功能材料

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芽孢杆菌修复剂修复再生混凝土裂缝试验研究

张为民, 刘超, 权宗刚, 浮广明, 朱超, 刘化威

功能材料. 2020, 51(5): 5001-5006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.001

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以芽孢杆菌浓度和再生粗骨料取代率为变化参数,深入分析了再生骨料混凝土试件开裂后表观变化、破坏形态和芽孢杆菌修复等规律。结果表明: 再生骨料取代率较低时,混凝土试件的开裂变化、破坏形态与普通混凝土试件相似,且不随芽孢杆菌浓度的变化而出现较大的修复效能波动; 随着再生骨料取代率的升高,再生骨料混凝土试件裂缝修复的增长速度大于普通混凝土试件,取代率低于30%时,再生混凝土试件开裂后的修复效果并不明显,而普通混凝土试件强度、抗离子侵蚀能力的退化大于再生混凝土试件,取代率超过30%后,普通混凝土试件抗离子侵蚀能力的退化较再生混凝土试件显著; 随着芽孢杆菌浓度的提高,再生混凝土试件修复的增幅明显大于普通混凝土试件,而浓度超过30%时,试件内芽孢杆菌修复的能力出现退化且修复效果仍明显优于普通混凝土试件。

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癸酸-硬脂酸/有机膨胀蛭石相变蓄热砂浆的制备与性能研究

刘凤利, 胡国峰, 刘俊华, 周亚超, 朱教群, 马保国

功能材料. 2020, 51(5): 5007-5012. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.002

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以癸酸-硬脂酸(CA-SA)为相变材料,以通过硬脂酸钠(NaSt)疏水改性得到的有机膨胀蛭石(OEV)为支撑材料,采用熔融共混法制备定形相变材料(OEV/CA-SA)。将OEV/CA-SA掺入石膏基体中制备相变蓄热砂浆。结果表明,OEV/CA-SA的相变温度和相变潜热分别为21.48 ℃、61.65 J/g。100次热循环后,OEV/CA-SA热稳定性良好。随着OEV/CA-SA掺量的增加,相变蓄热砂浆的相变潜热逐渐增加,抗压强度不断降低。OEV/CA-SA掺量为10%时相变蓄热砂浆综合性能最佳,其相变温度为20.37 ℃,相变潜热为7.95 J/g,28 d绝干和饱水抗压强度分别为7.2、3.9 MPa,软化系数为0.54,具有良好的力学性能、耐水性能和蓄热调温性能。

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新型吸声材料及吸声模型研究进展

梁李斯, 郭文龙, 张宇, 李林波, 杜金晶, 刘漫博, 臧旭媛

功能材料. 2020, 51(5): 5013-5019. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.003

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首先简要介绍了吸声材料的分类及其原理并总结归纳了部分传统吸声材料,发现其虽然有较好的吸声效果,但仍存在以下问题:(1)容易产生二次污染;(2)使用寿命短;(3)应用范围受到限制;(4)部分材料造价成本过高等。针对传统吸声材料存在的弊端,探讨了以泡沫铝及其复合结构、纤维复合吸声材料、颗粒复合吸声材料、多孔-共振结构、高分子吸声材料为代表的新型吸声材料的特点及发展现状。分析了以圆管理论为基础的多孔材料的吸声模型。从原料,价格,性能等方面综合考量,新型吸声材料比传统吸声材料更具有优势,因此材料来源更加广泛、价格更加低廉、更加环保是未来吸声材料的发展趋势。

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APMP废液中半纤维素的羧甲基化及生物活性研究

陈婷, 刘海棠, 刘婧, 李洁, 安永贞, 张晓晨

功能材料. 2020, 51(5): 5020-5026. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.004

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采用醇沉法从桉木APMP (Alkaline Peroxide Mechanical Pulping)废液中提取半纤维素,利用高效液相色谱法对其进行定量、定性分析。以APMP废液中提取的半纤维素为原料,对其进行羧甲基化改性,并探究温度(T)、碱用量(NaOH)和醚化剂用量(ClCH₂COOH)对羧甲基半纤维素的取代度(DS)的影响。对半纤维素(HC)和羧甲基半纤维素(CMHC),进行性质表征和生物活性研究,主要是抗氧化性、吸湿、保湿性和抑菌性。结果表明,APMP废液中提取的半纤维素是以木聚糖为主要成分;CMHC的最佳制备工艺条件是,反应时间2 h,反应温度75 ℃,HC、NaOH和ClCH₂COOH的摩尔比为1∶1∶2,取代度最高为1.47;经实验测定,CMHC在抗氧化性、吸湿性、保湿性和抑菌性方面比HC有更好的效果。

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碱式硫酸镁水泥减水剂的合成研究

徐迅, 黄慧清, 胡宗月

功能材料. 2020, 51(5): 5027-5033. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.005

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碱式硫酸镁水泥是近几年研发出的一种新型水泥,具有高折压比的特点。而目前市面上的减水剂都是针对硅酸盐水泥体系的。因此,针对匹配碱式硫酸镁水泥的减水剂研发,具有支撑该水泥工程化应用的意义。本文采用单因素法和正交实验法研究萘系减水剂的合成配比,并且探究萘系减水剂的pH值、掺量以及硫酸根含量对碱式硫酸镁水泥净浆流动度和经时损失的影响。结果表明:合成配比对萘系减水剂性能的影响程度为酸萘比＞醛萘比＞水萘比,最优配比为酸萘比1.4、醛萘比0.96、水萘比3.5;水灰比为0.48,掺入4.4%萘系减水剂后流动度高达194 mm;减水剂的pH值对碱式硫酸镁水泥流动度的影响不明显;随着硫酸根含量的增加,体系中析出较多的硫酸镁晶体从而使流动度下降;自制萘系减水剂与市售萘系减水剂相比,流动度的经时损失相对较好。

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聚乙烯醇基形状记忆复合材料研究进展

师文钊, 马超群, 刘瑾姝, 吴梦婷, 邢建伟, 李苏松, 黄雅怡

功能材料. 2020, 51(5): 5034-5042. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.006

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形状记忆复合材料快速发展,其中具有良好生物相容性的聚乙烯醇(PVA)基形状记忆复合材料受到广泛关注。介绍了PVA基形状记忆复合材料的各类制备方法,包括物理共混法中的溶液浇铸法、循环冷冻解冻法、原位聚合共混法、物理嵌入法、层压复合法、共沉淀法及共混超临界干燥法等和化学交联方法,并详细讨论了上述制备方法的特点和研究进展。在此基础上,详细评述了PVA基形状记忆复合材料应用在生物医学领域如药物缓释、组织工程支架及光致传感器等方面的研究工作和最新发展动态,指出发展多刺激响应型、多功能化的PVA基复合材料是形状记忆复合材料的发展趋势,综合性能优异的PVA基形状记忆复合材料将在生物医用复合材料领域发挥重要作用。

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3D打印金属零件后处理研究现状

杨鑫, 王婉琳, 范亚卓, 马文君, 王岩, 杨君刚, 刘世锋

功能材料. 2020, 51(5): 5043-5052. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.007

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3D打印技术具有不需模具和制造成本对设计的复杂性不敏感的特点,适合制造结构-功能一体化、仿生学设计、轻量化点阵结构、薄壁等复杂结构产品。但因其内部和表面存在一些不可避免的缺陷,需结合适当的后处理来改善金属零件的显微组织和缺陷。分别从显微组织、内部缺陷和表面缺陷3个方面归纳了国内外学者对3D打印零件进行不同后处理的研究进展,分析了未来3D打印后处理研究的主流方向,为3D打印技术生产更合格的零件提供参考。

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铂铱合金的应用现状

肖雨辰, 唐会毅, 吴保安, 李凤, 汪建胜, 罗维凡, 刘庆宾

功能材料. 2020, 51(5): 5053-5059. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.008

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铂铱合金化学稳定性高、力学及电学性能优异,且耐高温,催化活性高,被广泛应用在交通运输、生物医疗、能源、化工等领域。综述了铂铱合金在电接触材料、火花塞电极、生物医学、催化剂等典型应用领域的现状,并展望了铂铱合金未来的发展方向。

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Sb₂S₃纳米粒子敏化TiO₂分枝纳米棒阵列杂化太阳电池的研究

郝彦忠, 钱近, 栗靖琦, 裴娟, 李英品

功能材料. 2020, 51(5): 5060-5064. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.009

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采用两步水热法在导电玻璃(FTO)上制备TiO₂分枝纳米棒(B-NR)阵列。利用低温化学浴沉积法(CBD)在TiO₂分枝纳米棒阵列(B-NRA)基底上沉积Sb₂S₃纳米粒子(NPs)。接着分别旋涂P3HT和Spiro-OMeTAD组装成TiO₂(B-NRA)/Sb₂S₃/P3HT/Spiro-OMeTAD为光活性层的杂化太阳电池。通过对杂化太阳电池的光电性能测试,结果表明,TiO₂分枝纳米棒阵列具有高的吸光强度,较大的比表面积和多级电荷传输通道,由TiO₂(B-NRA)/Sb₂S₃/P3HT/Spiro-OMeTAD复合膜结构组装的杂化太阳电池的能量转换效率(PCE)是4.67%。

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稀土元素对磷酸盐玻璃微观结构的影响机制研究

李海建, 仪建华, 王长健, 秦钊, 许毅, 孙志华, 赵凤起

功能材料. 2020, 51(5): 5065-5069. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.010

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为了探索稀土含量及种类对磷酸盐玻璃形成能力、析晶产物与形貌和微观结构的影响,利用固相熔融冷萃法获得了稀土磷酸盐玻璃。利用XRD证明了所研究的钙铁磷酸盐基质玻璃中最多可掺杂10%(摩尔分数)稀土氧化物(Y₂O₃、La₂O₃ 和 Sm₂O₃),过量的稀土导致了样品析晶态REPO₄的形成;利用SEM-EDS表征了不同稀土样品析晶态的形状与组成。重点利用FT-IR光谱对稀土玻璃的微观结构进行了表征,不仅指认了微结构的振动模式,而且研究了稀土含量(Sm₂O₃)的增加以及不同稀土元素对玻璃结构的影响。研究发现,Sm₂O₃的加入导致了P=O键与P—O—P环谱峰的减弱,而Sm—O—P键的谱峰出现;利用高成拟合分析了不同谱带相对面积的变化规律,了解到不同稀土玻璃红外光谱P=O键相对面积与稀土离子的场强成反比,也掌握了稀土对磷酸盐玻璃不同结构单元的影响规律。

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高比表面积纳米石墨粉的微波吸收性能研究

刘曦, 张养德, 乔亮, 叶为春, 金增寿

功能材料. 2020, 51(5): 5070-5075. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.011

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利用爆轰法制备了纳米石墨粉,对合成的纳米石墨粉进行形貌、结构和微波性能表征。拉曼光谱和X射线衍射仪结果表明样品为石墨结构,平均粒度在30 nm。TEM结果表明,合成的纳米石墨粉为球形颗粒。通过矢量网络分析仪测试了不同体积分数的纳米石墨粉复合材料的介电常数,并利用传输线理论计算了微波吸波特性,结果表明相同体积分数5%情况下,高比表面积的纳米石墨粉AM4样品相对于含无定形碳的纳米石墨粉W4有更好的阻抗匹配特性,AM4样品在C波段可达到最大反射损失为-40 dB。

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PVA/FA/H-ZSM-11复合质子交换膜的制备及性能研究

李红玑, 潘广超, 刘宇琦, 丁冰瑶, 杨靖

功能材料. 2020, 51(5): 5076-5081. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.012

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以聚乙烯醇(PVA)为基材,掺杂一定量的反丁烯二酸(FA)和H-ZSM-11分子筛,采用流延法制备了PVA/FA/H-ZSM-11复合质子交换膜。用傅里叶变换红外光谱、X 射线衍射仪、热重分析仪等对膜进行了表征,并测试了复合质子交换膜的吸水溶胀率和质子电导率等性能。结果表明,当PVA/FA/H-ZSM-11复合质子交换膜中m(PVA)∶m(FA)∶m(H-ZSM-11)质量比为12∶0.5∶1时,完全水合24 h时电导率最高为13.59×10^-2s·cm^-1,吸水溶胀率为14.17%,H-ZSM-11分子筛的加入在抑制了复合质子交换膜溶胀性的同时提高了质子电导率,其溶胀过程符合Scott二阶溶胀动力学模型,且复合质子交换膜的热稳定性较好。

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反溶剂法制备高效平面异质结钙钛矿太阳能电池

于嫚

功能材料. 2020, 51(5): 5082-5086. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.013

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在一步旋涂制备钙钛矿活性层的过程中,通过无/有溶剂氯苯的处理,探究反溶剂法制备的平面钙钛矿太阳能电池的光伏性能。利用SEM、XRD、J-V以及IPCE对对照组和反溶剂制备的钙钛矿薄膜和器件进行表征。结果表明反溶剂法获得的平面钙钛矿太阳能电池的光电转换效率高达16.05%,比对照组效率提高了31.44%。瞬态光电压的结果也揭示了其背后的载流子寿命较长,表明反溶剂法制备的器件内的载流子复合得到有效抑制。

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Sr_2-xGa_xFeMoO₆的磁学性能研究

胡艳春, 史永闯, 郭腾宇, 王显威

功能材料. 2020, 51(5): 5087-5091. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.014

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采用固相反应法成功制备了双钙钛矿化合物Sr_2-xGa_xFeMoO₆(x=0.00,0.03,0.05)。样品的X射线衍射图谱表明所有样品均为四方相结构,空间群为I4/m。通过样品的场冷曲线求得样品的居里温度分别为370、355、338 K。样品的低温磁化强度测量结果表明只需要很小的磁场就能使样品达到饱和状态。随着掺杂量的增加,样品的磁转变区间被扩宽。x=0.00样品的磁熵变最大值出现在居里温度附近,2.5T磁场下,最大磁熵变值为0.59 J/kg·K,相对制冷功率为68.88 J/kg。

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Sb掺杂ZnO纳米线的制备与光电性能研究

苏明明, 张唐磊, 丁宝玉, 沈杰, 张翔晖

功能材料. 2020, 51(5): 5092-5096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.015

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采用化学气相沉积法在蓝宝石(c-Al₂O₃)衬底上外延制备了不同含量的Sb掺杂氧化锌(ZnO)纳米线,并通过SEM,XRD,XPS,PL以及霍尔效应仪等测试手段对掺Sb后的ZnO纳米线进行了形貌、成分以及光电性能的表征。XPS测试结果表明,Sb原子成功的掺入到了ZnO纳米线晶格中。PL光谱分析显示,随着Sb掺杂含量的增加,纳米线的缺陷浓度增加,纳米线的结晶性变差。霍尔效应测试结果表明,在一定的掺杂含量范围(3%~4.5%)内,纳米线呈p型导电性。

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NaF-KF-K₂TaF₇熔盐Ta(V)在钨电极上的电化学还原机理

黄晶明, 田亚斌, 张晓虎, 叶昌美, 杨少华

功能材料. 2020, 51(5): 5097-5102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.016

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熔盐电镀钽层具有高熔点、耐烧蚀等高温热学力学性能。为探究钽在电镀过程的反应机理,实验在1 073 K以32.52%(质量分数)NaF-67.48%(质量分数)KF(摩尔比2∶3)共晶盐为电解质体系,添加质量分数为2%的氟钽酸钾,以Pt为参比电极,钨棒为对电极,用循环伏安法、计时电位法以及计时电流法研究了钽离子在惰性钨电极上的电化学过程和电化学结晶成核方式。结果显示,Ta(V)电化学还原过程是受扩散控制的不可逆的1步反应转移5个电子过程,电极反应方程式为:Ta(V)+5e^-=Ta。根据循环伏安曲线和 Randles-Sevcik方程计算出1 073 K时Ta(V)的扩散系数为4.126×10^-5 cm²·s^-1;计时电流曲线表明1 073 K时,Ta(V)在钨电极上的电结晶成核方式为瞬时成核。

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以氢化钛为钛源制备高纯Ti₂AlN粉体及刻蚀行为

郭奕彤, 王军凯, 胡前库, 王李波, 周爱国

功能材料. 2020, 51(5): 5103-5110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.017

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以氢化钛(TiH₂)粉代替钛粉,与氮化铝(AlN)粉体混合,合成高纯的三元氮化物Ti₂AlN陶瓷粉体。氢化钛与氮化铝按照摩尔比2∶1的配比,在混料机中混合12 h,然后放入流动氩气气氛保护的管式炉中高温处理。通过对在不同温度以及不同时间下进行热处理得到的产物进行物相分析,探究Ti₂AlN的形成机理,发现在1 400 ℃下保温2 h得到的Ti₂AlN粉体纯度最高,约为96.2%(质量分数)。在同样条件下,以钛粉为钛源合成Ti₂AlN粉体的纯度只有80.2%(质量分数)。因为氢化钛粉体价格低于钛粉,并且合成的样品纯度显著提高。所以,以氢化钛粉代替钛粉为钛源,合成Ti₂AlN具有显著优势。同时研究了所合成Ti₂AlN粉体在不同酸溶液(KF-HCl、NaF-HCl和NH₄F-HCl)腐蚀行为。结果发现:将Ti₂AlN(~ 2 g)浸入由2 g KF溶解在40 mL 6 M HCl 的KF-HCl混合液中,在50 ℃下搅拌48 h得到碎片团簇型TiN。但是二维碳化物Ti₂N MXene不能通过选择性刻蚀Ti₂AlN的方法得到。

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Fe₃O₄@SiO₂@COOH@NTA-Ni的制备及其对生物分子荧光检测的研究

冯治棋, 左显维, 刘一丹, 韩根亮, 李工农

功能材料. 2020, 51(5): 5111-5117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.018

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采用溶剂热法制备了Fe₃O₄纳米团簇,利用溶胶凝胶法对其进行SiO₂包覆,然后用羧基硅烷化试剂进行羧基化修饰,使其表面连接NTA,引入不同浓度Ni²⁺,制备了Fe₃O₄@SiO₂@COOH@NTA-Ni磁性纳米功能组装体。并对制备的各中间体进行了形貌、Zeta电位、化学组成、羧基密度、Ni²⁺含量、磁性能的表征。最后,我们利用该磁性纳米功能组装体检测荧光素标记的His标签蛋白和非His标签蛋白,研究了组装体本身荧光对于检测的影响。结果表明Fe₃O₄纳米团簇和Fe₃O₄@SiO₂具有良好的分散性,羧基化后表面羧基密度可达0.5μmol/mg,各中间体在去离子水中有良好的稳定性,1g磁性纳米功能组装体的Ni²⁺含量高达8.693×10^-5mol,具有较高的饱和磁化强度并保持了超顺磁性;同时,我们通过加入洗脱液,检测上清液,解决了该磁性纳米功能组装体自身荧光对检测的影响,从而拓展了其在药物筛选、酶检测等领域的应用。

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金属基外延石墨烯相图非谐效应探讨

高君华, 郑瑞伦

功能材料. 2020, 51(5): 5118-5123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.019

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考虑到原子的非简谐振动,建立了物理模型,应用固体物理理论和方法,研究了金属基外延石墨烯电子系统的可能状态和相图,并以钨基底上的外延石墨烯为例,探讨了原子非谐振动和电子排斥作用对相图的影响。结果表明,(1)金属基外延石墨烯电子系统有3种可能相:自旋波状态(BC)的反铁磁相、电荷密度态(BZ)的顺磁相和半金属态(PM)的半金属相;(2)外延石墨烯呈现的相,取决于石墨烯中原子内部电子关联U和原子间电子关联G的变化。对钨基外延石墨烯而言,当U=0.332 84 eV和G=0.119 04 eV时,会出现半金属相、反铁磁相、顺磁相三相共存;(3)原子的非简谐振动对金属基外延石墨烯的相图有重要的影响。不考虑原子非简谐振动时,外延石墨烯的相变曲线与温度无关;而考虑原子非简谐振动后,相变曲线不仅与温度有关,而且对发生相变的条件要求更高:原子内部电子关联U要更强。温度愈高,发生半金属-反铁磁-顺磁相变愈难,原子非简谐振动效应愈显著。

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金属总含量对Sn/Cu/PA6三元复合材料结构与性能的影响

李广琳, 夏宏蕾, 李明, 杨文彬, 贺江平

功能材料. 2020, 51(5): 5124-5129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.020

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通过熔融共混法制备了Sn/Cu/PA6复合材料,在不同的Sn、Cu体积比(V_Sn/V_Cu)下研究了金属总含量()对复合材料结构和性能的影响。结果表明,在V_Sn/V_Cu较高时,金属总含量的增加使金属相形态逐渐由孤立的“岛”状向物理连续的网络转变;同时,增加金属总含量导致复合材料导电性能、冲击韧性的提升,这与基体内物理连续金属网络的形成有关。与Cu/PA6复合材料相比,Sn/Cu/PA6复合材料的逾渗阈值更低。导电网络物理连续程度更高的Sn/Cu/PA6复合材料的电阻率具有更高的温度稳定性。

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超临界CO₂发泡法制备聚己内酯组织工程支架

魏炜, 孙东, 刘凤霞, 许晓飞, 刘志军

功能材料. 2020, 51(5): 5130-5136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.021

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利用超临界二氧化碳(SC-CO₂)辅助的无有机溶剂发泡方法,制备了可用于组织工程的聚己内酯(PCL)多孔支架。研究了PCL分子量、发泡压力、温度以及保压时间等参数对支架性能的影响。结果表明,PCL分子量越大,泡孔孔径越小且孔径分布变窄。高压力下容易形成泡孔密度大的微孔支架;聚合物处于高粘弹性时,随着温度升高泡孔尺寸增大,而进一步升高温度时,泡孔会出现塌缩现象。降低泄压速率,泡孔间出现合并成大孔的现象。SC-CO₂发泡法可以实现132~700 μm范围内孔径可控的PCL多孔支架材料的制备。通过力学试验,发现这些支架的弹性模量在10 MPa以上,符合组织工程支架的应用要求。

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新型铱配合物[Ir(dmpq)₂(Br₂bpy)]⁺PF^-₆的合成、晶体结构及光物理性能测试

晏彩先, 沈善问, 刘伟平, 常桥稳

功能材料. 2020, 51(5): 5137-5142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.022

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以喹啉类化合物为环金属配体,4,4′-二溴-2,2′-联吡啶为辅助配体成功合成出了一种新型离子型环金属铱配合物:[Ir(dmpq)₂(Br₂bpy)]⁺PF^-₆(dmpq=2-(3,5-二甲苯基)喹啉,Br₂bpy=4,4′-二溴-2,2′-联吡啶)。配合物的结构通过元素分析、核磁共振谱、红外光谱、质谱进行了表征,并测试了单晶结构。并通过紫外-可见吸收、荧光光谱,对配合物的激发态进行了讨论,同时考察了配合物的热稳定性。结果表明配合物为单斜晶系、空间群为P2₁/n;配合物在溶液状态下为红光发射,最大发射波长为649 nm。

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锂离子电池正极材料LiVOPO₄的制备及其长循环稳定性

周小荣, 李东林, 张巍, 李童心, 孔祥泽, 王子匀, 贺欣

功能材料. 2020, 51(5): 5143-5147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.023

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本文采用溶胶凝胶法合成了β-LiVOPO₄锂离子电池正极材料,研究了其结构和电化学性能。结果表明,在500 ℃较低温度下能够合成晶态纯相β-LiVOPO₄,其结构为正交晶系,属于Pnma空间群。这种材料具有非常稳定的电化学充放电长循环性能。在10 mA/g充放电电流密度下循环300次,其放电比容量没有衰减,维持在150 mAh/g以上。即使在100 mA/g的电流密度下循环1 000次,其比容量保持率仍旧高达100%。本文研究结果显示,LiVOPO₄适合用作高能量长循环寿命锂离子电池正极材料。

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速凝3D打印水泥基材料的制备

李维红, 常西栋, 王乾, 陈宇红

功能材料. 2020, 51(5): 5148-5153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.024

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分别以快硬硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥作为基本胶凝材料,辅以减水剂、促凝剂、体积稳定剂等,制备了2个系列的速凝3D打印水泥基材料,以期实现快速打印。实验结果表明,制备的速凝3D打印水泥基材料能够将凝结时间控制在5～20 min;打印试件建造性能良好,整体变形量<5%,最底层变形量<10%;具有较高的早期和后期强度,模拟打印试样强度损失率不超过15%,满足建筑3D打印材料对于工作性能和力学性能的要求。

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WC含量对Stellite6激光熔覆涂层耐液态铅铋腐蚀性能的影响

张彦超, 韦朋余, 朱强, 赵文涛, 雷玉成, 曾庆波

功能材料. 2020, 51(5): 5154-5160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.025

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为提高316L不锈钢耐高速流液态铅铋腐蚀能力,采用激光熔覆方法,通过在Stellite6合金中添加不同比重的WC制备熔覆层,将加工好的试样放进400℃的高温铅铋熔融炉进行500 h高速流实验,相对流速设定为3.23 m/s。使用SEM、XRD、EDS、OM和激光共聚焦显微镜观察了熔覆层腐蚀前后的微观组织和表面形貌,结果表明:随着WC含量增加,熔覆层的硬度值也逐渐增加,当WC添加量在10%时,耐磨性最好,表面粗糙度值最低为33.6 μm;不同WC含量的熔覆层均能够有效地提升耐蚀性能,当WC添加量在10%时,渗氧层的深度最小,为2.8 μm。

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盐雾-烘干循环作用下钢筋混凝土腐蚀特性研究

乔宏霞, 张璐, 冯琼, 尚明刚, 温少勇

功能材料. 2020, 51(5): 5161-5167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.026

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为研究我国西部盐渍土地区大气环境中钢筋混凝土腐蚀劣化过程及掺入不同种类矿物掺和料对其影响,采用4种不同混凝土配合比制备钢筋混凝土试件并进行盐雾-烘干加速侵蚀试验,对钢筋自腐蚀电位、腐蚀电流密度及混凝土相对动弹性模量、腐蚀形貌等耐久性相关参数加以分析。结果表明,掺入不同矿物掺合料对混凝土内部孔隙结构的改善效果及对钢筋混凝土抗腐蚀性能的提升作用由优到差依次是:粉煤灰、粉煤灰-矿粉、无矿物掺和料成分、矿粉,因此掺入粉煤灰不仅节约成本,而且提高了钢筋混凝土构件在西部环境中的服役寿命。

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可控径向分支钴颗粒的制备及电磁性能研究

刘冉, 廖斌, 安振国, 张敬杰

功能材料. 2020, 51(5): 5168-5174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.027

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微纳米级铁磁性金属颗粒的外形调控会导致各向异性和表面原子比例变化,并对其电磁性能有很大影响。工作利用一步水热还原法制备了具有发散分支结构的微米级钴颗粒。通过对反应体系组成的设计实现了分支结构尺寸的调控,根据分支的长径比不同,分别得到了剑麻状,花状以及类球状颗粒。采用SEM、TEM和XRD对所得材料进行了形貌及结构表征,用VSM以及矢量网络分析仪对材料的室温磁性能和电磁参数进行了测试。研究了材料在2~18 GHz频段的微波电磁特性。结果表明,基于形状各向异性带来的表面原子比例和矫顽力提升,以及多尺度的花瓣结构对入射电磁波的多重散射效应,适度的分支结构(花状)的钴颗粒具有最好的电磁波损耗能力。研究还发现,一方面分级结构可通过更丰富的界面和多尺度协同促进电磁波的多重反射和散射,进而延长传输路径并增强微波耗散;而另一方面,过高的分支化结构会导致吸波复合材料的电导率和介电损耗提高,不利于吸收剂添加量的提升和阻抗匹配设计。

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膨润土及烧结温度对黄土基陶瓷膜支撑体性能的影响

薛刘蒂, 同帜, 张健需, 行静, 黄开佩

功能材料. 2020, 51(5): 5175-5180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.028

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以洛川黄土为原料,通过滚压成型和常压烧结法制备黄土基陶瓷膜支撑体试样,以膨润土的添加量及不同烧结温度为变化条件,研究支撑体样品的纯水通量、抗折强度及酸碱腐蚀率的变化情况。利用热重分析仪、场发射扫描电镜、X射线粉末衍射仪及压汞仪对支撑体样品进行热分析、微观形貌、物相组成及孔径分布分析。结果表明 :膨润土可显著提高支撑体强度,当膨润土添加量为6%、烧结温度为 1 120 ℃制备出性能最佳的黄土基支撑体,三点弯曲强度达45.7 MPa,纯水通量为 10 870 L/(m² ·h·MPa),酸碱腐蚀后质量损失率为2.54%与2.32%,中值孔径为2.47μm,主峰孔径分布为374.6～4617.7 nm,孔隙率达15.6%。

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造孔剂煤粉对黄土基陶瓷膜支撑体性能的影响

郭磊, 郭雅妮, 同帜, 黄开佩, 刘婷

功能材料. 2020, 51(5): 5181-5186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.029

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以洛川黄土为原料,煤粉为造孔剂,采用滚压成型法和固态粒子烧结法制备黄土陶瓷膜支撑体,探究煤粉的造孔原理及其添加量对支撑体性能的影响。通过热重分析(TG-DTG)、三点弯曲法、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等对黄土基陶瓷膜支撑体的热稳定性、机械强度、晶相组成及表面形貌观察等进行表征。结果表明煤粉燃烧发生氧化反应产生CO₂,挥发后在烧结载体中形成孔洞,进而提高了黄土基陶瓷支撑体的孔隙率和纯水通量。煤粉的最佳添加量为20%,此时支撑体孔隙分布均匀、晶体发育完全,抗折强度为24.06 MPa、纯水通量为5 104.61 L/(m²·h·MPa)、酸碱质量腐蚀率0.38/0.27%。

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碳纳米管对碳/碳复合材料压缩力学性能影响

尹成, 夏莉红, 朱学宏, 杨宇, 李姚平, 张福勤

功能材料. 2020, 51(5): 5187-5192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.030

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以0、5%、10%、15%和20%(质量分数)5种不同碳纳米管(CNTs)含量的全网胎针刺整体毡为预制体,经化学气相渗透方法增密后,制备出CNTs-C/C复合材料。借助万能试验机测试样品的压缩力学性能,并采用显微镜(PLM)和扫描电镜(SEM),研究了样品的微观组织结构和断口形貌。结果表明,添加纳米管后,有利于改善热解炭结构,同时提高C/C复合材料的压缩强度,且C/C复合材料的压缩强度随着CNTs添加量的增多而增大。当CNTs含量为20%(质量分数)时,复合材料的平行压缩强度为185.02 MPa,垂直压缩强度约200 MPa,相比于未添加CNTs,材料的压缩强度分别提升了36.66%和17.67%。未添加CNTs,复合材料以“假塑性”方式断裂,添加CNTs后,材料出现脆性断裂,且随CNTs含量的增加,脆性断裂方式更加明显。

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金属有机骨架-分子印迹复合材料的制备、表征及其对吗啉的吸附性能

龚梦婷, 宋俊杰, 田海希, 李辉, 张朝晖

功能材料. 2020, 51(5): 5193-5201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.031

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以金属有机骨架为载体,通过表面化学修饰后再接枝分子印迹聚合物制备了一种对吗啉具备高选择性能的新型复合材料,用红外光谱、扫描电镜分别探测了所获材料的表面化学基团分布及形貌特征。研究了金属有机骨架-分子印迹(MOFs-MIPs)复合材料对吗啉分子的吸附动力学及选择性,测试了材料表面的结合位点分布特征,并考察了复合材料对水果粗提物溶液中吗啉的固相萃取效能。印迹材料可在150 min内达到吸附平衡,其对吗啉的静态吸附量为183.3 mg/g。Scatchard分析表明分子印迹聚合物表面主要存在两类吸附位点,高亲和位点的平衡离解常数K和最大表观吸附量Q_max分别为0.5679 g/L和326.5 mg/g,而低亲和位点的K和Q_max值分别为2.493 g/L和562.9 mg/g。印迹材料对吗啉的选择因子相对于甲基吗啉、乙基吗啉和甲基吗啉氧化物分别为2.47、2.48和2.24。MOFs-MIPs复合材料用于固相萃取时,在优化条件下单步洗脱中吗啉回收率达82.44%,显示了较高的富集效能,且这种材料可多次重复使用。

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不同硅铝比对Fe-Beta分子筛选择性催化还原性能的影响

马江丽, 杨冬霞, 于飞, 赖慧龙, 冯丰, 常仕英

功能材料. 2020, 51(5): 5202-5207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.032

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采用离子交换法制备Fe-Beta分子筛,重点研究不同硅铝比对Fe-Beta的低温性能影响。以NO、NH₃、H₂O、CO₂为反应物的小样催化性能评价显示,当硅铝比为30时,Fe-Beta分子筛催化剂展现出优异的催化活性。研究表明,自主制备的Fe-Beta可有效降低NOx排放,副产物生成量极低。采用X射线衍射、扫描电镜、氮气吸附、氨气程序升温脱附、固体紫外光谱等手段研究分子筛物相结构与分子筛催化剂活性之间关系。结果表明,当控制Beta硅铝比为30,Fe负载量为1.3%时,Fe-Beta具有适宜的比表面积、酸性位及优异的NH₃-SCR活性。UV-vis谱图显示,分子筛中存在不同的Fe物种,通过分峰计算发现,孤立的Fe³⁺、低聚物、高聚物大颗粒3种同时存在,其中孤立的Fe³⁺、低聚的Fe³⁺_xO_y为Fe-beta的SCR活性位点。高性能Fe-Beta催化剂的制备对指导满足非道路四阶段排放法规的高效环保SCR催化剂开发具有重要的理论及实践意义。

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老化对水性环氧树脂复合SBR改性乳化沥青粘弹性的影响

张倩, 马昭, 徐义恒, 王晓威

功能材料. 2020, 51(5): 5208-5215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.033

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普通乳化沥青用作沥青路面粘结料时,存在着粘结性差、耐久性差等缺点。为改善其性能,将水性环氧树脂(WER)与苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)混合,采用乳化法和改性法制备出了SBR+WER(SW)型高性能路面粘结料。为研究老化对水性环氧树脂复合SBR改性乳化沥青粘弹性的影响,选取了SBR改性乳化沥青作为对比。研究了SW型粘结料和SBR改性乳化沥青老化前后蒸发残留物的质量损失、针入度、软化点、延度和粘度,以及复数剪切模量、相角和车辙因子。结果表明:相比于SBR改性乳化沥青,SW型粘结料具有更好的抗老化性能,水性环氧树脂的加入使得SW型粘结料在老化作用下具有更稳定的低温变形能力,并且还改善了其高温抵抗变形能力和耐久性。

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钽替代部分锰对锰钴锗合金马氏体相变和磁性能的影响

陶子豪, 冯影, 王树, 高丽

功能材料. 2020, 51(5): 5216-5220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.05.034

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为研究Ta替代部分Mn对Mn_1-xTa_xCoGe(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)系列合金晶体结构、马氏体相变和磁性能的影响,将Mn,Ta,Co,Ge金属单质(纯度为99.99%以上)置于充满高纯氩气(纯度为99.99%以上)的WK-Ⅱ型非自耗电弧炉内进行熔炼,冷却后置于充满氩气(纯度为99.99%以上)的石英管中,在1 073 K的温度下退火120 h,随炉冷却至室温后得到Mn_1-xTa_xCoGe(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)系列合金。采用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)和多参数磁学测量系统对合金材料的晶体结构、马氏体相变和磁性能进行了表征。实验结果发现,室温下的Mn_1-xTa_xCoGe(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)系列合金呈现单一的正交马氏体相结构,Ta取代Mn没有改变合金在室温下的晶体结构,晶胞体积随着Ta含量的升高而增大;随着Ta对Mn的取代,马氏体相变温度从480K升高到585 K;马氏体相居里温度随Ta含量增加而降低,Ta含量从0到0.04的过程中,马氏体相居里温度从337 K降低到325 K。

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2020年, 第51卷, 第5期　刊出日期：2020-05-30

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