加热的方式也大大提高了制备效率。这种性能优异的Fe3O4NCs将会在磁致热疗、靶向载药、医学检测等领域有广阔的应用前景。
  • N719染料敏化BaTiO3@TiO2纳米复合电极的制备及性能研究
    邓佳奇, 宋波, 解东梅, 林原
    功能材料. 2020, 51(2): 2176-2181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.029
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    BaTiO3是非常常见的铁电材料,经常用于制备铁电光伏器件或与半导体器件相结合来优化光伏器件的光电性能。采用水热法合成了BaTiO3纳米颗粒,并在FTO玻璃上制备了BaTiO3纳米晶薄膜,通过TiCl4水溶液后处理的方法在BaTiO3纳米薄膜上形成不同厚度的TiO2层,利用XRD、SEM和TEM分别对BaTiO3@TiO2纳米复合薄膜的物相和形貌进行了表征。将此电极经N719染料敏化后作为染料敏化太阳能电池的光阳极,并进行了光电性能测试。研究结果表明,水热法制备的BaTiO3薄膜晶型为四方相,呈球形多孔,平均粒径约50 nm;经过TiCl4后处理,在BaTiO3薄膜表面形成了锐钛矿相的TiO2颗粒。180℃下水热合成的BaTiO3纳米颗粒经过4次TiCl4后处理制备成的染料敏化太阳能电池取得了最优性能,其光电流密度9.78 mA cm-2,开路电压765 mV,填充因子76.1 %和光电转换效率5.69 %。
  • 3种不同造孔剂对黄土基陶瓷膜支撑体性能的分析研究
    同帜, 李岩, 闫笑, 刘婷, 王佳悦, 周广瑞
    功能材料. 2020, 51(2): 2182-2187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.030
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    本实验以洛川黄土为骨料,分别选用淀粉、煤粉、尿素为造孔剂。采用添加不同造孔剂、利用滚压成型法制备黄土基陶瓷膜支撑体。通过三点弯曲法、压汞法、酸/碱质量损失法、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及实验室自制装置对支撑体的抗折强度、孔径分布、酸碱腐蚀率、晶相组成、表面微观形貌和纯水通量等性能进行分析表征。通过对3种造孔剂对比分析,在相同添加量下,不同造孔剂对支撑体纯水通量影响效果:淀粉>煤粉>尿素;对抗折强度的影响效果:淀粉>煤粉>尿素,综合各因素确定淀粉为最佳造孔剂。结果表明,淀粉的最佳添加量为8%,支撑体的抗折强度为36.25 MPa,纯水通量为6 232.11 L/m2·h·MPa,酸碱质量腐蚀率0.07/0.02%,中值孔径为 5.36777 μm,主峰孔径分布范围0.105~8.223 μm。
  • 横磁退火工艺对Finemet合金磁学与力学性能的影响
    李明瑞, 程皓, 李维火
    功能材料. 2020, 51(2): 2188-2192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.031
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    为提高Finemet合金的磁学与力学性能,通过横磁退火对合金进行热处理,研究退火工艺对合金的磁学与力学性能的影响。本文以市场应用广泛的Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7非晶合金为对象,使用横磁退火炉经行磁场热处理;并使用X射线衍射仪,SQUID-VSM仪,纳米压痕仪分别测的了试样的晶化相结构、磁学性能、力学性能。结果显示,经过横磁热处理后的Finemet合金非晶条带中生成了纳米晶,其磁滞回线变得平伏,且随退火温度升高,塑性变差,但是硬度却会升高。
  • 氮掺杂Cu2O的制备及其可见光催化性能
    强义凯, 王新智, 杨迎春, 叶芝祥
    功能材料. 2020, 51(2): 2193-2197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.032
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    通过水合肼还原Cu2+的方法制备了N掺杂Cu2O光催化材料,并采用UV-vis DRS、PL、XRD、XPS和FT-IR等方法对其进行表征。研究结果表明,N掺杂Cu2O的吸收光谱发生了蓝移,具有比纯Cu2O稍宽的禁带宽度,且受光激发后产生的发光峰更弱,表明其在光催化反应中产生的光生电子-空穴对更容易分离,从而能够更有效的进行光催化反应。N的掺杂抑制了Cu2O微晶的生长,一定程度上改变其结构特征从而影响光催化性能。通过可见光照射下降解甲基橙模拟废水表明,N掺杂Cu2O具有良好的可见光催化活性。
  • Zn2SnO4掺杂对SrTiO3陶瓷烧结温度和储能性能的影响
    欧阳磊, 王晓飞, 臧国忠, 王丹丹, 李立本
    功能材料. 2020, 51(2): 2198-2202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用固相反应法制备了SrTiO3+xmol% Zn2SnO4(x=1,2,5,10)陶瓷,研究了Zn2SnO4掺杂对SrTiO3陶瓷烧结温度和储能性能的影响。结果表明,Zn2SnO4掺杂可将SrTiO3陶瓷的最佳烧结温度从1 400 ℃降低至1 200 ℃。随着掺杂量的增加,SrTiO3陶瓷的室温介电常数逐渐减小,击穿电场和储能密度呈现先增大而后减小的趋势。当Zn2SnO4掺杂量为2 mol%时,样品具有最大的击穿电场250 kV/cm和最高的储能密度1.06 J/cm3。相较于未经掺杂的SrTiO3陶瓷,储能密度提高了1.8倍。深入研究表明,由于烧结温度降低,SrTiO3陶瓷的平均晶粒尺寸从5.5 μm降低至0.8 μm左右,从而增加了晶界的相对含量,提高了材料的绝缘性能,进而增强了SrTiO3陶瓷的击穿电场,最终导致了SrTiO3陶瓷储能密度的提高。
  • CTS-g-PAA/ATP水凝胶制备及对染料的吸附性能
    段贤扬, 何梦奇, 徐继红, 杨忠连
    功能材料. 2020, 51(2): 2203-2208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.034
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以壳聚糖(CTS)、丙烯酸(AA)、凹凸棒石黏土(ATP)为原料,采用微波辐射法,通过接枝共聚合成了CTS-g-PAA / ATP 水凝胶,利用FTIR和SEM分析了树脂的结构,探讨了水凝胶对亚甲基蓝的吸附性能和吸附机理。结果显示:GA、ATP和AA发生了接枝共聚反应,形成均匀的三维网络复合高吸水凝胶。在200 mL浓度为200 mg/L,加入2 mmol/L的NaCl、SDS的MB溶液中,凝胶对MB的吸附量分别147、330 mg/g。溶液pH在4～7之间时,凝胶对MB吸附量保持恒定的吸附能力,吸附量为300 mg/g。水凝胶对MB的吸附应用Freundlich方程比Langmuir方程更适合实验数据,吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附过程属于化学吸热反应过程。
  • 磁控溅射制备Al2O3薄膜及耐蚀性能研究
    吴坤尧, 刘强, 鲁媛媛, 孙乐
    功能材料. 2020, 51(2): 2209-2213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.035
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用直流磁控溅射镀膜技术以高纯铝为靶材,氧气为反应气体,在304不锈钢基底上以不同溅射功率(60,90,120,150和180 W)沉积Al2O3薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对薄膜晶体结构和表面形貌进行分析表征,使用电化学工作站考察Al2O3薄膜的耐蚀性能。结果表明:所制备的Al2O3薄膜表面平整、均匀致密,并且在(217)面具有较好的择优取向;溅射功率对薄膜耐蚀性有较大影响,随溅射功率增加,耐蚀性先增强后减弱,在功率为150 W时所制备薄膜的耐蚀性能最优。
  • Ni离子注入聚四氟乙烯的表面结构与浸润性
    但敏, 李建, 王新超, 董思成, 王坤, 金凡亚
    功能材料. 2020, 51(2): 2214-2220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.02.036
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    为提高PTFE基材的表面活性及浸润性来增加后续涂层的结合强度,采用金属Ni离子注入方式对其进行了10、15、20、25、30 kV 5种不同能量的改性处理,并通过X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和接触角测量,探究不同注入能量对其处理后的浸润性影响。研究结果表明,注入过程中PTFE表面发生脱氟反应,并形成C—O及C=O等自由基,所得表面与未经注入处理材料相比浸润性均得到显著提高,且随着注入能量的增加,润湿性呈递增趋势,当注入能量为30 kV时,表面润湿性最佳,与去离子水和二碘甲烷的接触角由处理前的110.5°和78.2°降至22.4°和49.8°;表面能由处理前的18.58 mJ·m-2升至67.4 mJ·m-2,极性分量所占比例由处理前的1.42%升至69.9%。
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