本期目录

2020年, 第51卷, 第4期　刊出日期：2020-04-30
  

  • 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)
  • 泡沫炭基储能传感复合材料的制备研究
    付春芳, 袁野, 雷洪, 霍冀川
    功能材料. 2020, 51(4): 4001-4006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.001
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    以生物质淀粉烧制泡沫炭为基本骨架,以聚吡咯为导热、导电材料,以无机和有机混合相变材料为储能介质,构建具有传感功能的相变复合材料,使相变复合材料的温度变化能够实时地以电信号的形式给出。本文探讨了不同分子量PEG及其用量对复合材料储能和传感性能的影响。电阻-温度-时间关系的测试结果表明CF-PPy-PCM-1000-1,CF-PPy-PCM-8000-0,CF-PPy-PCM-20000-0传感功能较好。DSC测试结果显示CF-PPy-PCM-8000-0的熔融焓值为113.29 J/g,CF-PPy-PCM-20000-0的熔融焓值为124.44 J/g,二者具有作为相变储能材料的潜能。SEM图像表明,负载PCM后,PCM附着在CF-PPy骨架的孔泡壁上。尽管从PCM的填充情况看,还有进一步提升其负载量的空间,但这种非全面填充的状态也在一定程度上保证了复合材料在储热过程中不会出现相变材料的渗出泄露的问题。
  • 介孔二氧化硅搭载UV-9透明抗紫外聚丙烯食品包装薄膜制备及其性能评价
    徐国栋, 卢立新, 丘晓琳, 潘嘹, 卢莉璟
    功能材料. 2020, 51(4): 4007-4012. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.002
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    以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂制备出纳米介孔SiO2,并以此为载体搭载抗紫外助剂UV-9 制备“SiO2/UV-9”粉体,将聚丙烯(PP)与“SiO2/UV-9”和 UV-329共混后,流延挤出制备透明抗紫外包装复配膜。采用投射电镜、氮气吸附等手段表征介孔SiO2结构,对薄膜进行紫外-可见光光谱分析、膜内助剂迁移试验测试。结果表明,制备介孔SiO2的比表面积为725 m2/g,平均孔径为2.8 nm;该包装复配薄膜内抗紫外助剂低于水基、酸性和酒精类食品接触材料特定迁移限量(SML);复配薄膜在可见光波段的透光率达80%以上,在紫外光波段的透光率低于40%。
  • 一种新型罗丹明席夫碱(RHBS)制备及多功能性研究
    彭丽, 光善仪, 徐洪耀
    功能材料. 2020, 51(4): 4013-4017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.003
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    以罗丹明B酰肼、3-溴水杨醛为原料,通过活性氨基与醛基的缩合反应,制备了一种新型罗丹明B席夫碱化合物(RHBS)。该化合物作为配体与锌离子配位,可得到新的红光发光材料[RHBS-Zn(Ⅱ)];作为荧光探针,可实现锌离子高灵敏选择性。通过核磁共振氢谱、红外光谱、紫外光谱、荧光光谱对席夫碱配体RHBS及配合物[RHBS-Zn(Ⅱ)]进行了结构和性能的分析。结果分析表明:锌离子以1∶1的方式与配体RHBS上亚氨基的N原子、羰基中的O原子及酚基中的O原子配位,形成锌离子配合物[RHBS-Zn(Ⅱ)]。在556 nm光的激发下,配合物在587 nm处有明显的特征红色荧光产生,且配合物的发光荧光量子产率达15.1%。同时,在587 nm处,不受其它离子干扰,对Zn(Ⅱ)具有高的荧光探针选择性,是Zn(Ⅱ)很好的荧光探针检测材料。
  • Ba5Zn4Y8O21 : Ho3+,Yb3+上转换发光粉的制备与发光性能研究
    付姚, 张常龙, 张楠, 周国钦, 田莹, 邢明铭, 罗昔贤
    功能材料. 2020, 51(4): 4018-4022. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.004
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    为实现以Ba5Zn4Y8O21为基质的上转换三基色发光,采用固相合成法于1 200 ℃下制备了Ba5Zn4Y8O21:Ho3+,Yb3+发光粉,并对其绿光发射特性进行了研究。980 nm激发下的上转换发射光谱测试结果证实,最佳掺杂浓度下的Ba5Zn4Y8O21:14%Yb3+, 0.15%Ho3+主要呈现5S2/5F4→5I8跃迁所致的548、553 nm绿光发射,而5F5→5I8和5S2/5F4→5I7跃迁产生的664、758nm红光和近红外光发射非常微弱。而且,绿光强度随激发功率呈线性变化,在20.7 mW/cm2功率密度范围内,绿红光分支比最高达13.16,呈现优异的色纯度。上转换发光热稳定性测试结果表明,样品的发光效率随样品温度的升高略有下降,50℃时发光强度降低仅9.75%。上述结果证实,Ba5Zn4Y8O21:Ho3+,Yb3+是一种优质的绿光上转换发光材料。
  • 无钴p型方钴矿热电材料的制备及热电性能研究
    秦丹丹, 李春鹤, 蔡伟, 隋解和
    功能材料. 2020, 51(4): 4023-4027. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.005
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    采用熔体旋甩结合热压烧结技术,制备了无钴p型方钴矿热电材料。利用X射线衍射仪以及扫描电子显微镜对其组织结构进行分析,并对烧结后的样品进行热电性能研究。结果表明,Fe和Ni可有效地取代Co,获得纯的方钴矿相。另外,即使无钴样品的高温ZT值略低于参比样品,但功率因子及低温ZT值基本相当,这对节约Co这一战略资源以及实现产业化应用具有重要的意义。
    • 综述·进展
  • 石墨烯的组织性能、改性处理及应用前景
    冯涛, 陈文革, 栗雯绮, 赵千
    功能材料. 2020, 51(4): 4028-4039. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.006
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    石墨烯因其独特的二维薄片状结构,展现出优异的电学、力学性能,成为材料研究的新热点,带给人们丰富的想象空间。本文从原理、技术特点和组织形貌等方面对比了各种石墨烯的制备技术,总结石墨烯微观结构的表征手段和技术,概括其主要性能。针对当前石墨烯使用的瓶颈问题,阐述了石墨烯非共价键和共价键的改性方法。综述了石墨烯在电池、储能、涂层、医学、传感器、添加剂等方面的应用。最后对石墨烯未来可能的发展方向进行了大胆的预测。
  • 环氧树脂的开发及其在电子电器材料中的应用研究进展
    贾园, 师瑞峰, 蒋勰, 刘振
    功能材料. 2020, 51(4): 4040-4045. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.007
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    环氧树脂材料具有质量轻、造价低、易于规模化生产等特点,兼具较高的强度、耐腐蚀性和绝缘性能,在电子电器材料中得到广泛的应用。在介绍环氧树脂性能的基础上,对其开发情况进行了综述,包括无机共混改性、有机共混改性、化学合成改性等,同时总结了环氧树脂在电子电器材料领域中的应用进展,并展望了其未来的研究方向。
  • 银纳米颗粒的化学还原法制备简介及其应用
    胡青, 吴春芳
    功能材料. 2020, 51(4): 4046-4053. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.008
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    银纳米颗粒的光学性能,如局域表面等离子体共振(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)特性可通过其形貌、尺寸、外部介电环境的调控而实现变化。不同形貌的银纳米颗粒具有强弱不同的局域表面等离子体共振效应,从而表现出独特的光学性质。综述了利用化学还原法制备不同形貌的银纳米颗粒,主要包括柠檬酸钠还原法、多元醇法以及种子介导生长法,分析了这3种合成方法的机理和特点,将近年来不同形貌银纳米颗粒的研究进展进行了综述。最后介绍了不同形貌银纳米颗粒在表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Roman scattering, SERS)基底、催化、抗菌领域上的应用研究,并总结和展望了银纳米颗粒在合成和相关应用领域的发展前景。
  • 温敏型聚酰胺-胺型树状聚合物的研究进展
    梁琦, 杨群, 王黎明, 代正伟
    功能材料. 2020, 51(4): 4054-4060. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.009
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    温敏聚酰胺-胺型(PAMAM)树状聚合物是同时具有温敏特性和树状大分子性能的一类聚合物,其不但受温度变化会发生刺激响应,同时具有PAMAM树状聚合物多反应位点、低粘度、高支化度、特殊的三维结构等特点。这类聚合物在医用材料、纺织面料、温敏传感器等领域有着广泛的应用前景。温敏聚PAMAM树状聚合物的制备方法丰富多样,可以采用调节树状聚合物末端基元取代度、或者调节聚合物中亲水链段的比例、或在树状大分子末端接枝具有温敏性的物质等方法。本文就温敏型PAMAM树状聚合物的制备方法、温敏机理及应用领域等方面进行综述。
  • 二维MXene材料在超级电容应用的研究进展
    刘永超, 张志, 张焕焕, 范燕平, 刘宝忠
    功能材料. 2020, 51(4): 4061-4067. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.010
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    二维过渡金属碳/氮化物(MXene)具有类石墨烯的结构,微观上呈现片层状和多种表面基团,因此具有良好的导电性、离子传输和高亲水性能,并且成为超级电容器的理想电极材料。但MXene层与层容易坍塌、堆叠与官能团的存在,不利于作为电极材料的性能。通过热处理、离子插层和与碳复合等方法提高其电化学性能拥有巨大的应用前景。首先总结了MXene材料的制备方法,然后概述了表面改性和结构优化等对MXene超级电容器的电化学性能的影响,展望了MXene材料在超级电容器上的研究前景。
    • 研究·开发
  • NiO/In2O3纳米复合材料的制备及气敏性能研究
    田哲宾, 宋鹏, 王琦
    功能材料. 2020, 51(4): 4068-4071. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.011
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    采用水热法结合水浴法制备出了NiO/In2O3纳米复合材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等对其微观形貌和晶相进行表征分析。表征结果表明,制备所得In2O3纳米微球直径为200~300 nm,其表面均匀包覆厚度约为20 nm的NiO纳米片。气敏测试结果表明,基于NiO/In2O3异质结纳米复合材料的气体传感器对甲醛的最佳工作温度为220 ℃;在最佳工作温度下,对浓度为1×10-5的甲醛气体响应可达到20,响应/恢复时间分别为4 s/16 s,且具有较好的重复性和选择性。最后,对分级结构及p-n异质结对其气敏机理进行了探讨。
  • PVA及玄武岩纤维对水泥基复合材料力学性能的影响
    王仕富, 曾晓辉, 周尧, 王平, 马建宁, 周昊, 李建辉, 潘国园
    功能材料. 2020, 51(4): 4072-4076. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.012
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    在水泥基复合材料中掺入适量纤维可显著改善其物理力学性能,但有机-无机混杂纤维对水泥材料性能的影响目前研究不多。进行了单掺PVA纤维、单掺玄武岩纤维以及复掺两种纤维的水泥基复合材料力学性能实验。结果表明,单掺1.6%(体积分数)的短PVA纤维时,水泥基复合材料的抗折强度降低7%、抗压强度提升31%、折压比降低24%;单掺0.3%(体积分数)的短玄武岩纤维时,水泥基复合材料的抗折强度降低8%、抗压强度提升15.7%、折压比降低20%;掺0.3%(体积分数)短玄武岩纤维和0.5%(体积分数)短 PVA纤维时,水泥基复合材料的抗折强度几乎无影响,抗压强度显著提升,折压比相对减少,其综合性能最优。
  • Ca掺杂EuMnO3体系的磁性和磁卡效应研究
    李晓欣, 孙运斌, 赵建军, 鲁毅, 郑琳
    功能材料. 2020, 51(4): 4077-4083. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.013
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    采用传统的高温固相反应法制备了钙钛矿氧化物Eu1-xCaxMnO3(x=0, 0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)多晶体系样品。通过样品的XRD谱线、磁化强度随温度、外加磁场的变化曲线 (M-T、M-H) 等数据研究了Ca不同掺杂量对钙钛矿氧化物EuMnO3系列多晶样品的居里温度、磁熵变、磁相变等的影响。结果表明,Eu1-xCaxMnO3(x=0, 0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)系列陶瓷样品呈现良好的单相性,空间点群为Pnma。低浓度掺杂的样品存在一个TC,高浓度掺杂的样品出现两个磁转变点,且由于双交换相互作用,随着Ca的掺杂,TC逐渐增大,当掺杂量达到0.4时,低温下的TC却明显减小。根据-ΔSM和RCP 值可知, Eu0.7Ca0.3MnO3是该组样品中比较适合做磁制冷的材料。通过对Loop曲线的分析可知该组样品经历了由一级相变向二级相变转变的过程。
  • 构建酶敏感型嵌合肽用于肿瘤光动力学治疗
    田翔, 程崟家, 张爱清
    功能材料. 2020, 51(4): 4084-4089. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.014
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    将疏水性光敏剂原卟啉(PpIX)和亲水性多肽结合,设计并合成一种刺激响应型两亲性嵌合肽PpIX-GGK(TPP)G-GFLGR8 GD (PTGR),利用该多肽在水溶液中能发生自组装行为,从而得到前药胶束。该胶束在RGD肽的作用下能有效富集在表面过度表达整合素αvβ3的肿瘤细胞周围;在R8 穿膜肽的帮助下快速进入肿瘤细胞内;由于癌细胞细胞质内存在大量的组织蛋白酶B,其能够有效破坏GFLG多肽片段,导致前药胶束结构瓦解并释放出疏水性PpIX衍生物。此外,在三苯基膦(TPP)的引导下,组织蛋白酶B光敏剂原卟啉(PpIX)能高效富集在线粒体周围,并在特定光照条件下产生大量的活性氧(ROS),从而有效破坏线粒体,进而诱导细胞凋亡和坏死,实现光动力治疗(PDT)肿瘤的目的。这种将光敏剂运输到亚细胞部位的策略,为光动力治疗的高效发挥开辟了一条新的途径。
  • 饱和钢纤维再生混凝土氯离子扩散特性研究
    金浩, 屈锋, 孙浩然, 石卫华, 蒋凌云
    功能材料. 2020, 51(4): 4090-4095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.015
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    利用废弃骨料制作再生混凝土是建筑固废弃物的再生资源利用途径之一,其在氯盐侵蚀环境条件下的耐久性规律与普通混凝土不同。本文以模拟海洋侵蚀环境,通过改变水灰比及NaCl溶液浓度,分析各因素对钢纤维再生混凝土氯离子扩散行为的影响规律。结果表明:浸泡液浓度越大,进入混凝土内部的氯离子越多,随着深度的增加氯离子含量逐渐减少;较低的水灰比与适量钢纤维的掺入均可以有效降低氯离子扩散系数,提升钢纤维再生混凝土的抗氯盐侵蚀能力;氯离子扩散系数随着NaCl溶液浓度的增加而增大。
  • 预剪切作用对磁流变脂流变行为的影响
    赵湖钧, 胡志德, 王大伟, 雷宇龙
    功能材料. 2020, 51(4): 4096-4100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.016
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    采用安东帕流变仪考察了预剪切速率、预剪切时间及恢复时间对磁流变脂流变行为的影响。结果表明,磁流变脂具有较好的结构恢复性和较强的时间依赖性。采用不同测试程序时,预剪切作用对磁流变脂流变行为的影响差异较大。固定剪切速率下,预剪切处理会弱化磁流变脂对时间的依赖性关系,使测量结果失去意义。在剪切速率线性变化时,对样品进行适当的预剪切处理可提高磁流变脂流变性能测试结果的重现性。预剪切速率应介于30 s-1到400 s-1之间,预剪切时间以60～120 s为宜。在较宽速率范围内考察磁流变脂流变性能时,可采用剪切速率对数递减方式来提高测试的重现性,预剪切处理对磁流变脂流变行为的影响较小。
  • 考虑界面层和孔隙的SiCf/SiCm复合材料热膨胀性能研究
    牛宏伟, 文敏, 张帅
    功能材料. 2020, 51(4): 4101-4108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.017
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    以三维四向编织SiCf/SiCm复合材料为对象,建立基于周期性边界条件、包含界面层和孔隙的复合材料单胞有限元模型,模型细观结构与工业CT扫描结果一致。计算了材料各个方向的热膨胀系数,发现界面层对纤维束热膨胀系数的影响不可忽略,基体孔隙位置的随机分布对热膨胀系数计算结果没有影响,孔隙率的增加会引起系数的显著减小,对胞元的热应力分析表明纤维束上的热应力水平大于基体。通过自由膨胀加温试验对材料纵向热膨胀系数进行了测定,在室温至1 100 ℃区间内热膨胀性能稳定,试验结果与预测值符合较好。可为含界面层和基体孔隙的三维编织复合材料及其他多孔复合材料热膨胀性能研究提供理论基础。
  • 放电等离子烧结制备氧离子导体Na0.54Bi0.46Ti0.99Mg0.01O2.95及其电学性能研究
    王玉清, 李敏燕, 任新成, 王伟国
    功能材料. 2020, 51(4): 4109-4112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.018
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    采用放电等离子烧结制备了钙钛矿结构的钠镁共掺的Na0.54Bi0.46Ti0.99Mg0.01O2.95(NBT-Na4Mg-SPS)氧离子导体材料。通过交流阻抗测试,在573 K温度下NBT-Na4Mg-SPS试样的氧离子电导率可以达到4.7×10-4 S/cm,是母相Na0.5Bi0.5TiO3材料在同温度下氧离子电导率的15.2倍。在介电模谱中观察到一个与热激活相关的弛豫峰,其弛豫参数为E=0.67 eV和τ0= 6.47×10-13 s,该峰源于氧离子在NBT-Na4Mg-SPS试样经空位的短程扩散, 较低的弛豫激活能及较高的氧空位浓度使得NBT-Na4Mg-SPS试样具有较好的氧离子电导率,这将对进一步改进Na0.5Bi0.5TiO3材料的电化学性能具有十分重要的意义。
  • TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层微观结构及摩擦学性能的研究
    王泽勇, 冯长杰, 赵岩, 刘光明
    功能材料. 2020, 51(4): 4113-4118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.019
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    采用磁控溅射技术在AISI-304不锈钢上制备了TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层。采用电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、球盘摩擦磨损试验机、表面形貌仪等对涂层的表面形貌、显微组织、硬度和摩擦学性能进行了系统的研究。结果表明TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2 复合涂层的硬度为 27.56 GPa,相比于TiAlSiN涂层的硬度(29.1 GPa)有所下降,但是涂层的耐磨性能得到明显提高。在室温至600 ℃条件下TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层的主要磨损机理为黏着磨损,200和400 ℃时的磨损率分别为0.0339×10-3和0.1122×10-3mm3/(Nm),相较于TiAlSiN涂层分别降低了38%和57%,600 ℃时的磨损率接近TiAlSiN涂层。总体来说TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层的性能高于单一的TiAlSiN涂层。
  • 新离子型添加剂对高镍锂离子电池性能影响研究
    汪红梅, 邵先俊, 张正华, 马国强
    功能材料. 2020, 51(4): 4119-4123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.020
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    研究了一种新离子型负极成膜添加剂2D对NMC811/石墨电池性能的影响,并与当前最常用商业化负极成膜添加剂VC进行对比试验。微分容量dQ/dV显示2D先于EC和VC在2.1 V左右还原,在石墨负极形成较稳定的SEI膜,交流阻抗结果表明含2D成膜阻抗明显低于VC;含2D、VC、2D和VC复合电解液的NMC811/石墨电池的倍率循环、高温存储和高温循环等测试结果表明,含2D电解液电池的石墨负极钝化膜更加稳定,有效提升锂离子电池的循环、存储和倍率性能,60 ℃存储含2D电池的电压和电阻变化较小,高温循环200周后,不含2D添加剂电池容量损失达15%,含2D电池容量保持率在92%以上。
  • 氧化裂化合成生物质碳材料及其电化学性能研究
    许芮, 宋伟明, 孙立, 邓启刚, 陈洁, 郜婷婷, 王福洋
    功能材料. 2020, 51(4): 4124-4131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.021
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    生物质碳材料具有成本低、来源广泛、孔隙率可调可控、形貌多样、易生产、易掺入杂原子等优点,因此,生物质碳基材料的开发和应用成为现代材料科学一个非常重要的领域。将植物叶片用不同氧化剂进行水热氧化处理,600 ℃碳化得到生物质碳材料。水热氧化处理工艺与传统热裂解工艺相比,降低了裂解温度,极大程度保持了叶片脉络结构,得到类石墨烯的薄层碳化材料。样品通过XRD、XPS、TEM、SEM等进行表征。结果表明,用不同氧化剂水热氧化所得到的碳材料元素组成和微观结构差别较大。当氧化剂为高锰酸钾时,所得到的生物质碳材料(MnOC)既保留了叶片原有的微观孔道,又形成了新的孔隙,比表面积可达482.934 m2/g,平均孔径为3.833 nm。从XPS、XRD分析可以看出,MnOC样品石墨化程度相对较高,并最大程度保留了N元素(原子百分比为6.5%)。TEM、AFM图像分析表明,MnOC样品呈片层结构,厚度不足2 nm,将其制备成电极片,在电流密度为1 A/g时,比电容可达191.15 F/g。
  • 基于Landau二级相变理论的磁热效应分析
    车正哲, 李英楠, 李凤华, 金正铁
    功能材料. 2020, 51(4): 4132-4135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.022
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    将Landau二级相变理论应用于二级磁相变材料的磁热效应,建立了磁熵变与磁场的直接关系表达的理论模型。以La0.7Sr0.3MnO3为例,在居里温度附近利用该理论模型和麦克斯韦关系式计算了磁熵变ΔSM,并进行了对比。结果表明基于Landau理论的计算结果与利用传统方法的计算结果相符合。而根据Landau平均场理论,二级磁相变材料中居里温度TC和磁熵变ΔSM最大的温度Tpeak不一致,但在居里温度附近ΔSM与磁场的相关性ΔSM =kHn表达的指数为n=2/3。
  • Ni掺杂浓度对CdS:Ni体系电子和光学性质的影响
    郭艳蕊, 严慧羽, 宋庆功, 陈逸飞
    功能材料. 2020, 51(4): 4136-4141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算方法,对纤锌矿结构 CdS:Ni 的几何结构、能带结构、电子态密度和光学性质随 Ni 掺杂浓度的变化进行了系统地研究。计算结果显示,无论是在富镉,还是富硫条件下,计算得到不同 Ni 掺杂浓度的形成能都较小,说明CdS:Ni 系统在实验上是可以实现的;Ni 掺杂的 CdS 在价带顶附近出现杂质带,大大提高了材料的导电率。光学性质的计算结果显示,Ni 掺杂后体系的光学性质有很大的改变,在吸收光谱上产生了新的吸收峰,并且随着掺杂浓度的增加,吸收范围增大。所有结果表明,CdS:Ni 体系是极具潜力的透明导电材料。
  • 三维网络结构氧化铜纳米线锂离子电池负极材料的制备和性能研究
    曹宇光, 肖煌, 周佳盈, 高云, Manon D'Assuncao Lourenco, Kevin Peter Homewood, 鲍钰文, 夏晓红
    功能材料. 2020, 51(4): 4142-4147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    通过阳极氧化法和后退火处理在铜箔上合成了三维网络结构氧化铜纳米线,将其作为负极材料制备了无需添加粘结剂的锂离子电池。研究了恒压氧化时间对材料形貌和电化学性能的影响。在1C的倍率下,氧化1 000 s制备的CuO纳米线表现出最高的1 172 mAh/g首圈放电比容量和594 mAh/g的可逆比容量,500圈循环可逆比容量为607.6 mAh/g,可逆容量保留率为102.3%。交联的三维网络结构CuO纳米线相互支撑,提供稳定的结构,有效缓解了CuO纳米线作为锂离子电池负极材料中的体积膨胀问题,表现出了优异的倍率性能和循环寿命。
  • 碳纤维增强水泥基复合材料的制备及热电性能研究
    谢金, 杨伟军
    功能材料. 2020, 51(4): 4148-4152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    将不同含量(0.5%,1.0%,1.5%(质量分数))的碳纤维掺入到硫铝酸盐水泥基体中,制备了碳纤维增强水泥基复合材料。通过SEM、阿基米德排水测试法、四探针法等手段,研究了碳纤维含量对增强水泥基复合材料断面结构、抗弯强度、孔隙率、电导率、热导率和塞贝克系数的影响,并模拟太阳辐射进行了能量收集实验。结果表明,碳纤维均匀地分布在水泥基体中形成网格结构,碳纤维与水泥基体有很强的结合力。当碳纤维含量由0.5%(质量分数)增加到1.5%(质量分数)时,水泥基复合材料的抗压强度由71.36 MPa增加到106.51 MPa,增长了49.26%;孔隙率由0.8%增加到2.0%,增长了150.0%;电导率由0.0214 S/m增加到0.2408 S/m,增长了1 025%;热导率由0.261 W/(m·K)减小到0.210 W/(m·K),减少了19.54%;塞贝克系数迅速增大,最大为1.22×104 μV/K。当碳纤维含量为1.5%(质量分数)时,厚度为20 mm的水泥基复合材料每1 m2可输出5～6 μW的功率;在400 min辐照下,试样表面温度迅速达到70 ℃左右,1 m2水泥基复合材料面板上收集到的能量高达8.1×10-6 J。由此可知,碳纤维含量的增加,极大地提高了碳纤维增强水泥基复合材料的热电性能。
  • 高性能改性聚乙烯醇薄膜的制备及性能表征
    张利, 李普旺, 杨子明, 何祖宇, 王超, 杨艳, 李积华, 焦静, 周闯
    功能材料. 2020, 51(4): 4153-4159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    作为可生物降解型的聚乙烯醇薄膜,其环保特性已得到了全世界的广泛承认,但是由于聚乙烯醇分子中含有大量的亲水性基团,导致成膜的耐水性差,这很大程度上限制了它的推广和应用。通过采用戊二醛、尿素对聚乙烯醇进行缩醛交联,并通过添加不同种类的增塑剂(丙三醇、PEG-400、MgCl2)破坏PVA的氢键作用,降低其结晶度,从而达到增塑改性效果,最后通过红外光谱FTIR、热重TG分析、物理机械性能以及接触角来鉴定物质的结构以及对其性能进行表征。结果表明:通过戊二醛、尿素与PVA羟基缩醛交联反应可以提高PVA成膜的耐水性能和热稳定性能,丙三醇、PEG-400、MgCl2等可以提高PVA的断裂伸长率和拉伸强度,当涂膜中交联剂戊二醛4%、尿素0.5%,增塑剂丙三醇4%、PEG-400为6%、MgCl2为2%时,成膜的机械性能最优,断裂伸长率达136.7%,拉伸强度达3.48MPa。
    • 工艺·技术
  • 基于BAI的二维钙钛矿材料的合成及表征
    于嫚, 张晗
    功能材料. 2020, 51(4): 4160-4163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用冷却热饱和溶液法,以正丁基碘化胺(BAI)为有机元,碘化铅(PbI2)为无机元来合成二维钙钛矿材料。通过调整BAI与PbI2的配比及反应温度来研究不同因素对所合成钙钛矿产率和结晶质量的影响。利用SEM、XRD、紫外可见吸收及荧光光谱对合成的二维钙钛矿材料进行表征。确定了冷却热饱和溶液法制备二维BA2PbI4的最佳反应条件为,氢碘酸为溶剂,m(BAI)∶m(PbI2)=2.5∶1,水浴加热温度为85 ℃,水浴时间为120 min。
  • 超声辅助法制备风化煤腐植酸-丙烯酸吸水树脂
    郭雅妮, 李金成, 惠璠, 郭战英, 胥文敬
    功能材料. 2020, 51(4): 4164-4169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.028
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以风化煤提取的腐植酸(HA)和丙烯酸(AA)为原料,采用超声辅助-水溶液聚合法制备腐植酸-丙烯酸型高吸水性树脂(HA-PAA),通过正交实验确定吸水树脂的最佳聚合条件,并对其在盐溶液、酸碱性溶液、20～80 ℃环境下的耐性以及树脂的反复吸液性能进行测试,了解其适用性,并用红外光谱和扫描电镜对HA-PAA进行了结构表征。结果表明,超声辅助法制备HA-PAA的最佳条件为:超声辅助合成温度为55 ℃、m(AA)∶m(HA)=20∶1、pH值=2.0、MBA用量为8×10-4g。在此条件下聚合的HA-PAA在5次吸水性能测试中仍保持良好,较PAA提高了90%以上;对盐溶液、酸碱性及一定范围内的温度环境表现出较好的耐受性,对纯水最大吸收倍率为771.6 g/g,对盐水最大吸收倍率为122.4 g/g;表征结果表明HA与AA充分发生了聚合反应,添加HA增加了PAA的亲水基团;HA-PAA聚合后生成明显孔洞,比表面积增大;制备出的HA-PAA吸水率提升有利于实际过程中的应用。
  • 条纹图形Heusler合金CoFeMnSi薄膜的制备及其磁特性研究
    乔礼红, 游才印, 付花睿, 马丽, 田娜
    功能材料. 2020, 51(4): 4170-4174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.029
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    以CoFeMnSi作为研究对象,对其进行图形化设计,以研究图形化CoFeMnSi薄膜的磁学特性。利用感光溶胶-凝胶法和激光干涉法制得条纹图形ZrO2薄膜,之后利用磁控溅射法在其表面溅射沉积CoFeMnSi,以达到制得图形化CoFeMnSi磁性薄膜的目的,并对其表面形貌和磁学特性进行了表征。采用金相显微镜分析验证CoFeMnSi薄膜继承了ZrO2的条纹图形结构,条纹图形周期约为2 μm;面内磁性测量显示薄膜398 kA/m磁场下的磁化强度与外磁场和条纹夹角θ呈180°周期性变化关系,且磁化强度介于390~440 kA/m;利用CoFeMnSi平膜面内磁化强度及面外磁化强度与外加磁场方向的变化关系,解释了条形薄膜磁化强度的θ角度依赖关系;采用磁力显微镜观察到磁畴结构形态为蜂窝状,磁畴尺寸大约1~2 μm。
  • 造孔剂淀粉添加量对陶瓷膜支撑体性能的影响
    李岩, 同帜, 刘婷, 闫笑, 周广瑞, 孙若男
    功能材料. 2020, 51(4): 4175-4179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.030
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    实验以洛川黄土为原料,淀粉为造孔剂,采用添加造孔剂、滚压成型法和固态粒子烧结法制备黄土基陶瓷膜支撑体。研究了造孔剂淀粉的添加量对黄土基支撑体性能的影响。实验通过压汞法、三点弯曲法、质量损失法、热重差热分析、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、及自制装置对支撑体的孔隙率、抗折强度、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。研究结果表明,在黄土基陶瓷膜支撑体制备过程中,当淀粉的添加量为8%时,制备出来的支撑体性能最佳。此时支撑体的孔隙率达到了32%、平均孔径为4.83 μm、纯水通量为6 232.1 L/m2·h·MPa、抗折强度为36.2 MPa、酸碱质量腐蚀为0.07%/0.02%。
  • 葡萄糖碳化物/海泡石复合材料制备工艺及响应面法优化
    郑锡瀚, 马忻狄, 覃璐瑶, 张瑞莲, 蓝丽红
    功能材料. 2020, 51(4): 4180-4187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.031
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以葡萄糖和天然海泡石为原材料,利用水热碳化法制备了新型葡萄糖碳化物/海泡石复合材料,冷冻真空干燥法干燥样品。利用 X 射线衍射分析(XRD)、红外吸收光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、比表面积(BET)对样品进行了表征,选择亚甲基蓝作为吸附质考察其吸附性能,并通过单因素和响应面法优化了材料制备的工艺。实验结果表明,复合材料制备最优工艺条件为:葡萄糖与海泡石质量比为1.49∶1.0、碳化时间为7.33 h(440 min);碳化温度为175 ℃,对亚甲基蓝的最优吸附量为 45.22 mg/g;各因素对复合材料吸附亚甲基蓝性能的影响顺序为:碳化时间＞碳化温度＞葡萄糖与海泡石质量比。
  • 共混改性提高奇-奇数尼龙1111的压电与铁电性能
    刘少兵, 程绍娟, 何茜禅, 胡骥, 袁梦飞, 赵清香
    功能材料. 2020, 51(4): 4188-4192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    压电与铁电聚合物在换能器、驱动器与传感器中应用广泛,但是铁电聚合物种类稀少,而尼龙类铁电聚合物具有廉价、绿色以及高温稳定的特点,有潜在的应用价值。奇-奇数尼龙1111(PA1111)是一种新型铁电与压电聚合物材料,但其电活性偏低,限制了它的应用。通过与聚偏氟乙烯(PVDF)共混改性进一步提高了PA1111的电活性。研究表明,添加40%PVDF的尼龙1111拉伸薄膜压电应变常数(d33)提高到-6.9 pC/N,剩余极化强度(Pr)增加到52 mC/m2。共混改性后PA1111铁电与压电性能的提高可以归因于PA1111与PVDF偶极子间的相互作用。
  • 神经脱细胞基质凝胶/BMP-2/脱钙骨复合材料的制备及性能
    刘艳, 朱继翔, 陈炜, 朱郇悯, 陈晓明
    功能材料. 2020, 51(4): 4193-4198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以神经脱细胞基质(NAM)凝胶作为载体,在多孔脱钙骨内表面负载BMP-2,制备新型复合骨修复材料。采用扫描电镜观察材料微观结构,结果表明脱钙骨基质(DBM)复合负载BMP-2的脱细胞基质凝胶后有利于细胞粘附;力学检测结果显示脱钙骨未复合神经脱细胞基质凝胶时,材料的抗压强度为(1.04±0.44)MPa,脱钙骨复合神经脱细胞基质凝胶之后,抗压强度为(1.00±0.30)MPa,材料复合凝胶前后力学性能改变不明显;模拟体内环境,检测不同时间点复合材料中的BMP-2缓释性能,复合材料可缓慢释放BMP-2至少一个月;在材料内部种植MC3TE-E1细胞,共培养14天,CCK-8、碱性磷酸酶检测表明负载BMP-2的神经脱细胞基质凝胶复合脱钙骨材料能够促进细胞增殖和成骨分化。神经脱细胞基质凝胶/BMP-2/钙骨复合材料具有潜在的骨修复应用前景。
  • 硅烷偶联剂对集料表面改性的制备及性能表征
    吕松涛, 樊现鹏, 鲁巍巍, 刘泓霖
    功能材料. 2020, 51(4): 4199-4206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.034
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    利用硅烷偶联剂对集料进行表面改性,使其与集料发生水解和固化反应。基于表面能理论、红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)等微观分析手段对改性前后的集料进行表征,通过直接拉伸、水煮法、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验等宏观手段对改性前后的集料性能进行验证。结果表明硅烷偶联剂表面改性后的集料接触角减小,由原来的亲水性变为亲油性;红外光谱(FTIR)发现硅烷偶联剂与集料之间产生了Si—O—C、Si—O—Si共价键和氢键;扫描电镜(SEM)观测到集料表面形成了一层聚硅氧烷偶联层薄膜,表明集料表面已引入了硅烷偶联剂中的亲油基团;浸水前后表面改性的集料比原集料抗拉强度损失率下降了42.2%;集料与沥青之间的粘附性等级可达到5级,沥青混合料残留稳定度提升11.54%,冻融劈裂强度比提升39.26%。说明了硅烷偶联剂成功对集料进行表面改性,并改善了集料的表面性能。
  • 基于Eu-Ni-B稀土-复合电极电催化偏硼酸钠制备硼氢化钠的探索
    张士民, 陈必清, 高利霞, 熊彤彤, 杜婵, 朱云娜, 赵静
    功能材料. 2020, 51(4): 4207-4214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.035
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    为了获得低成本、高效率的制备硼氢化钠的技术。首先采用化学镀方法制备了Eu-Ni-B稀土-复合电极。以稀土-复合电极作为工作电极,对电催化偏硼酸钠制备硼氢化钠进行了探索。采用线性伏安法建立了硼氢化钠的检测体系,采用循环伏安法对电催化偏硼酸钠后的溶液进行检测。研究结果表明:以金电极对硼氢化钠进行检测及定量分析的方法可行,当电催化电位为-1.2 V、脉冲频率为TA=2 s、TC=2 s时,所制备的硼氢化钠达到了最大浓度1.63×10-4 mol/L。随着电催化时间的不断增长,硼氢化钠的量呈现先增加后下降的趋势,当电解时间为2 h,硼氢化钠达到了最大浓度2.75×10-4 mol/L,其可能的原因是随着电催化时间的增加,硼氢化钠的含量也会增加,但是硼氢化钠在非强碱体系中不稳定,也会随着时间的增加而逐步分解,故硼氢化钠的生成与硼氢化钠的分解形成竞争,当生成速度比分解速度慢时,随着时间的延长,溶液中的硼氢化钠含量自然会下降。
  • 3DOM SnO2-SiO2锂离子电池负极材料的制备及电化学性能
    王子匀, 张佩琪, 任旭强, 张世龙, 曹婷, 李童心, 李东林
    功能材料. 2020, 51(4): 4215-4220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.036
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    针对SnO2锂离子电池负极材料长循环性能差的缺点,把非晶SiO2引入SnO2材料中,形成SnO2-SiO2纳米复合材料。采用聚苯乙烯(PS)胶晶作为模板,制备出三维有序大孔SnO2-SiO2纳米复合材料。研究结果表明,3DOM SnO2材料晶体结构和3DOM SnO2-SiO2材料相似,但是加入SiO2以后,3DOM SnO2-SiO2材料的长循环性能得到显著提高。在500 mAh/g的电流密度下循环100次,此时加0%Si的3DOM SnO2-SiO2材料的充电比容量急剧衰减为147 mAh/g,加5%Si的3DOM SnO2-SiO2材料的充电比容量达654 mAh/g,此外500次循环后加5%Si的3DOM SnO2-SiO2材料充电比容量增至728 mAh/g。这些结果表明SiO2能够改善3DOM SnO2材料长循环稳定性。
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