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2020年, 第51卷, 第7期　刊出日期：2020-07-30
  

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    热点·关注 (2019年度重庆市出版专项资金资助项目)
  • 合成条件对Bi2MoO6/ZnO纳米复合材料光催化性能的影响
    马丽斯, 田晓霞
    功能材料. 2020, 51(7): 7001-7006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.001
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    采用水热法在不同的反应温度、反应时间和不同pH值条件下原位合成纳米Bi2MoO6/ZnO复合材料,使用XRD,SEM分析了产物的相结构与微观相貌,通过Bi2MoO6/ZnO光催化降解亚甲基蓝溶液,分析复合物的光催化性能。研究结果表明,在pH=6、反应温度为160 ℃、反应时间为12 h的条件下,可以得到结晶度较高的Bi2MoO6/ZnO纳米复合材料,且在可见光照射条件下90 min,对亚甲基蓝的降解率最大达到97.6%。Bi2MoO6/ZnO纳米复合材料在光降解领域具有潜在应用价值。
  • 介孔NiS2/S-g-C3N4的制备及其光催化产氢性能研究
    刘凯, 苏扬航, 韩亚翔, 陈绪兴, 高云, 李荣
    功能材料. 2020, 51(7): 7007-7014. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.002
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    利用介孔SiO2作为硬模板,采用CH4N2S和Ni(CH4N2S)4作为前驱体,通过一步退火法成功制备了介孔S-g-C3N4负载NiS2复合光催化剂。利用介孔材料的有效传质效应;同时利用Ni-S配位原子层作为S-g-C3N4和NiS2的过渡连接层,确保了S-g-C3N4和NiS2间光生载流子的高效传输;最后利用非贵金属NiS2作为助催化剂来降低析氢过电位,促进H+的电催化还原,这为获得高效的g-C3N4基光催化产氢材料提高了保障。在光催化产氢性能测试中,介孔NiS2/S-g-C3N4复合材料表现出优异的光催化性能,在可见光下(λ≥420 nm)100-NiSCN样品的产氢性能达到141.33 μmol/(g·h),是纯g-C3N4的46倍。该研究为制备高效的g-C3N4基光催化剂提供了一种简单、高效、经济的设计思路,并为大规模工业化生产及应用提供了理论基础。
  • I/TiO2-BiOBr@SBA-15的制备及光催化性能研究
    郑亚超, 董亮亮, 王亮, 施冬健, 陈明清
    功能材料. 2020, 51(7): 7015-7021. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.003
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    由于有机染料废水具有排放量大、浓度高和难脱色等特点,由此所造成的环境污染问题已经成为人类面临的重大挑战之一。介孔材料因具有高稳定性、孔径可调和高比表面积等优点,被广泛用于光催化降解有机染料领域。但仅靠介孔材料的吸附性能很难将有机染料完全去除。在介孔材料中引入第二金属或金属氧化物是提高其降解效率的一种有效途径。因此,选用非离子表面活性剂三嵌段共聚物EO20PO70EO20 (P123)为模板制备介孔SiO2材料,继而通过静电作用将TiO2负载到介孔材料表面及内部,并将I和BiOBr分别掺杂和负载到TiO2表面来调控其能带结构,提高光催化性能,重点研究不同TiO2与BiOBr的物质量比对光催化降解效率的影响。结果表明,当TiO2与BiOBr的物质量比为3:1时,对罗丹明B的光催化降解性能最好,在紫外-可见光灯照射后10 min对罗丹明B的降解率可达100%,所制备的介孔I/TiO2-BiOBr@SBA-15复合材料有望用于工业废水的处理。
  • 柔性高导热石墨烯/富勒烯复合薄膜的制备及性能表征
    司马林, 王鹤峰, 李永锋, 王昊
    功能材料. 2020, 51(7): 7022-7026. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.004
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    石墨烯作为一种二维晶体,由于其独特的热传递性能超过了石墨体的极限,成为人们关注的散热材料。柔性石墨烯/富勒烯复合薄膜是通过将富勒烯纳米粉末(10000目)与氧化石墨烯水溶性浆料复合,获得氧化石墨烯/富勒烯分散体,经高温碳化-石墨化而制成的。在这种全碳结构中,采用零维的富勒烯作为石墨烯片层之间的桥接构件来增强薄膜的机械强度以及热稳定性。且富勒烯有效的填充了二维石墨烯片层之间的间隙,提高了石墨烯薄膜跨界面的热传输效率。所得到的分层石墨烯/富勒烯复合薄膜具有很高的平面内导热系数最高可达1 008 W/(m·K)以及优异的跨界面热传输性能,z向导热率可达50 W/(m·K),良好的热稳定性能和抗拉强度3.25 MPa,热分解温度比石墨烯薄膜提高50 ℃。机械性能和热性能的结合有望使这种材料成为下一代商用便携式电子产品的散热装置。
  • 退火温度对新型医用Ti-24Nb-4Zr-1.5Co合金组织和性能的影响
    赵杰, 马凤仓, 刘平, 刘新宽, 李伟, 张柯
    功能材料. 2020, 51(7): 7027-7032. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.005
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    采用钨极电弧熔炼法制备Ti-24Nb-4Zr-1.5Co钛合金,通过控制退火温度改变空冷过程中析出的ω相含量,从而研究退火工艺对该钛合金组织和性能的影响,旨在获得具有更好综合性能的医用钛合金。使用偏光显微镜、X射线衍射仪、万能材料试验机和电化学工作站分析组织性能变化。结果表明,随退火温度的升高,合金的抗拉强度和弹性模量降低,塑韧性有所提高。合金的耐腐蚀性能随退火温度的升高而改善。ω相会破坏合金的钝化膜从而恶化耐腐蚀性能,它的含量通过适当的热处理可以严格控制,从而使合金获得高强度、低模量、超弹性及高耐腐蚀性能的优良搭配。
    • 综述·进展
  • 去合金化法制备纳米多孔钛及钛合金的研究进展
    付莹, 吕广焱, 付连生, 王璐, 刘宁
    功能材料. 2020, 51(7): 7033-7038. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.006
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    纳米多孔钛及钛合金兼具结构和功能的双重属性,在医用材料、电极材料及工程材料等领域均有广阔的应用前景。去合金化法制备纳米多孔材料不仅制备成本低廉、操作简单,而且可以实现孔径的可控制备,目前已经受到广泛的应用。去合金化法主要包括化学腐蚀法、电化学腐蚀法及金属液法等。综述了去合金化法制备纳米多孔钛及钛合金的制备过程及其工艺特点等方面的研究进展,并对纳米多孔钛及钛合金在不同领域的应用前景进行了展望。
    • 研究·开发
  • 氢辅助脉冲直流溅射沉积的碳化硼薄膜的红外光学性质与机械性质的研究
    陈儒婷, SHIGENG SONG, DES GIBSON, LEWIS FLEMING, SAM AHMADZADEH, HIN ON CHU, XIAOLING ZHANG
    功能材料. 2020, 51(7): 7039-7044. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.007
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    采用氢气为辅助气体,在不同氢气流速下用微波等离子体辅助脉冲直流磁控溅射系统制备碳化硼薄膜。碳化硼薄膜的设计厚度为1200 nm,过渡层非晶硅的设计厚度为500 nm。所用的基板为载玻片、Ge、Si、Si wafer、GaAs和JGS3。之后,采用傅里叶红外光谱(FT-IR),X射线衍射(XRD)、维氏硬度计(Vicker indenter),分析了氢气流速(0、3、7和10 mL/min)对碳化硼薄膜的光学性质和机械性质的影响。结果表明,氢气流速的增加,可以明显提高红外光学透过率,降低红外光光吸收率。与此同时,氢气的增加还能降低薄膜应力,使薄膜易于附着在基底上。然而,氢气也会使得碳化硼薄膜硬度降低。
  • 含硼多乙烯基有机硅树脂的制备及耐热性能研究
    王永生, 邓建国, 武元鹏, 马春彦, 纪兰香, 白小峰
    功能材料. 2020, 51(7): 7045-7050. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.008
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    以二苯基二甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷和4-联苯硼酸为原料,采用水解-缩合的方法制备不同硼含量的苯基乙烯基杂化硅树脂预聚体(BSiR),并与含氢硅油交联剂在铂催化剂作用下硅氢加成固化得到新型的耐高温有机硅材料-聚硼硅氧烷(PBS)。采用红外光谱、核磁共振、凝胶渗透色谱、热重分析等方法对杂化硅树脂预聚体和固化物进行表征,考察了反应时间、反应温度、组分比例等因素对合成的影响。结果表明,反应温度75 ℃,反应时间6 h,合成硅树脂的重均相对分子质量Mw为80 246 g/mol,数均相对分子质量Mn为99 437 g/mol,分布宽度D值为1.24。以该硅树脂预聚体为基料制备的固化物在500 ℃下失重仅5%。
  • 聚吡咯导电涂层的制备及其性能研究
    周健, 李宾, 袁晓, 柳翠, 沈春银, 戴干策
    功能材料. 2020, 51(7): 7051-7055. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.009
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    以十二烷基苯磺酸(BADS)为掺杂剂,过硫酸铵(APS)为氧化剂,化学法合成聚吡咯(PPy);并与羟基丙烯酸树脂配制成PPy导电涂层。用四探针测试仪测定不同反应条件下的PPy电导率,分析不同因素对PPy导电性的影响;运用扫描电镜(SEM)、激光粒度仪、电阻测试仪、紫外老化机、热分析仪、电化学工作站等对涂层进行表征。结果表明:PPy颗粒平均粒径约为1 μm,且在涂层中分布均匀;20%PPy导电涂层的导电性最好,达到2.5×10-4 S/cm;涂层经紫外加速老化720 h,导电性和附着力有所下降;涂层热稳定性较好,最终失重温度为500 ℃左右;PPy导电涂层的防腐蚀性优于纯树脂,5%PPy导电涂层的防腐蚀性最佳。
  • 时效温度对Ti-51.1Ni形状记忆合金相变和形变行为的影响
    冯辉, 贺志荣, 杜雨青, 叶俊杰, 张坤刚
    功能材料. 2020, 51(7): 7056-7062. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.010
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    用XRD、光学显微镜、TEM、示差扫描量热仪和拉伸试验研究了时效温度(Tag)对300、400、500、600 ℃各保温1h时效态Ti-51.1Ni形状记忆合金组织、相变、拉伸性能和形状记忆行为的影响。结果表明300~600 ℃时效态Ti-51.1Ni合金室温下由母相B2、马氏体B19′和析出相Ti3Ni4组成,显微组织形态呈等轴状,组织中存在Ti3Ni4析出相,随Tag升高Ti3Ni4析出相的形貌由点状变为片状。随Tag升高,Ti-51.1Ni合金冷却/加热相变类型由A→R/R→A型向A→R→M/M→A型向A→M/M→A型转变(A-母相B2,CsCl型结构;R-R相,菱方结构;M-马氏体B19′,单斜结构);R相转变温度(TR)升高,M相转变温度(TM)在500 ℃时效态后降低。随Tag升高,合金的抗拉强度先升高后降低;伸长率先降低后升高。300、400 ℃时效态合金呈稳定超弹性(SE),500、600 ℃呈现形状记忆效应(SME)+ SE。要使Ti-51.1Ni合金常温下呈SE,需对合金进行300 ℃或400 ℃时效处理;要使该合金在常温下呈SME,需对合金进行500 ℃时效处理。
  • 高品质因数恒弹性合金Ni40Cr4Ti2MoNb的研制
    王方军sup>1,2,3, 刘璇, 刘应龙, 李永友
    功能材料. 2020, 51(7): 7063-7068. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.011
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    通过研究热处理制度、加工工艺、化学成分等方面对Ni40Cr4Ti2MoNb合金的力学性能、机械品质因数Q、弹性模量E的影响,探索一种高机械品质因数恒弹性合金生产工艺。通过实验研究分析发现,时效处理能显著提升材料力学性能,且冷加工工艺对改变Q值起主导作用。同时,w(Mo)%的变化对Q和E,特别是E的影响并不明显。研究表明,w(Mo)%为1.84%的3号试样经过40%冷加工变形和650 ℃×3 h时效处理后,Q值为46 866,抗拉强度1 366 MPa,弹性模量E为186.9 GPa,综合性能较好,达到期望的高品质因数恒弹合金要求。
  • 聚碳硅烷改性氢氧化镁对PP复合材料阻燃性能的影响
    张立飞, 王春锋, 韩志东
    功能材料. 2020, 51(7): 7069-7073. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.012
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    采用聚碳硅烷(PCS)改性氢氧化镁(MH)作为无卤阻燃剂(PCS/MH),通过熔融共混法制备了无卤阻燃聚丙烯复合材料(PPMC),采用红外光谱(FTIR)分析了PCS/MH的结构;采用氧指数(LOI)研究了复合材料的阻燃性能,并采用锥形量热仪(CONE)研究了复合材料的燃烧行为;采用热重分析(TGA)研究复合材料的热降解行为,采用扫描电子显微镜(SEM)研究了残炭的微观结构。研究结果显示,在阻燃剂添加质量为60%时,PPMC的氧指数可达到29.7%,与MH 阻燃聚丙烯复合材料(PPM)相比,提高了11.2%,具有显著的协同阻燃效果。PPMC的热释放峰值(pHRR)与PPM相比增加了53.7%,为256.7 kW/m2,但到达pHRR所用时间延长了145s,同时在燃烧初期阶段热释放量和质量损失受到显著抑制,表明其炭层具有良好的热稳定性和阻隔作用。TG和SEM的结果进一步揭示了PPMC阻燃性能的改善关键在于炭层表面形成致密的保护层。
  • 微量不同Ag含量TiAlAgN-TiSiN复合涂层微观结构及磨损性能的研究
    王泽勇, 冯长杰, 师超, 王景, 刘光明
    功能材料. 2020, 51(7): 7074-7082. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.013
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    实验采用电弧离子镀技术利用Ti50Al49Ag1、Ti50Al45Ag5和Ti50Si20合金靶复合沉积制备了不同Ag含量的TiAlAgN-TiSiN复合涂层。利用球-盘式摩擦磨损试验机研究了室温、200、400、600 ℃等温度下的摩擦学性能;通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、表面轮廓仪、划痕仪对磨损前后涂层的表面形貌、微观结构、硬度及涂层结合力进行分析。结果表明:TiAlAgN-TiSiN(0.10%(原子分数)Ag)、TiAlAgN-TiSiN(0.25%Ag)涂层的厚度分别为为5.78、7.06 μm,硬度分别为2649.9 (Hv0.2)、2361.0 (Hv0.2);不同Ag含量的TiAlAgN-TiSiN涂层的衍射峰位都对应于面心立方TiAlN,择优取向均为为N(220)面。两种涂层在不同温度下的磨损机理主要为黏着磨损为与磨粒磨损。室温及600 ℃时TiAlAgN-TiSiN(0.12%Ag)涂层比TiAlAgN-TiSiN(0.25%Ag)更耐磨,400 ℃时两涂层耐磨效果最佳。此外,当Ag含量在0%~1%范围内增加时,涂层的结合力不断增加。
  • rGO/ZnSnO3复合材料的制备及其气敏性能研究
    赵邦渝, 黄苓莉, 周麒麟, 杜若愚, 郭威威
    功能材料. 2020, 51(7): 7083-7091. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.014
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    甲醛是一种典型的室内污染气体,严重危害人的身体健康。ZnSnO3是一种钙钛矿结构的三元金属氧化物,在气敏材料中有广泛应用。通过一步水热法成功合成了不同rGO掺杂的ZnSnO3复合材料,应用X射线衍射、红外光谱分析仪、扫描电子显微镜、热重分析仪、X射线光电子能谱分析仪和比表面积分析仪对复合材料的结构形貌,热稳定性,化学组成及比表面积等进行了表征,并对目标气体(乙醇、丙酮、氨气、苯以及甲醛)进行气敏性能研究。实验结果表明,rGO掺杂ZnSnO3可以有效的改善ZnSnO3的气敏性能,其中4%rGO/ZnSnO3复合材料对30×10-6甲醛气体具有最高的灵敏度(38.9),快速的响应恢复时间(112 s,15 s),及良好的选择性和稳定性。
  • 高能球磨制备钛基金属玻璃粉末研究
    钟斌, 张林, 李雪伍
    功能材料. 2020, 51(7): 7092-7096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.015
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    非晶金属玻璃因其优异力学、物理、化学和机械性能,日益成为复合材料增强体的重要发展方向与研究热点。作为一种稳定、简单、高效的规模化制备技术,机械合金化为构筑非晶金属玻璃粉体提供有效途径。以钛基金属玻璃为研究对象,采用高能球磨技术,实现了非晶粉体颗粒的高效可控制备。借助扫描电子显微镜分析粉体微观形貌,采用X射线衍射仪表征粉体物相结构特性,并使用显微硬度测试仪对其力学性能进行系统测量。结果表明:制备的粉体微颗粒较为均匀,表现出良好非晶结构特征,且非晶粉体硬度提高至6 615 MPa,可作为工程增强材料的重要组成部分。
  • 基于温稳段微波能量调控对制备纳米ZnO形貌及性能的影响
    尉金枝, 卫灵君, 崔政伟
    功能材料. 2020, 51(7): 7097-7103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.06.016
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    针对微波常压水热法,通过增设热管快速冷却而提高温度稳定段微波能量制备纳米氧化锌,以探究温稳段微波辐射能量增加对合成ZnO的影响,并在此基础上添加不同表面活性剂 (柠檬酸钠、草酸钠)制备ZnO探究其性能。利用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),紫外-可见光漫反射和降解罗丹明B的光催化实验对样品结构和性能进行表征。结果表明,随着温稳段微波能量增加,ZnO明显偏向片状结构,其光学带隙最大可减少0.13 eV,表现出对高功率下微波能量变化的敏感,进一步添加表面活性剂形成三维ZnO结构,以草酸钠为表面活性剂的ZnO吸光峰红移明显。光催化实验表明,同功率下,提高微波辐射能量制备的ZnO在90 min后降解率可提高20%,表面活性剂草酸钠制备的ZnO120 min内降解率可达到99%以上,表现出优异的光催化性能。
  • 纳米纤维素原位植入改性聚醚砜超滤膜的性能研究
    王璇, 刘振, 苗娇娇, 贾园, 宋立美
    功能材料. 2020, 51(7): 7104-7109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.017
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用原位植入法将纳米纤维素(CNW)沉积到聚醚砜(PES)超滤膜的表面,研究凝固浴中不同纳米纤维素的浓度对聚醚砜超滤膜性能的影响,分别用扫描电子显微镜、接触角测定仪等对改性膜性能进行评价。结果表明,CNW能够良好的植入聚醚砜超滤膜表面,改变沉淀浴浓度可以获得不同CNW覆盖率的聚醚砜膜表面,改性膜断面和表面形貌也获得不同程度的改善。改性膜的亲水性随CNW浓度的提高而不断增强,当CNW浓度为0.4%(质量分数)时,此时膜拥有最大的纯水通量 333 L/(m2· h),未改性的纯膜只有192 L/(m2· h)。膜蛋白抗污染实验中通量恢复率的结果表明,改性膜的抗污染能力明显提高。本研究为利用先进纳米材料制备高性能纳米复合膜提供了新的思路和方法。
  • 自修复超疏水抗菌织物的制备和性能研究
    卢永熠, 冯勇鸿, 黄洋, 赵玉珍, 王悦辉
    功能材料. 2020, 51(7): 7110-7116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.018
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以自制纳米银为抗菌剂,无纺布为基材,采用传统的浸渍法制备抗菌织物。再采用浸渍法将自制的含氟聚倍半硅氧烷整理到无纺布上,制备出自修复超疏水抗菌织物。探究了浸渍时间和含氟聚倍半硅氧烷质量浓度对织物超疏水性能影响以及超疏水织物的自修复性、耐摩擦和抗菌性。结果表明,在含氟聚半倍硅氧烷溶液(5 mg/mL)中浸渍2 h,织物的接触角可达173.69°,具有良好的超疏水性;织物经4次氧等离子刻蚀与在温度25 ℃,湿度99%条件下修复循环后,织物表面的水接触角仍能达到168.99°;通过比浊法测试菌液的OD600吸光值,含有抗菌织物的菌液OD600值小于对照组菌液OD600值,表明织物具有良好的抑菌效果;织物经过300次摩擦,织物表面的水接触角仍能达到169.89°,表明织物具有良好的耐摩擦性能。
  • 低熔点In-Bi焊粉的液相分散法制备及其焊接性能研究
    李晓东, 张晨宇, 黄迪
    功能材料. 2020, 51(7): 7117-7122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.019
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    利用液相分散法,采用正交试验思想,以聚乙二醇400为分散剂,在最优工艺条件下制备了粒径均匀的球形In-Bi低熔点合金焊粉。利用扫描电镜、X射线衍射、DSC131差示扫描量热仪等分析手段对粉体进行表征,结果表明,粉体的中值粒径为30 μm,熔点为71.6 ℃,粉体的物相组成为In和BiIn2。以Ag、Cu为基板探究In-Bi合金焊粉的低温焊接性能,结果显示,两种基板下界面IMC层的成分分别为AgIn2和Cu11In9。
  • 溶胶-凝胶法制备X80管线钢用GO-Al2O3耐蚀涂层的结构和性能研究
    柏东元, 李伟, 刘平, 张柯, 马凤仓, 陈小红, 刘新宽, 周洪雷
    功能材料. 2020, 51(7): 7123-7129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.020
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    制备X80管线钢的腐蚀防护涂层具有重要意义。采用溶胶-凝胶法(sol-gel)在X80管线钢表面制备GO-Al2O3耐腐蚀涂层,通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及Autolab电化学测试,研究了烧结温度及GO掺杂量对涂层组织形貌、相结构及耐蚀性能的影响。结果表明,以3 ℃/min的升温速率至500 ℃烧结40 min,Al2O3膜层质量均匀,缺陷度低,纯度高。涂覆GO质量分数为0.024%的GO-Al2O3涂层的X80管线钢比没有涂层的基体腐蚀电位升高0.274 V,腐蚀电流密度降低约1个数量级。GO-Al2O3涂层为X80管线钢提供良好的保护作用。
  • 热处理冷却速率与Cr掺杂对Heusler合金Mn50-xCrxNi40In10相变、磁性以及磁热效应的影响
    Algethami Obaidallah A, 李歌天, 张强强, 马星桥
    功能材料. 2020, 51(7): 7130-7135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.021
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    本文采用电弧熔炼方法制备了两组Mn50-xCrxNi40In10(x=0,1,2)多晶系列样品,通过改变热处理的冷却速率与Cr掺杂量对样品的相变、磁性以及磁熵变进行了研究。结果表明,与淬火样品相比,慢冷合金的马氏体相变温度较高。随着Cr含量的增加,奥氏体的磁化强度逐渐降低,而马氏体的磁化强度逐渐增强。与淬火样品相比,慢冷样品在相变温度附近,奥氏体和马氏体的磁化强度增强。这主要是由于慢冷样品的原子有序度较高,从而导致其较高马氏体相变温度以及强磁性。不同的热处理冷却速率对Mn49Cr1Ni40In10合金的磁熵基本没有影响。此外,施加3 T磁场时,在Mn49Cr1Ni40In10合金中观察到约为13 J/(kg·K)的大的熵变。
  • 聚丙烯纤维对再生混凝土力学性能和干缩率的影响
    姚艳芳
    功能材料. 2020, 51(7): 7136-7140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.022
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用再生骨料并掺杂聚丙烯纤维的方法,制备了聚丙烯纤维掺杂增强混凝土(PFRC)。利用万能压缩机对PFRC试样进行压缩性能和静态、动态弹性模量试验,采用扫描电子显微镜表征试样的形态,研究了硅灰和聚丙烯纤维含量对混凝土力学性能和干缩性能的影响。结果表明,在混凝土中掺杂硅粉和聚丙烯纤维可降低混凝土的可加工性,但却可提高混凝土的抗压强度;SEM分析可知,聚丙烯纤维的拔出效应可以有效增强聚丙烯纤维混凝土的断裂韧性;聚丙烯纤维的掺杂会降低混凝土的动态弹性模量,提高混凝土的静态弹性模量,掺杂0.45%(质量分数)聚丙烯纤维增强混凝土的静态弹性模量最高,其91 d静态弹性模量为37.5 GPa;用10%(质量分数)硅灰替代水泥后,混凝土的干缩应变比纯混凝土降低了9.2%,与普通纯混凝土相比,纤维含量为0.15%,0.30%和0.45%(质量分数)的聚丙烯纤维增强混凝土的干缩比最大分别降低了15.1%,18.4%和18.2%;硅灰和聚丙烯纤维的掺杂可有效降低混凝土的干缩,而且随纤维含量的增加,收缩应变逐渐降低。
  • 聚丙烯/氮化硼纳米片复合薄膜的制备及介电储能性能研究
    于海生, 王瑶, 邓元
    功能材料. 2020, 51(7): 7141-7147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.023
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    聚丙烯(PP)薄膜已广泛应用于薄膜型电容器和静电储能元件,但较低的介电常数限制了其进一步应用。本文以PP为基体材料,通过掺杂低含量的六方氮化硼(h-BN)二维纳米片,制备出聚丙烯/氮化硼纳米复合薄膜,以提高PP介电常数。其中一个关键因素是调控两相界面,以获得h-BN在PP中的良好分散和与基体的紧密结合。本论文通过超声剥离的方式制备少层氮化硼纳米片(BNNSs),并采用盐酸多巴胺(PDA)的非共价聚合反应进行包覆,得到了BNNSs@PDA。通过XRD、FT-IR和TEM表征了BNNSs@PDA的形貌,验证了核-壳结构的直径约150～200 nm,最小厚度约3 nm,有机PDA壳层平均厚度约为7nm。将BNNSs@PDA与PP复合得到薄膜,通过SEM、耐压测试仪、阻抗分析仪等设备对薄膜的微观结构、击穿性能和介电性能进行了研究。结果表明:在BNNSs@PDA的含量仅为1%(质量分数)时,复合材料的介电常数提高至5.62,损耗仅为0.006,理论储能密度高达7.42 J/cm3,是纯PP薄膜的4.8倍。以上结果表明:BNNSs@PDA与PP良好的界面、二维纳米片在面内的取向分布,有效阻碍了外电场下电树枝的扩展,抑制了载流子的传输作用,同时引入了界面极化,从而有效提高了复合薄膜的介电和击穿性能。
  • PVA/PA6/TiO2复合纳米纤维膜制备及光催化性能
    胡金燕, 刘锁, 武丁胜, 周堂, 凤权
    功能材料. 2020, 51(7): 7148-7154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    通过静电纺丝技术制备聚乙烯醇/聚酰胺/纳米二氧化钛(PVA/PA6/TiO2)复合纳米纤维,并考察了复合纳米纤维对模拟染料(亚甲基蓝和活性红X-3B)的光催化降解性能。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱分析(EDX)、热重分析(TG)、X射线衍射分析(XRD)等表征测试对复合纳米纤维的形貌结构、表面元素分布进行分析。结果表明,用50 mg PVA/PA6/TiO2复合纳米纤维膜(其中TiO2含量是PVA/PA6质量的3%的)光催化降解50 mL浓度为5 mg/L亚甲基蓝溶液和50 mg/L活性红X-3B溶液,反应时间为120 min时,降解率分别为92.8%和87.5%。纳米纤维膜重复使用4次后,其亚甲基蓝降解率为86.6%,活性红X-3B降解率为66.9%,其依然保持良好的光催化性能。说明制备的复合纳米纤维膜具备优异的光催化性能及重复使用性。
  • 原位自生Al18B4O33w/6061复合材料的组织、硬度及耐磨性能
    庄伟彬, 杨海瑞, 吴博, 刘广柱, 黄立国, 刘敬福
    功能材料. 2020, 51(7): 7155-7162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以Al-Al2O3-B2O3为反应体系,采用接触反应法制备了原位自生Al18B4O33w/6061复合材料,利用XRD和SEM对复合材料分别进行物相分析及微观形貌观察,对比6061基体材料,研究了Al18B4O33晶须对复合材料硬度和耐磨性能的影响。结果表明,采用接触反应法,利用Al-Al2O3-B2O3反应体系可直接在6061基体材料中原位自生针状Al18B4O33晶须,Al18B4O33晶须直径为0.1 ～2 μm,晶须伴生于Mg元素。经T6热处理后,Al18B4O33w/6061复合材料的硬度为HB 132.7,较6061基体提高了27.4%,硬度的提高机制为位错强化和细晶强化。Al18B4O33w/6061复合材料的比磨损率和平均摩擦系数分别为1.96×10-8 kg/(N·m)和0.221,较6061基体下降了12.11%和22.46%。采用原位自生工艺制备的Al18B4O33w/6061复合材料,晶须与基体材料之间的润湿性和界面结合强度良好,且晶须本身强度高,在磨损时能够起到支撑作用,减小了基体的应变和磨损,有效地提高了复合材料的耐磨性。
  • 纳米钛酸亚铁的制备及刚果红吸附性能
    王晓欢, 史志铭, 孙丽, 赵涛, 刘肖灼
    功能材料. 2020, 51(7): 7163-7168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    本文利用还原气氛烧结制备了不同铁钛摩尔比的纳米钛酸亚铁基粉体,分别利用XRD、XPS、BET、Zeta电位仪和VSM对样品进行表征,并研究了不同铁钛摩尔比的钛酸亚铁对刚果红的吸附性能。研究表明,还原气氛下铁钛摩尔比1∶1时,样品为纯FeTiO3相,铁钛离子比例0.25∶1和0.5∶1时样品相组成为FeTiO3和氧化钛,铁钛比增加到2∶1时样品中除了FeTiO3还出现少量的Fe3O4和Fe3C。样品中铁离子以Fe2+和Fe3+形式共存,钛离子以Ti3+和Ti4+形式共存,且存在氧空位。染料吸附性能研究表明,铁钛摩尔比0.5∶1的样品由于较大的比表面积和、Zeta电位值而具有最好的吸附性能,最大平衡吸附量为128.7 mg/g,其吸附过程符合准二级动力学模型。同时,磁性测试表明样品具有一定的磁性,因此染料吸附后可以通过外加磁场将其回收再利用。
  • ZVI/Cu双金属活化过硫酸钠降解甲基橙及影响因素的研究
    刘钰龙, 马国峰
    功能材料. 2020, 51(7): 7169-7176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    为研究ZVI/Cu(铁/铜)双金属体系的降解能力,制备了不同理论Cu质量载荷(0.05、0.11、0.24、0.41和1.26 g Cu/g ZVI)的ZVI/Cu双金属颗粒。利用制备所得的ZVI/Cu双金属颗粒活化过硫酸钠(PDS)产生的硫酸根自由基(SO-4·)作为氧化剂降解偶氮染料甲基橙(MO)。研究了不同因素对目标产物降解效率的影响,包括有Cu质量载荷、ZVI/Cu双金属颗粒的加入量、过硫酸钠的浓度、pH值、温度。实验结果表明ZVI/Cu双金属相对于单纯的Cu和ZVI具有更加优异的催化降解能力,因此可以得出结论在零价铁上沉积一层过渡金属Cu可以有效提高活化能力,以达到提升降解能力的效果;在MO初始浓度为50 mg/L、PDS加入量为5.0 mmol/L、ZVI/Cu双金属颗粒加入量为0.15 g/L、初始pH值为4.0、温度为30 ℃的条件下,反应进行60 min MO降解率达到86.4％。
    • 工艺·技术
  • 改性纤维素纳米微晶增强角蛋白载药膜材料的制备及性能研究
    宋凯利, 朱笑吉, 朱卫明
    功能材料. 2020, 51(7): 7177-7183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.028
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    采用高碘酸钠氧化法制备了醛基功能化纤维素纳米微晶(DCNC),利用醛基功能化纤维素纳米微晶可与角蛋白分子链中氨基反应,对角蛋白膜材料起到交联和增强的双重作用,制备了增强的角蛋白载药膜材料,研究了其药物释放性能。研究表明,改性纤维素纳米微晶可起到交联和增强的效应,与纯角蛋白膜相比,DCNC/角蛋白复合膜机械性能、耐水稳定性大大提高。DCNC的增强和交联能够有效解决纯角蛋白药物载体膜突释现象,DCNC/角蛋白复合药物载体膜对包覆的药物呈现缓释现象。研究结果不仅有助于角蛋白天然高分子膜材料的应用,对于制备其他复合材料也具有较好的借鉴意义。
  • 1,2,4-噁二唑类双极性磷光主体材料的合成及性质
    黄飞翔, 张迪, 姚胜梅, 林朝阳, 魏怀鑫, 赵鑫
    功能材料. 2020, 51(7): 7184-7189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.029
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    设计合成了两种以1,2,4-噁二唑受体基团为核心且具有D-A结构的双极性磷光主体材料:3,5-二(3-(9-吩噻嗪基)苯基)-1,2,4-噁二唑(MMOXD)和3,5-二(4-(9-吩噻嗪基)苯基)-1,2,4-噁二唑(PPOXD)。在表征其结构的基础上,对其光谱学、电化学和热力学性质进行了研究。结果显示,MMOXD和PPOXD的荧光发射峰分别为388、465和377、448 nm。测定其低温磷光光谱可得它们的三线态能级为2.93和2.46 eV,可分别与深蓝色、蓝色磷光客体材料(如FCNIrpic(2.74 eV)、FIrpic(2.65 eV))和绿色磷光客体材料(如Ir(ppy)3(2.40 eV))相匹配。利用循环伏安法测定其最高占有分子轨道(HOMO)能级分别为-5.88和-5.25 eV,接近于阳极ITO玻璃的功函(-4.5~-5.0 eV),最低未占分子轨道(LUMO)能级分别是-2.29和-2.32 eV,接近于电子传输材料TPBi的功函(-2.70 eV),且他们的轨道电子云均明显分离,表明其具有良好的双极性质。TGA和DSC测试可知它们在质量损失为5%时的热分解温度(394,275 ℃)和玻璃化转化温度(181,170 ℃)均较高,表明这两种材料具有优异的热稳定性和成膜性。综上所述,PPOXD有用作双极性绿色磷光主体材料的潜力,而MMOXD有用作双极性深蓝色或蓝色磷光主体材料的潜力。
  • 磁性纳米粒子的制备及环糊精葡萄糖基转移酶的固定化
    郭姣梅, 郝建华, 李晓涵, 王伟, 孙晶晶, 宋凯
    功能材料. 2020, 51(7): 7190-7195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.030
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    采用化学共沉淀法制备Fe3O4纳米粒子,并依次以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源、以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)为硅烷偶联剂对磁性纳米粒子进行表面修饰,最终得到氨基硅烷化的磁性纳米粒子(Fe3O4@SiO2-NH2)。采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)、X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和热重分析仪(TGA)对磁性纳米粒子的形态、结构进行表征。结果表明,氨基硅烷化的磁性纳米粒子具有良好的超顺磁性,结晶度高,稳定性好,粒径约为22 nm。利用该磁性材料固定化海洋环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase)得,固定化酶热稳定性,对酸碱的耐受性和储存稳定性明显优于游离酶。
  • 生物活化改性小麦秸秆纤维素基仿贻贝复合材料的制备
    杨玉山, 沈华杰, 邱坚
    功能材料. 2020, 51(7): 7196-7201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.031
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    为进一步研究纤维素基结构-功能一体化复合材料,寻求一种简便、快捷和无污染、低成本的方法制备优良性生物基复合材料。通过机械胶膜法将小麦秸秆纤维和贝壳粉体有效的交联一起,再通过无胶热压得到层状结构的仿贻贝复合材料。借助SEM、EDS、FT-IR和XPS对仿贻贝复合材料的形貌结构、化学组分的主要基团和元素变化进行分析。通过机械热胶磨之后,小麦秸秆纤维会分层分支且无胶热压后呈层状结构;仿贻贝复合材料的静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)、内结合强度(IB)分别为29.58、5967和0.888 MPa;吸水厚度膨胀率(TS)仅为0.316%,表现出一定的尺寸稳定性。仿贻贝复合材料的MOR、MOE、IB以及TS均优于其他材料,这主要是由于胶磨过程产生的分层和分支使秸秆纤维素有更多的酯键和氢键,增大了比表面积,更多的羟基裸露,增加了纤维之间的交联作用,从而增大了仿贻贝复合材料的机械强度。
  • 侧链含蒽可光交联聚芳醚酮的制备与表征
    田炎鑫, 张辉, 李佳, 刘攀, 何禹林, 李明
    功能材料. 2020, 51(7): 7202-7207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    聚芳醚酮是一种具有高热稳定性、优异的机械性能和化学稳定性的特殊材料。但是,商品化的聚芳醚酮热塑性塑料由于其高的玻璃化转变温度和不溶性而难以加工。聚芳醚酮的应用由于自身的缺点而受到限制。因此,制备具有良好加工性能并且可以保持良好热稳定性的聚芳醚酮是关键的一步。合成了一系列具有不同蒽含量的光交联聚芳醚酮。该光交联过程是基于蒽环进行[4+4]-环加成反应,由365 nm紫外光引发且不需要光引发剂的。这个过程非常迅速和方便。所制备的聚芳醚酮是一种低分子量前体聚合物,具有较低的玻璃化转变温度和良好的溶解性。因此,聚合物很容易被加工。加工成型后利用紫外光引发光交联反应形成网状聚合物。通过DSC和TGA分析,与未交联聚合物相比,交联后的聚芳醚酮表现出良好的热稳定性,其玻璃化温度和热分解温度明显升高。
  • 磁场强度对铜基电沉积Ni-ZrO2复合镀层性能的影响
    周绍安, 贾卫平, 陈伟荣
    功能材料. 2020, 51(7): 7208-7213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    利用磁场-超声电沉积技术在铜基体上制备Ni-ZrO2复合镀层。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机和电化学工作站,研究了磁场强度对Ni-ZrO2复合镀层的微观表面形貌、织构组织、纳米粒子含量、显微硬度和电化学性能的影响。结果表明,随着磁场强度的增加,复合镀层ZrO2复合量、显微硬度呈现先增加后减小的趋势,而基体晶粒尺寸和磨损量与之相反。磁场强度为0.4 T时,复合镀层ZrO2复合量为3.96%(质量分数),晶粒尺寸为17.47 nm,显微硬度为420HV。电场与磁场垂直时产生的磁流体力学效应促进了镀层中ZrO2纳米粒子含量,可细化复合镀层基体晶粒,提高复合镀层显微硬度。Ni-ZrO2复合镀层耐磨性能优异,其磨损量和摩擦系数表现最小。同时,根据极化曲线和阻抗曲线分析数据,复合镀层电化学性能最优。
  • 超细矿渣微粉浆液的制备与可注性研究
    韩洪兴
    功能材料. 2020, 51(7): 7214-7217. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.034
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    采用HN增强剂和SF胶凝剂来激发超细矿渣微粉的活性,以不同水灰比(W/C)、HN增强剂掺量、SF胶凝剂掺量为主要因素进行正交试验,测出所配超细矿渣微粉浆液的粘度、凝结时间和抗压强度(7 d和14 d),再通过追加试验获得浆液的最优配比,并将该浆液进行注浆试验。结果表明:当水灰比(W/C)为1.2、HN增强剂掺量为4%和SF胶凝剂掺量为6%时,浆液粘度为47.03,抗压强度(7 d)为5.208 KPa,表明超细矿渣微粉浆液具有良好的浆液粘度和抗压强度,比普通水泥浆液更易注入到细小砂土层中。
  • SiO2多次包裹对铋基黄色颜料的耐酸性和热稳定性的影响
    王竹梅, 李月明, 万德田, 左建林, 沈宗洋, 李恺
    功能材料. 2020, 51(7): 7218-7224. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.07.035
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    先用沉淀法合成了成分为Bi0.82V0.45Mo0.55O4和Na0.5Bi0.5(MoO4)的铋基黄色料,再用水解法对色料进行SiO2多次包裹,采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、差热热重分析仪(DTA-TG)等技术对色料进行了表征。研究结果表明,SiO2多次包裹不改变色料的明度值L*,但色料的红/绿值a*和黄/蓝值b*略有下降,三次包裹后,色料仍呈现鲜艳的绿相黄,其色度L*、a*和b*值分别为79.26、-7.66和60.23;SiO2包裹次数越多,包裹层的孔隙率越少,包裹色料的耐酸性越好,三次包裹色料浸泡于1mol/L的盐酸中半小时损失量由未包裹色料的100%降至9.15%;未包裹色料在煅烧温度高于900 ℃后,部分物相向Bi4V2O11相转变,而SiO2一次包裹后,色料经1 200 ℃煅烧后仍保持原物相;同时,SiO2致密包裹层的存在,减少了Bi的挥发,且包裹次数越多,孔隙率越少,Bi的挥发量也越少,耐温性也越好,三次包裹色料的耐温性由未包裹色料的600 ℃提升至1 200 ℃。
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