功能材料

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热老化作用下石墨烯橡胶复合改性沥青性能研究

孟勇军, 郭贺源, 徐锐光, 刘林林

功能材料. 2020, 51(8): 8001-8006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.001

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为了研究石墨烯橡胶复合改性沥青的老化性能,利用旋转薄膜烘箱(RTFOT)及压力老化箱(PAV)对石墨烯橡胶复合改性沥青试样进行短期老化及长期老化的室内模拟。采用橡胶沥青及基质沥青作为对比试验,将老化前后沥青试样的常规性能和微观性能进行对比分析。试验结果表明:石墨烯橡胶复合改性沥青在不同程度老化后,残留针入度比,软化点差及黏度老化指数相较于橡胶沥青及基质沥青显示出较强的抗老化性能。在微观试验中,石墨烯橡胶复合改性沥青亚砜基指数较小,耐老化性能得到明显改善,在荧光显微镜扫描中,石墨烯的添加在橡胶沥青中形成网状结构,并在老化后相较橡胶沥青较为稳定。

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磷酸镁水泥复合材料的研究进展

肖炳斐, 陈玥, 房琦, 丁铸

功能材料. 2020, 51(8): 8007-8013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.002

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磷酸镁水泥(MPC)是由过烧氧化镁、磷酸盐、缓凝剂以及其他一些改性材料组成的无机胶凝材料。相比较普通硅酸盐水泥,MPC具有水化速度快、早期强度高、与旧混凝土的界面粘结性好、耐磨及抗冻性好,以及凝结硬化后呈中性偏弱碱性等优点,但是其高脆性的特点限制了它的工程应用。对近年来各种MPC基纤维复合材料的研究进展进行了梳理,讨论了植物纤维、聚合物基纤维以及无机纤维对MPC增韧、改性方面的应用。探索磷酸镁水泥复合材料在相关领域的最新进展和存在的问题。结合实际应用需求对其未来发展趋势进行分析,提升MPC复合材料的性能。

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外墙复合相变贴片材料相变及隔热性能研究

邓燕, 丁云飞, 王宁宁, 吉煜, 易欢

功能材料. 2020, 51(8): 8014-8018. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.003

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以石蜡(Paraffin)为相变原材料,膨胀石墨(EG)为载体,借助膨胀石墨具有独特网状空隙结构和良好吸附的特性,利用熔融吸附法制备了石蜡/膨胀石墨复合相变材料,并将其与水泥混合制备了应用于建筑外墙的复合相变贴片材料,并对相关性能进行了测试。实验结果表明,90%石蜡含量能够使膨胀石墨吸附量达饱和,相变温度为41.1 ℃,与纯石蜡相比略有降低;相变潜热为224.7 J/g,与理论计算值相差1.14%,SEM及XRD分析结果显示,石蜡与膨胀石墨之间具有很好地热稳定性和相容性。隔热性能测试实验显示,与瓷砖贴片材料相比,惨入复合相变材料的复合相变贴片材料能够将内表面最高温度降低2.4 ℃,有效阻隔进入室内的热量,改善围护结构的隔热性能,具有有效降低建筑空调能耗应用潜力。

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SiO₂@Fe₃O₄磁性纳米复合材料的制备及其对亚甲基蓝吸附性能研究

苑东亮, 程瑞雅

功能材料. 2020, 51(8): 8019-8023. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.004

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利用正硅酸四乙酯作为SiO₂的前驱体,制备了SiO₂包覆铁氧体(SiO₂@Fe₃O₄)磁性纳米复合材料。通过FT-IR、TEM、BET等表征方法,研究了不同搅拌速率、(TEOS)g/(MNPs)g、氨量及水解温度制备的SiO₂@Fe₃O₄磁性纳米复合材料对废水中亚甲基蓝吸附性能的影响。结果表明,在搅拌速率为400 r/min,(TEOS)g/(MNPs)g为2.4,氨量为2.5mL,水解反应温度为40℃时,所制备的SiO₂@Fe₃O₄磁性纳米复合材料对亚甲基蓝的吸附性能最佳。磁选和再生性能研究表明,所制备的SiO₂@Fe₃O₄磁性纳米复合材料孔径大小合适、分布均匀,其磁选性能满足日常需要,且具有良好的再生性能和优异的亚甲基蓝吸附性能。

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保温时间对管式黄土基陶瓷支撑体性能的影响

孙若男, 同帜, 张群绸, 周广瑞, 刘婷, 闫笑, 李岩

功能材料. 2020, 51(8): 8024-8029. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.005

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以洛川黄土为原料,对比分析了天然黄土的主要化学成分,通过滚压成型、固态粒子烧结法制备管式黄土基陶瓷支撑体,分别利用XRD衍射仪、SEM、压汞仪、三点弯曲法、质量损失法及自制内抽式纯水通量测试装置对管式黄土基陶瓷支撑体的晶相组成、微观形貌、孔径分布、抗折强度、酸碱腐蚀质量损失率、纯水通量进行表征与测试。结果表明,洛川黄土主要成分为氧化铝、氧化硅及各类金属氧化物,分别占比15.6%、56.7%、27.08%。当热处理温度为1 100 ℃、保温时间为120 min时,支撑体表面光滑且颗粒分布均匀,主晶相为石英、空晶石、方石英,平均孔径为4.68 μm,纯水通量为1 092 L/m²·h·MPa,抗折强度为31.46 MPa,酸碱腐蚀质量损失率为0.42/0.24%。

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纳米氧化铝的合成方法及其对As的吸附研究进展

海傲, 李露露, 步延鹏, 马诗院, 张成琳, 曾瑞, 袁近秋, 张云庚, 陈丹云

功能材料. 2020, 51(8): 8030-8038. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.006

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As是水环境治理和土壤修复过程中较难去除的环境污染物,同时它对人体的毒害作用极其严重,As的去除是当前环境污染治理的难点。氧化铝在As的吸附方面具有显著效果,是一类重要的As污染水体/土壤修复材料。总结了纳米氧化铝的合成方法及其在As吸附过程中的影响因素,同时对氧化铝在吸附砷方面的改进方向和应用前景进行了展望。

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纤维素基先进功能材料的制备及其应用

黎晶雪, 陈善帅, 马帅帅, 朱万斌, 王洪亮

功能材料. 2020, 51(8): 8039-8047. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.007

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纤维素是来源最为广泛的生物质资源,具有廉价易得,可再生等优点,可作为石化资源的替代品,制备品种丰富、性能各异的先进功能材料。综述了近年来纤维素基先进功能材料研究方面的重要进展,对其制备方法和应用进行了详细归纳和讨论。内容包括:力学功能材料、化学功能材料、光电功能材料等。涉及柔性显示器、药物载运、电子元器件模板、分离膜,超级电容器等领域的应用。文章最后对纤维素基先进功能材料的发展提出设想,并讨论了在发展过程中面临的关键问题,为纤维素基功能材料的深入研究和产业化应用提供有益的参考。

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利用结构控制与物理包覆提高SnO₂电化学性能的研究进展

李玲芳, 原志朋, 胡壮, 范长岭

功能材料. 2020, 51(8): 8048-8057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.008

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综述了近年来SnO₂作为锂离子电池负极材料的研究进展,国内外研究者主要采用的手段是控制微观结构和涂覆物理包覆层,或两者协同作用。合成纳米SnO₂颗粒可以提高转化反应可逆性,增加可逆容量;中空、层级或多孔微观结构可以缓冲SnO₂电极的体积变化,促进电解质渗透;而包覆手段则可以在结构的空隙边界上建立致密的导电层,增强电极的结构稳定性和电子导电性。结构控制与物理包覆协同作用,可以使得SnO₂既具有良好的循环稳定性,又具有较高的能量密度。最后,对SnO₂的研究趋势进行了展望,提出SnO₂要走上实用化道路,必须着重探索全锂离子电池中SnO₂阳极的失效机理和性能增强策略。

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铝空气电池阳极、空气阴极及电解质材料研究进展

张雨, 张慧芳, 安士忠

功能材料. 2020, 51(8): 8058-8065. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.009

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铝空气电池具有无毒无害、比能量高、成本低、安全性好等优点,被称为“面向21世纪的绿色能源”,作为燃料电池在备用电源、应急电源以及新能源汽车等领域有很好的发展前景。然而,目前铝空气电池的产业化进展缓慢,其瓶颈问题归根结底还是材料问题,铝合金阳极材料和空气阴极催化剂的电化学特性提升是拓展其应用的关键。简单介绍了铝空气电池的基本原理,重点综述了铝合金阳极材料和空气阴极催化剂的研究进展,概述了电解质的研究情况,并展望了其未来发展。

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三维网状石墨烯的合成及其吸附性能研究进展

熊财梓,李多生,叶寅,林奎鑫

功能材料. 2020, 51(8): 8066-8071. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.010

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基于模板法和自组装法制备纳米材料的思路,人们把二维石墨烯片组装成三维网状结构,合成具有大比表面积、高孔隙率和独特网状结构的三维石墨烯(3D石墨烯)。由于独特的网状结构,使其在处理水中污染物质方面有着良好的应用前景。因此,可以通过增强石墨烯之间的联结作用和对其进行掺杂改性,来提高3D石墨烯与污染物质之间的静电作用、氢键作用和络合作用等。本文总结了模板辅助化学气相沉积法(模板辅助CVD法)、冰模板法、水热法和化学还原法等制备3D石墨烯及其在处理污水中重金属离子、有机物和染料的研究进展及成果。

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六方氮化硼的制备应用及研究进展

崔世强, 阚洪敏, 张宁, 茹红强

功能材料. 2020, 51(8): 8072-8077. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.011

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六方氮化硼(h-BN)材料在物理、化学等方面具有优异的性能,其特有的形貌、结构导致其在导热填充材料、载体材料、吸附材料等领域有着极大的研究价值,在高科技领域中某些极限条件下更是必不可少的功能性材料,因此六方氮化硼材料的制备和性能是目前研究的热点。综述了六方氮化硼的基本性能,介绍了一些如何来制备六方氮化硼粉体的方法,并分析了制备过程中存在的问题,对其今后的应用发展进行了研究。

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稀盐酸预处理结合高压射流方法制备微纤化纤维素的研究

冯瞿, 吴雪, 王博洋, 刘斌

功能材料. 2020, 51(8): 8078-8084. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.012

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应用稀盐酸预处理结合高压射流超微粉碎方法开展微纤化纤维素制备的实验研究,检测了产物的微观形态、粒径分布、结晶度、热稳定性以及薄膜样品的拉伸性能。实验结果表明,经过稀盐酸预处理和高压射流超微粉碎处理,纤维素微纤束直径从几至几十微米下降至几十至几百纳米,微纤束长度约从百微米级降至微米级;经6%HCL预处理和高压射流处理(130 MPa,1次),样品粒径指标D50从93 μm降为14 μm。纤维素原样经HCL和高压射流处理后结晶度小幅减小和热稳定性基本保持不变,薄膜样品的拉伸性能极大提高,以6%HCL结合高压射流(130 MPa,4次)处理获得的薄膜样品拉伸性能最优,其拉伸强度平均为20.41 MPa,断裂伸长率平均为7.93%,弹性模量平均为322 MPa。

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PCL/PLLA三层孔径梯度小血管移植物的制备及力学性能

王治文, 刘慧颖, 董旭峰, 齐民

功能材料. 2020, 51(8): 8085-8091. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.013

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以左旋聚乳酸(PLLA)和聚己内酯(PCL)为原料,采用变速率逐层纺丝与超声扩孔相结合的工艺,制备三层孔径梯度小直径血管移植物(Three-Layer vascular graft,3LVG)。对3LVG各层的孔面积、纤维直径、孔隙率进行表征,结果表明3LVG具有明显孔径梯度,且内、中、外三层的孔径均在人体小直径动脉血管各层孔径范围内。对3LVG进行了轴向、径向拉伸试验以及爆破压力测试,结果表明,3LVG在轴向和径向的抗拉强度与人冠状动脉相近。顺应性测试结果表明,在人体正常血压下,3LVG的顺应性与天然血管相近。

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H₂O和H₂O₂绿色制备氢氧化镍微阵列及其电化学性能研究

许畅, 李春, 范晓彦, 元光, 亓春晴, 孙婉梅, 程凯

功能材料. 2020, 51(8): 8092-8099. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.014

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绿色清洁是当今超级电容器电极材料研究的主题,并且过渡金属化合物在电化学储能方面具有独特的优势。为了将二者的优点结合到一个电极上,采用H₂O和H₂O₂这两种含氧键稳定性不同的材料,在泡沫镍上水热生长出电极材料Ni(OH)₂。对该两种材料制备的H₂O-Ni(OH)₂与H₂O₂-Ni(OH)₂的结构、形貌、组成元素和电化学特性进行了分析和比较。在电流密度为3A g^-1时,H₂O₂-Ni(OH)₂的质量比电容为1 560F g^-1,循环稳定性好,5 000次循环后电容保持率达90%,均优于H₂O-Ni(OH)₂的电化学性能。H₂O₂-Ni(OH)₂具有较H₂O-Ni(OH)₂生长密集、取向性优良的阵列结构,从而获得的较多活性位点和较稳定的生长形态是其优异的质量比电容和循环性能的原因,同时在电极材料的生长形态研究中提供了非常有利的形态学基础。

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铜渣基水处理陶粒的制备及性能研究

靖青秀, 张呈熙, 黄晓东, 王魏, 张泽辉, 游威

功能材料. 2020, 51(8): 8100-8104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.015

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以铜冶炼废渣为主要原料,碳酸氢钠为助熔剂,造孔剂选用草秸秆,采用高温烧结法制备铜渣基多孔陶粒,为曝气生物滤池提供滤料以处理含氨氮等的废水。试验研究了烧结工艺参数变化对陶粒性能的影响,铜渣基陶粒作为滤料的曝气生物滤池对废水中氨氮的去除效果。结果表明,在配比量m(铜渣)∶m(碳酸氢钠)∶m(造孔剂)(质量比)=10∶1∶1,煅烧温度为1 050 ℃,保温时间30 min的条件下,所制得陶粒性能较优,性能指标符合国标要求;所制得陶粒作滤料的曝气生物滤池处理含氨氮模拟废水时,在碳氮比为4∶1、水力停留时间为6 h的条件下,运行30 d后,废水中NH⁺₄-N的去除率可达80%。

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MoS₂薄膜负极材料的制备及其电化学行为

邓文昕, 吴爱民, 周抒予, 黄慧慧, 邱治文, 黄昊

功能材料. 2020, 51(8): 8105-8110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.016

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采用射频磁控溅射技术,以MoS₂为溅射靶材,在不同溅射功率下制备了系列MoS₂薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对薄膜进行表征,探讨循环过程中薄膜结构与形貌变化及其对电池循环性能的影响。结果表明,所制备的薄膜为富S的MoS₂非晶态薄膜;SEM分析表明薄膜中S与Mo元素分布均匀,不存在偏聚现象;XPS分析表明所制备的薄膜中存在单质S相,单质S相在整体薄膜中含量大体占14 %(原子分数)左右。在初始充放电循环过程中,这些均匀分布的单质S和Li⁺反应生成多硫化锂,产生不可逆损耗,从而原位形成分布均匀的多孔结构,可有效缓解薄膜后续循环过程中的体膨胀,同时增加活性材料比表面积,有利于改善薄膜比容量及循环稳定性。当靶功率为100 W时,薄膜电极循环20圈,放电比容量为429.8 mAh/g,经300圈循环,放电比容量仍可保持在420.4 mAh/g,表现出优异的循环稳定性。

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石墨烯基柔性一维电极材料的的制备与性能研究

姚梦瑶, 赵昕, 陈耀燕, 王哲, 董杰, 张清华

功能材料. 2020, 51(8): 8111-8116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.017

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在储能电子设备中,具有高柔韧性和导电性的石墨烯基电极材料在超级电容器中展现了极大的应用前景。研究采用Hummers方法制备氧化石墨烯(GO),再湿法纺丝技术制备GO纤维。进一步研究还原条件对纤维结构及性能的影响。研究发现,在90 ℃水合肼蒸气还原条件下,随着还原时间增加,还原越完全;但是还原时间过长,纤维的结构会出现损坏,电化学性能会有所下降。为进一步提高石墨烯纤维的电化学性能,在纤维表面和内部原位沉积聚合物-聚苯胺(PANI),制得了比电容可达到46.11 F/cm³的石墨烯基复合纤维电极。

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H₆P₂W₁₈O₆₂/KH570-SiO₂催化剂的制备、表征及催化合成乙酸正丁酯

曹小华, 钟婵娟, 穆晶, 谢宝华, 徐常龙, 占昌朝

功能材料. 2020, 51(8): 8117-8122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.018

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以硅烷偶联剂KH570改性SiO₂为载体,利用浸渍法制备负载型Dawson结构磷钨酸催化剂H₆P₂W₁₈O₆₂/KH570-SiO₂,并对其进行FT-IR、SEM、EDS及BET等表征。以H₆P₂W₁₈O₆₂/KH570-SiO₂为催化剂催化合成乙酸正丁酯,探究了催化剂用量、醇酸摩尔比、反应温度及时间对酯化率的影响。FT-IR及EDS表征结果表明,负载后磷钨酸仍然保持着Dawson结构。SEM表征结果表明,H₆P₂W₁₈O₆₂均匀分散在KH570-SiO₂上。BET测试结果表明,负载型H₆P₂W₁₈O₆₂/KH570-SiO₂催化剂比表面积(122.40 m²/g)远大于H₆P₂W₁₈O₆₂分比表面积(1.75 m²/g)。H₆P₂W₁₈O₆₂/KH570-SiO₂是催化合成乙酸正丁酯的有效催化剂,当催化剂用量为1.9%(占反应原料总质量的百分数)、反应温度为120 ℃、醇酸比为2∶1、反应时间为2 h时,酯化率最高达96.4%。当催化剂重复利用5次后,酯化率仍能达到88.2%。

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铅掺杂铋铜硒氧的微波合成与热电性能研究

郑睿, 李雨, 江孝武, 雷鹰, 谷俊, 杨皓月, 陶拥

功能材料. 2020, 51(8): 8123-8127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.019

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采用微波加热合成结合放电等离子烧结制备出Bi_1-xPb_xCuSeO(x=0,0.2,0.3)热电块体样品,并对它们的物相组成、微观结构、电输运机制和热输运机制进行了研究。研究结果表明,采用微波加热成功合成出高纯度Bi_1-xPb_xCuSeO,随后采用放电等离子体烧结获得了元素分布均匀、相对致密度99%的块体样品;Bi位铅的掺入显著降低了样品电阻率,导电性随铅浓度的增加而提高,Bi_0.7Pb_0.3CuSeO的电阻率仅为4.6~9.3 μΩ·m;塞贝克系数有所降低,但功率因子大幅提高至约800 μWm^-2·m^-1;Pb掺杂降低了样品晶格热导率,但由于导电性的提高导致电子热导率增高,使得掺杂样品总热导率略高于未掺杂样品;由于综合电性能的显著提高,Bi_0.2Pb_0.8CuSeO在773 K获得最大热电优值0.54,相比未掺杂样品提升25%。

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DFT-MBJ方法研究S掺杂R3c-ZnTiO₃的电子结构和光吸收性质

赖国霞, 李耀煌, 何文彬, 关雅伦, 卞映媚, 陈星源, 李天乐, 徐祥福

功能材料. 2020, 51(8): 8128-8132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.020

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采用基于密度泛函理论(DFT)和Modified Becke-Johnson(MBJ)势方法计算了R3c-ZnTiO₃的电子结构和光吸收性质。计算结果表明本征R3c-ZnTiO₃吸收很少的可见光,S掺杂R3c-ZnTiO₃形成明显的S缺陷能级可以降低体系的带隙,促进可见光的吸收。随着S掺杂浓度增大的时候,对可见光吸收增强的效果更加的明显。计算的价带顶(VBM)和导带底(CBM)电荷分析表明S掺杂R3c-ZnTiO₃时S原子占据主要的VBM电荷,同时容易发生VBM的S原子电荷向CBM的Ti原子电荷跃迁,拓展了R3c-ZnTiO₃在光伏半导体方面的应用。

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PW₁₂/MoS₂复合材料的制备及其光催化性能

郭伟华, 初冬雪, 曲小姝

功能材料. 2020, 51(8): 8133-8138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.021

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首先采用水热法合成了球花状硫化钼(MoS₂),并将其与磷钨杂多酸(PW₁₂)复合,采用SEM、XRD、EDS、FT-IR和UV-DRS等手段对复合材料(PW₁₂/MoS₂)进行了表征和分析。以刚果红为目标降解物,对PW₁₂/MoS₂的光催化性能进行研究,探究了催化剂用量对复合材料光催化降解性能的影响。研究结果证明:PW₁₂/MoS₂复合材料的带隙宽度为2.46 eV。与单独MoS₂相比,MoS₂和PW₁₂复合后,增强了光生电子-空穴的分离,光催化活性有明显提高。经过120min的光照后,对刚果红的降解效率为由38.70%提高到69.76%。此外,样品二次使用时,其光催化活性仍然能够保持63.87%。

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本征态聚苯胺/聚丙烯驻极体复合过滤材料的制备与性能

朱博, 王进美, 刘可欣

功能材料. 2020, 51(8): 8139-8145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.022

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为研究本征态聚苯胺对非织造过滤材料的驻极性能和过滤性能的影响,制备具有良好性能的非织造复合材料。采用原位聚合法制备了本征态聚苯胺/聚丙烯(PANI/PP)复合材料,通过SEM扫描电镜对复合材料的表面形态进行了表征,测试分析及比较本征态聚苯胺/聚丙烯(PANI/PP)复合材料和PP材料电晕驻极后的表面静电势和电荷储存性能及过滤性能。实验结果表明,本征态聚苯胺/聚丙烯(PANI/PP)复合材料具有较好的驻极性能,本征态聚苯胺(PANI)能够大幅提升聚丙烯(PP)材料的表面静电势,同时在最佳驻极条件下本征态聚苯胺/聚丙烯(PANI/PP)复合材料比聚丙烯(PP)材料的电荷储存性能更加稳定,电荷保留率为60%左右,且过滤效率高出20%左右。

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椰壳纤维炭磺酸的制备及其催化性能研究

邵东旭, 郑冬梅, 罗肖雪, 任超, 李秀萍, 冯照艳, 邢孔强

功能材料. 2020, 51(8): 8146-8152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.023

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以海南椰壳纤维为原料,采用减压热解炭化的方法制备椰壳纤维炭材料,以发烟硫酸作为磺化剂制备椰壳纤维炭磺酸。采用FTIR、DSC-TGA和SEM等分析手段对椰壳纤维炭磺酸进行结构及形貌表征,并将其用于催化合成乙酸乙酯反应研究。实验结果表明,成功制得椰壳纤维炭磺酸,其适宜的制备条件为:炭化温度300 ℃、炭化时间2 h、20%发烟硫酸作磺化剂、磺化时间3 h、磺化温度90 ℃、炭材料的质量与磺化剂的体积之比1∶32 g/mL。通过FTIR分析表明炭材料磺化后出现磺酸基团特征峰,通过DSC-TGA分析表明该酸中心在180 ℃以下稳定,通过SEM观察发现椰壳纤维炭磺酸材料表面具有大量密集网状孔洞,比表面积大,有利于催化反应进行。催化实验结果表明,在以椰壳纤维炭磺酸为催化剂合成乙酸乙酯反应中产率可达91.74%,椰壳纤维炭磺酸循环使用4次催化活性依然较高。

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CaO掺杂对镁铝硅系微晶玻璃结构与性能的影响

夏奇, 王志勇, 李波

功能材料. 2020, 51(8): 8153-8157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.024

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采用高温熔融法制备镁铝硅系微晶玻璃,研究了CaO掺杂对晶相组成、微观形貌以及抗弯强度、热膨胀系数、介电性能的影响,并基于Arrhenius恒定升温速率模型计算出烧结活化能。结果表明,由于Ca原子进入玻璃网络中,CaO加入有效降低玻璃的软化点及析晶温度,改变玻璃的析晶倾向,同时显著降低烧结活化能,并促进微晶玻璃的烧结过程。次晶相(MgAl₂Si₃O₁₈)_0.6的增加导致微晶玻璃的热膨胀系数提高,而抗弯强度的提升与体积密度的增大及高热膨胀相产生的内应力有关。当CaO掺杂量为3%(质量分数)时,在950 ℃烧结获得最佳性能:抗弯强度为152 MPa、热膨胀系数为3.52×10^-6/℃、介电常数为5.89、介电损耗为1.85×10^-3。

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负载芒刺状多元过渡金属氧化物的多孔碳材料的制备及电催化性能

夏志伟, 李生娟, 吴昆, 赵文艺, 徐以祥, 霍云浩

功能材料. 2020, 51(8): 8158-8164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.025

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以原位蒸发造孔工艺制备的三维多孔碳材料(PCMs)为载体,通过水热法制备负载多元过渡金属氧化物的复合电催化材料Co₂NiO₄/PCMs和Ni-MnCo₂O_4.5/PCMs。SEM形貌表征显示芒刺状的金属氧化物负载在PCMs上,芒刺直径最小为(60±10)nm,由于PCMs的存在催化剂的比表面积明显增大。复合催化剂Ni-MnCo₂O_4.5/PCMs具有优异的氧还原性能和良好的稳定性,氧还原反应中极限电流密度达到-6.65 mA/cm²,电子转移数约为3.91,在持续进行30 000 s后电流密度仍保持在95.06%左右。低成本高性能的阴极材料制备工艺将大大加快催化材料在金属空气电池中的有效应用。

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成型压强对FeSiB磁粉芯磁性能的影响

王尧, 朱乾科, 陈哲, 张克维

功能材料. 2020, 51(8): 8165-8169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.026

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磁粉芯作为软磁材料的新兴发展成果相较于传统软磁材料在电力电子方面有着巨大的应用潜力。本文以气雾化FeSiB磁粉末为原料,经过预处理、包覆、成型压制和退火处理等过程制备了FeSiB磁粉芯,并研究了不同成型压强对磁粉芯磁性能的影响。结果表明,经钝化处理后的FeSiB粉末相比于未钝化粉末具有更稳定、致密的表面包覆层,提高了磁粉芯的电阻率、降低了磁损耗。对比不同成型压强下磁粉芯的磁性能,得出随着压强的增加,磁粉芯的磁导率先增加后减小,且在较宽频率范围内有着稳定的频率特性,当成型压强为1 400 MPa,f为100 kHz,B_m为50 mT时,磁粉芯表现出良好的软磁性能,其中磁导率为17.66,磁损耗为103.04 W/kg,Q值为64.34。

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Y₂O₃对Micro-FAST制备铜基复合材料组织与性能的影响

汤若梅, 杨刚, 吴明霞

功能材料. 2020, 51(8): 8170-8174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.027

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采用多物理场活化烧结微成形技术(Micro-FAST)制备了Y₂O₃/Cu复合材料。对复合材料的相对密度、硬度、电导率进行了测试并对其显微组织进行了观察,研究了增强相Y₂O₃的添加量对复合材料组织及性能的影响。结果表明,随着Y₂O₃含量的增加,复合材料的相对密度、硬度及电导率均表现出先增加后降低的趋势,且各性能均在添加的Y₂O₃质量分数为1.0%时达到峰值。其中,相对密度高达99.91%,显微硬度及电导率分别达到75.8 HV和 50.26 MS/m,复合材料的综合性能达到最优。Y₂O₃/Cu复合材料的各项性能均明显优于纯铜烧结试样,Y₂O₃增强相的作用明显。

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三维石墨烯的可压缩性能及在超级电容器中的应用

张素玲, 王松, 徐强, 董青, 韩继勇, 高俊琳, 万星辰, 卢艳红

功能材料. 2020, 51(8): 8175-8182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.028

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以氧化石墨烯为原料,通过水热反应和高温焙烧过程制备了三维石墨烯柱状体材料。采用机械力学测试方法分析三维石墨烯的可压缩性能,将其作为超级电容器的电极材料测试其电化学性能。结果表明,三维石墨烯呈多孔网状结构,具有良好的可压缩性能和机械性能。电极片厚度为2 mm,铝塑外包尺寸为5 cm×6 cm的对称超级电容器在电流密度为0.1 A/g下比电容为175 F/g,在电流密度为1 A/g下充放电循环10 000次后比电容保持率为81.9%。在加载不同大小压力压缩状态下,其保持了良好的电容性能。

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磁控溅射本底真空度对制备高锰硅的形貌影响

潘王衡, 张晋敏, 谢杰, 冯磊, 贺腾, 王立, 肖清泉, 谢泉

功能材料. 2020, 51(8): 8183-8188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.029

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基于当前不同研究者在研究高锰硅过程中选用的本底真空度区间跨度过大的现状,本文以本底真空度为变量,在Si衬底上沉积锰膜,对不同本底真空度下获得的Mn/Si膜同时进行Ar气氛退火处理,退火前后的样品均用SEM对其形貌进行表征,并对结果进行分析,以确定合适的本底真空度参数。结果表明:在10^-3 Pa本底真空度下,退火前薄膜表面的锰粒子会出现明显团聚现象,当本底真空度提高到10^-4 Pa量级时,团聚现象得到显著改善。在4×10^-3~8×10^-4 Pa本底真空度下,锰粒子的分布均匀程度较差。而本底真空度达到7×10^-5 Pa时,薄膜表面会出现碎裂的情况。在溅射用于制备高锰硅的锰膜时,建议本底真空度在5.7×10^-4~7×10^-5 Pa范围内。

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B₂O₃掺杂氧化锌压敏电阻烧结工艺的微观结构和电气特性

程宽, 王雪芹, 刘冬季, 赵洪峰

功能材料. 2020, 51(8): 8189-8193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.030

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研究了在不同烧结温度下制备的直流 ZnO 压敏陶瓷的微观结构和电气特性。通过扫描电子显微镜,电流-电压的伏安特性,电容-电压和从小电流到大电流范围的X射线衍射图测量不同烧结温度下样品的电气参数和微观结构。实验结果表明在1150 ℃下烧结的样品晶粒尺寸比较均匀,非线性系数和泄漏电流分别为66和0.96 μA/cm²,电压梯度为 381 V/mm,直流氧化锌压敏电阻的综合性能达到最优。随着烧结温度的升高,ZnO晶粒尺寸(d)会变大,导致单位长度内晶界数量减少使氧化锌压敏电阻的电压梯度减少。晶粒的尺寸的增加可以阻断三角区的互联互通,使泄漏电流减小。当烧结温度高于1 150 ℃时,会造成Bi₂O₃的挥发使非线性系数降低。获得电压梯度为381 V/mm 的直流氧化锌压敏电阻有利于优化超高压避雷器结构、电阻柱上的电位分布更加均匀。综上所述,制备B₂O₃掺杂的氧化锌压敏电阻配方最佳的烧结温度为1 150 ℃。

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大豆油基Al₂O₃纳米流体的悬浮稳定性及抗磨减摩性能研究

彭锐涛, 贺湘波, 童佳威, 唐新姿, 吴艳萍

功能材料. 2020, 51(8): 8194-8199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.031

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通过将纳米Al₂O₃添加至大豆油中来改善其抗磨减摩性能,对比了4种不同分散剂对其在大豆油中悬浮稳定性的影响。采用HRS-2M高速往复摩擦试验机测试了Al₂O₃纳米流体抗磨减摩效果。并用探针三维轮廓仪、接触角测量仪、扫描电镜和能谱仪,研究了Al₂O₃纳米流体的抗磨减摩机理和润湿性能。结果表明十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对纳米Al₂O₃在大豆油中悬浮稳定性最佳。纳米Al₂O₃能有效的提高大豆油的抗磨减摩性能,且当纳米Al₂O₃纳米的含量为2.0%时,接触角最小,抗磨减摩性能最佳,并结合EDS结果分析了其作用机理。

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固溶处理对690保护管耐腐蚀和机械性能影响的研究

刘应龙, 王方军, 刘璇, 马丁, 吴雪琼, 林智勇

功能材料. 2020, 51(8): 8200-8203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.032

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以重庆材料研究院有限公司自行设计制造的690合金坯料加工成形的核级热电偶保护管样品为研究对象,使用电子探针、力学拉伸测试、电化学腐蚀等方法分析了固溶处理对690保护管的力学性能和耐腐性的影响。结果表明,当固溶温度<1 030 ℃时,690保护管的力学性能改善且衰减较小;当固溶温度≥1 030 ℃时,690保护管的力学性能恶化。电子探针扫描(SEM)分析发现,当固溶温度>1 030 ℃时,材料组织晶粒粗大,不利于力学性能保持。电化学腐蚀试验表明,固溶温度为1 030 ℃时,固溶处理的保护管E_corr=-0.01 V和I_corr=-9.09 A/cm²,耐腐蚀性能最优。因此,690保护管在进行固溶处理时,温度在1 030 ℃各项性能指标最佳。

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磁过滤阴极真空弧法制备类金刚石膜的场致发射特性研究

李建, 童洪辉, 王坤, 但敏, 金凡亚

功能材料. 2020, 51(8): 8204-8209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.033

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采用磁过滤阴极真空弧沉积法,在Cu基底表面上制备了以钛(Ti)和碳化碳(TiC)作为过滤层的类金刚石膜层。利用自制的场致发射特性测试设备,研究了类金刚石膜层的场致发射特性。利用拉曼光谱仪(Raman)和扫描电子显微镜(SEM)等分析方法对类金刚石膜的键合结构和微观形貌进行了表征。研究发现,利用磁过滤阴极真空弧沉积法可以在沉积温度100 ℃下制备膜基结合力较好的类金刚石膜。沉积速率为15 nm/min。类金刚石膜具有较好的场致发射特性,开启电压约为40 V/μm。Raman分析得到不同基底偏压下的类金刚石膜的I_D/I_G为1.19~1.57;SEM分析显示薄膜的微观结构上具有微米级突起结构。实验表明,应用磁过滤阴极真空弧方法可以制备出高sp³含量、表面具有微米级突起的类金刚石膜,这种类金刚石膜具有有利于场致发射的特性。

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不同粒径SiO₂气凝胶/聚四氟乙烯复合材料的制备与表征

陈晨, 黄冬梅, 李德, 原琪, 王超逸, 沈一鸣, 胡毅伟

功能材料. 2020, 51(8): 8210-8214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.034

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以不同粒径大小的二氧化硅气凝胶(100、150、200、300目)和聚四氟乙烯为原材料,采用酸碱催化溶胶-凝胶法制备出4组不同的二氧化硅(SiO₂)/聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,以探究不同粒径气凝胶对复合材料结构和性能的影响。通过热重、密度、BET、极限氧指数测试以及X射线衍射等方法对复合材料进行结构和性能的表征。研究结果表明,制备的SiO₂/PTFE复合材料是一种中孔材料,其密度为1.3203～1.5673 g/cm³,比表面积为60～112 m²·g^-1,吸附平均孔径小于50 nm。加入不同粒径大小的SiO₂气凝胶对复合材料的热稳定性影响效果几乎相同。随着加入的 SiO₂气凝胶粒径的减小,BET比表面积与密度变化趋势均为先减小再增大,且变化率逐渐变小。加入不同粒径的SiO₂气凝胶后,复合材料的组成空间结构分布相同仅有晶粒大小差异。

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超疏水锌镍合金镀层的电化学制备

李宏亮, 郭汉杰, 王晓辉, 沈中敏, 苏耀, 彭学诚, 郭佳, 曹丽丽, 薛彦鹏

功能材料. 2020, 51(8): 8215-8220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.08.035

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利用电沉积方法在DH36船板钢表面备了微纳米结构的锌镍合金镀层。采用扫描电镜(SEM)、(EDS)和X射线衍射仪(XRD)和研究了电化学沉积时间对镀层形貌、化学成分和晶体结构的影响。利用接触角测试仪,研究了锌镍合金镀层的润湿性能在PFTEOS修饰前后随电沉积时间的变化。其中沉积时间为3 000 s的微纳米分层结构的锌镍合金镀层,其接触角超过160°,表现为超疏水性。电化学极化曲线测试结果显示,所制备的超疏水锌镍合金镀层的耐蚀性相比于DH36船板钢约提高32倍左右。

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2020年, 第51卷, 第8期　刊出日期：2020-08-30

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