2020年, 第51卷, 第12期　刊出日期：2020-12-30

  

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热点·关注 (2019年度重庆市出版专项资金资助项目)
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  金属硫化物作为锂离子电池负极材料研究进展

  闵永刚, 陈妙玲, 黄兴文, 王凌志, 廖松义, 刘屹东

  功能材料. 2020, 51(12): 12001-12008. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.001

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  综述了通过多种合成/制备策略得到不同尺寸、不同形貌、不同维度的金属硫化物,以及其与石墨烯/碳纳米管等复合材料,包括层状、三明治、中空核壳状及其混合结构等形式的金属硫化物/碳复合材料。应用于锂离子电池负极时,金属硫化物复合材料表现出优异的电化学性能诸如高的放电容量、良好的倍率特性、循环稳定等。此外,我们进一步展望了金属硫化物复合材料作为电池电极材料的应用和开发前景。
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  蒙脱土基脱硝催化剂研究进展

  吴文浩, 程牧雯, 陈曹宏, 徐东

  功能材料. 2020, 51(12): 12009-12014. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.002

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  催化剂的研究是氨气选择性催化还原技术(NH₃-SCR)的重要环节,商业的(V₂O₅-WO₃/TiO₂)催化剂由于其自身的生物毒性,反应温度较高,并且碱金属、重金属中毒失活严重等缺陷,限制了其应用发展,由于蒙脱土作为层状天然粘土矿物材料,由于其具有易改性,良好的酸性并且价格便宜易得等特点,使得其在烟气脱硝方面作为催化剂载体而被大量的研究。主要归纳总结了蒙脱土基催化剂在烟气脱硝方面的主要研究进展,指出其不足之处,以及今后有待提高的研究方向。
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  半导体二氧化锡异质结对胺气敏性能影响的研究进展

  商阳阳, 张康丽, MD.Maruf Ahmed, 赵瑞花, 杜建平

  功能材料. 2020, 51(12): 12015-12019. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.003

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  挥发性有机胺类物质有毒有害,对生态环境和公共健康安全易造成严重影响,实现有机胺的快速检测对于环境污染防治、食品安全监测乃至医疗诊断都具有重要意义。基于二氧化锡半导体气敏材料在检测有机胺中的应用研究进展,现将最近报道的金属氧化物、金属硫化物、碳材料和有机聚合物与二氧化锡形成异质结及对有机胺气敏性能影响的研究工作进行了总结归纳,并对其它二氧化锡异质结材料及其在气敏领域应用的前景进行了展望。
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  VCoNi中熵合金力学性能的温度依赖性研究

  丁晨阳, 施洋, 张长军, 冯颖颖, 孙傲然, 孟令坤, 马文君

  功能材料. 2020, 51(12): 12020-12023. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.004

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  研究了不同温度(77～773 K)的服役条件对VCoNi中熵合金力学性能的影响,采用大变形轧制和短时间退火调控VCoNi合金晶粒尺寸,通过准静态拉伸实验研究了材料力学性能的变化规律并通过微观组织观察对内在机制进行阐述说明。在77 K时,材料内部的大量孪晶和缠绕的位错,使得合金具有优异的综合性能。随着实验温度由293 K升高至573 K,材料延伸率和力学性能保持稳定。当实验温度达到373 K,应力-应变曲线上出现锯齿流变。
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  纳米改性地聚合物胶凝材料述评与展望

  魏晓斌, 李东庆, 明锋

  功能材料. 2020, 51(12): 12024-12035. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.005

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  地聚合物是一种新型绿色胶凝材料,在力学性能和耐久性方面具有诸多优良的性能,同时也存在一些缺点。利用纳米材料的尺寸优势,对地聚合物进行改性是克服其缺点的一条可行途径。系统阐述了纳米材料掺入地聚合物对其拌合物和易性、力学性能和耐久性所产生影响,总结分析了影响机理,探讨了目前纳米改性地聚合物所存在的问题。综合分析后认为,未来的改性研究在进一步揭示影响机理的基础上,重点考虑纳米材料与其他组分的相容性、协同性;精准设计开发出适用于地聚合物反应体系的纳米核壳粒子;定量化、多指标化评价纳米颗粒在水溶液与胶体环境中的分散性。提升纳米改性效能,为未来纳米改性地聚合物研究提供参考。
综述·进展
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  石墨烯基复合材料阻隔性能的研究进展

  李昊, 魏杰, 张亚男, 顾忠伟, 胡玉冰, 姜炜

  功能材料. 2020, 51(12): 12036-12044. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.006

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  阻隔性材料在包装和保护应用中越来越重要,而常见的阻隔聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇等)普遍存在机械强度低、对小分子阻隔性差的缺点,因此开发高阻隔性材料成为新的研究方向。石墨烯是具有较大长径比和比表面积的二维层状纳米填料,在基体材料中能够构建稳定的填料网络,形成曲折的分子移动路径。氧化石墨烯表面存在大量含氧官能团,可以与极性分子形成强烈的相互作用,从而抑制小分子的迁移,提高复合材料的阻隔性能。首先概述了石墨烯及其衍生物的阻隔性能,然后介绍了石墨烯改性以及石墨烯纳米复合材料的制备方法,并对不同改性以及制备方法的优缺点进行了比较,最后基于当前对石墨烯复合材料阻隔性能的研究,重点对其在阻燃抑烟、塑料改性、包装防腐、分离膜与分子过滤、橡胶等领域的应用进行介绍,对石墨烯作为填料增强复合材料阻隔性能的研究进行一个展望。
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  低频吸声材料的研究进展

  敖庆波, 王建忠, 李烨, 马军, 吴琛

  功能材料. 2020, 51(12): 12045-12050. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.007

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  介绍了4种典型低频吸声材料的研究进展,包括穿孔板复合材料、金属泡沫复合材料、声学超材料、金属纤维多孔复合材料。穿孔板、金属泡沫材料、金属纤维多孔材料均存在单独使用时,中高频吸声性能好,低频吸声性能差的缺点,为解决低频噪声治理难的问题,利用两种或多种材料进行复合,添加空气层,增加薄膜材料等等,得到了低频性能优异的新型低频吸声材料及结构。限域空间对吸声材料提出了小尺寸的要求,并从机械加工性、使用寿命和批量生产等综合考虑,金属纤维多孔复合材料是治理低频噪声最具发展前景的应用型材料。
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  矿化纤维素的研究进展及发展趋势

  杨蕾, 陈春涛, 孙东平

  功能材料. 2020, 51(12): 12051-12057. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.008

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  纤维素是自然界中含量最丰富的天然高分子,具有可再生、可降解、生物相容等优点,是一种优异的生物质基体材料。但是它热稳定性不佳,与疏水材料相容性差,易受真菌和细菌腐烂影响,不适用于高性能材料的工程设计。纤维素的网状结构,高比表面积和数目众多的羟基有利于无机物的包覆,通过矿化可以降低纤维素的吸湿性并防止真菌和细菌的腐烂,同时赋予材料新的性能,对于拓展纤维素的应用具有显著优势。介绍了纤维素及其仿生矿化的特点,综述了各类矿化纤维素复合材料的研究现状,并对其性能进行了探讨,进而对矿化纤维素材料的研究发展前景予以展望,希望为制备性能更加良好的复合纤维素材料提供参考。
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  水体典型污染物的生物炭去除机理研究进展

  陈可欣, 贺敏婕, 张杰, 彭书明

  功能材料. 2020, 51(12): 12058-12064. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.009

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  生物炭是无氧或限氧条件下热解获得的富碳固体材料,具有丰富的表面官能团和巨大的比表面积,能够高效吸附环境介质中存在的多种污染物,在水体净化方面具有巨大的应用前景。为了推动生物炭在环境污染物修复方面的发展和应用,介绍了生物质原料、热解方式及热解温度等主要因素对生物炭物化特性的影响,归纳分析了生物炭去除水体中重金属离子、无机非金属盐及有机污染物的主要作用机理,为生物炭材料制备、改造和工程化应用提供理论基础。在此基础上,对生物炭作为吸附剂存在的问题进行了总结,提出了未来生物炭吸附剂的发展方向。
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  WO₃气敏传感材料及器件的研究进展

  曾吉阳, 荣茜, 邓细宇, 邝鑫雅, 字包叶, 马艺文, 柳清菊

  功能材料. 2020, 51(12): 12065-12071. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.010

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  随着人类的发展与社会的进步,人们对身边的环境问题越来越重视,尤其是对有毒有害气体的检测,而金属氧化物气敏传感器就可以解决这一问题。金属氧化物半导体气体传感器由于小巧、成本低廉、使用便捷、响应迅速等特点而被广泛的研究与应用。三氧化钨(WO₃)作为一种典型的n型半导体气敏材料,因其独特的气敏性能在检测各种有毒有害气体方面引起了广泛关注。传感材料的结构与形貌、暴露晶面、氧化物和贵金属的引入对改善材料的气敏性能起着关键性的作用。总结了近几年对一维,二维和三维WO₃材料的合成、界面的调控和对其改性方法、气敏性能的研究及相关机理的分析,提出了目前基于WO₃的气敏传感器研究过程中存在的问题,并对其未来发展趋势进行了展望。
研究·开发
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  MnCeO_x/凹凸棒土催化剂的制备、表征及常温催化氧化性能

  陶涛, 肖瑶, 胡宇欣, 杜沁熹, 黄琼, 陈敏东, 黄伟

  功能材料. 2020, 51(12): 12072-12079. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.011

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  以甲醛、苯系物为代表的室内空气污染俨然已成为当今人们日常生活所面临的主要环境问题之一。常用净化室内挥发性有机物的方法主要有吸附、光催化氧化、低温等离子体以及催化氧化技术等,其中常温催化氧化因具有净化效率高、稳定性高、无二次污染、适用范围广等优点而备受关注。为此,本文以MnCeO_x为活性组分,以多孔凹凸棒土、高岭土等为粘合剂,研制负载型MnCeO_x/凹凸棒土和一体化MnCeO_x-凹凸棒土催化剂,探索负载量、制备工艺、组分配比以及结构形貌等对催化剂常温催化氧化甲醛性能的影响。研究表明,负载型催化剂的氧化活性随着负载量的增加而提高,其中采用溶液混合法效果最佳;而不同组分的一体化催化剂其氧化活性不尽相同,以凹凸棒土和氢氧化铝混合为佳。
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  聚乳酸/聚乳酸接枝聚多巴胺复合材料的制备及性能研究

  章晶晶, 杨雯迪, 施冬健, 陈明清

  功能材料. 2020, 51(12): 12080-12087. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.012

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  聚多巴胺纳米粒子(PDA NPs)可在一定程度上提高聚合物的分解温度与力学性能,但由于PDA NPs在聚合物基质中分散性及相容性差,可能导致复合材料的力学性能不好。为了改善其性能,本文选用PDA NPs开环丙交酯(LA)进行聚合,制备聚乳酸接枝聚多巴胺(PDA-PLA)复合纳米粒子,以此作为纳米填料,制备了聚乳酸/聚乳酸接枝聚多巴胺(PLA/PDA-PLA₁₀₀)纳米复合材料。结果表明,由于相容性和分散性的改善,PDA-PLA₁₀₀复合纳米粒子降低了PLA的冷结晶温度(T_c),提高了复合材料的结晶度(X_c),并对PLA起到了一定的增强和增韧的效果,其拉伸强度最高可达78.37 MPa。同时,PDA-PLA₁₀₀的加入显著提升了复合材料的紫外屏蔽性能,在极少添加量(0.5%(质量分数))时,即可使复合材料对UVA和UVB的屏蔽性能提高两倍以上,屏蔽率最高分别达到92%和94%。进一步将PDA-PLA₁₀₀复合纳米粒子的含量提高到1%(质量分数)后,复合材料对UVA和UVB的屏蔽率均大于99%。
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  HPMC改性PVA薄膜易氧化物残留研究

  陈祖国, 杨福馨, 李绍菁, 杨菁卉, 王劲阳

  功能材料. 2020, 51(12): 12088-12093. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.013

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  为了研究添加不同质量分数羟丙基甲基纤维素(HPMC)对聚乙烯醇(PVA)薄膜中易氧化物残留和物理特性的影响,将HPMC作为改性剂,按照0、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%的比例添加到PVA溶液中,制成薄膜。研究HPMC改性PVA薄膜对其易氧化物残留量、力学性能、阻隔性能、光学性能、微观结构、疏水性能、热稳定性的影响。结果表明,改性剂添加量为0.6%和0.9%时,薄膜中易氧化物残留量最少;其中添加量为0.9%时,薄膜有更好的力学性能、阻隔性能、疏水性能、热稳定性能,可用于食品或药品的包装。
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  过渡金属改性OMS-2催化燃烧二氯甲烷性能研究

  钟丹, 张新华, 熊厚锋, 黄海凤

  功能材料. 2020, 51(12): 12094-12100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.014

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  本文以DCM催化燃烧为模型反应,研究了Sr、Cr、Ce、V四种不同过渡金属掺杂的隐钾锰矿型MnO₂(OMS-2)对其的催化燃烧活性和产物选择性,并通过XRD,N₂-吸脱附,HR-TEM以及Raman光谱进行了系列表征。结果显示,Cr掺杂OMS-2对DCM有良好的催化燃烧活性和HCl选择性,且能显著抑制TCM和CTC多氯副产物的生成,而DCM在Sr,Ce和V掺杂的OMS-2上转化时,会生成一定量的多氯副产物。Raman光谱分析显示Cr 掺杂增大了OMS-2 上的氧空位缺陷浓度,对气相氧的吸附和交换更加容易,因此对DCM有优良的低温燃烧活性和HCl选择性。
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  Ag/Bi₁₂O₁₇Cl₂纳米复合材料的制备及光催化性能研究

  宋月红, 代卫丽, 赵敬哲

  功能材料. 2020, 51(12): 12101-12106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.015

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  采用简单的液相沉淀法制备出了Ag/Bi₁₂O₁₇Cl₂纳米复合材料,利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱 (XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、固体紫外-可见分光光度计(UV-Vis)等对所得产物的晶相和微观形貌进行表征分析。研究了不同摩尔量的Ag的添加对Bi₁₂O₁₇Cl₂光催化活性的影响,并对其光催化机理进行了探索。实验结果表明,Ag的添加量为0.3 mol/L时,所得Bi₁₂O₁₇Cl₂样品光催化性能最好,见光2 h后,对罗丹明B(RhB)光催化降解率可以达到97.14%。
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  高浓度纳米银的制备及其抗菌效果评价

  张金伟, 王瑶, 温永汉, 孙宏斌, 余国枢, 陈武勇

  功能材料. 2020, 51(12): 12107-12112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.016

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  为了制备具有良好稳定性的高浓度纳米银,采用紫外-可见光谱、动态光散射和透射电镜为主要手段研究了不同用量的苯扎溴铵(保护剂)对纳米银胶团粒径和稳定性的影响;然后,将稳定性最好的高浓度纳米银与异噻唑啉酮复配制备了纳米银抗菌剂,并对其抗细菌和抗真菌能力进行了评价。实验结果表明,苯扎溴铵用量过少时不足以完全负载纳米银,用量过多时也会对其稳定性产生负面影响,用量适中才能制得粒径均一、胶团稳定的纳米银溶液。当苯扎溴铵用量为8×10^-3 g/mL时,所制备的纳米银溶液具有较好的稳定性,平均粒径约30 nm,银浓度为原配方的10倍,达2.4×10^-4 g/mL。该纳米银与异噻唑啉酮按质量比100∶0.8复配后制得的纳米银抗菌剂具有广谱、高效的抗菌效果,对大肠杆菌的最小抑菌浓度仅为1.0 μg/mL,对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度为2.0 μg/mL,对黑曲霉和粘性红圆酵母的最小抑菌浓度为4.0 μg/mL。总之,通过增加苯扎溴铵用量的方法可以大幅提高纳米银浓度,有利于纳米银抗菌剂的产业化和推广应用。
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  ZnO/Cu₂O复合光催化剂的制备及光催化性能研究

  黄凤萍, 邹正波, 周鑫敏, 李春花, 刘博学, 丁力

  功能材料. 2020, 51(12): 12113-12119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.017

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  采用水热法,通过调控Zn²⁺与Cu²⁺摩尔比制备出不同摩尔比的ZnO/Cu₂O复合光催化剂,结合XRD、SEM、XPS、EDS等表征手段,对ZnO/Cu₂O复合材料晶体结构、元素组成、形貌分析进行表征,并在可见光下对甲基橙进行光催化降解反应。结果表明,当Zn²⁺和Cu²⁺摩尔比为3∶1时,水热法合成的ZnO/Cu₂O复合光催化剂对甲基橙表现出最优的光催化性能,90 min内对MO的降解达到93.8%,五次循环降解实验后样品对甲基橙的降解率仍可达88.2%;另外ZnO与Cu₂O之间形成的复合结构,有效抑制Cu₂O光生电子-空穴的复合,从而使得ZnO/Cu₂O复合光催化剂催化效果和稳定性显著提高。
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  固相法合成磁性可回收锰系离子筛及其锂吸附性能研究

  李文杰, 高建明, 赵茜, 郭彦霞

  功能材料. 2020, 51(12): 12120-12125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.018

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  以LiOH·H₂O、MnO₂、Fe₂O₃为原料,通过固相法合成具有亚铁磁性尖晶石型Li_1.33Mn_1.67-xFe_xO₄,经酸洗后制备得到磁性可回收锂离子筛。重点考察了合成过程中煅烧温度、煅烧时间及不同铁掺杂量对合成的锰系锂离子筛吸附性能及其溶损的影响。结果表明:随着煅烧温度及时间的增加,吸附容量及锰溶损均逐渐减小;铁的掺杂可以有效降低锰溶损,但随着掺杂量的增加,锂吸附容量在减小。当铁掺杂量控制在0.05,煅烧温度和时间分别为450 ℃、6 h时合成的离子筛锂的吸附容量为25.2 mg/g,一次吸-脱附Mn溶损降低为0.69%,且在外加磁场的作用下能实现快速回收利用。经5次循环利用后,锂的吸附容量仍保持在18.8 mg/g。
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  磁性纤维素基@ZnFe₂O₄碳气凝胶纳米复合材料制备及光催化性能研究

  赵欢欢, 丁成立, 岳盼

  功能材料. 2020, 51(12): 12126-12134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.019

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  通过一锅法运用共沉淀的原理将铁酸锌负载到纤维素水凝胶上,采用冷冻干燥技术形成纤维素基@ZnFe₂O₄复合气凝胶,将其置于管式炉中600 ℃无氧煅烧2 h,获得纤维素基@ZnFe₂O₄碳气凝胶纳米复合材料。通过FT-IR、 XRD、 SEM、XPS、 VSM、 BET等表征手段对材料形貌和结构进行分析,纤维素基@80%ZnFe₂O₄碳气凝胶纳米复合材料展现出117.68 m²/g的比表面积以及超顺磁性。选择亚甲蓝(MB)充当污染物,用氙灯来模拟太阳光对材料进行性能测试。性能测试实验表明,纤维素基@80%ZnFe₂O₄碳气凝胶纳米复合材料材料具有较好的吸附与光降解的协同效果,材料在碱性条件下更适合光降解,0.1 g纤维素基@80%ZnFe₂O₄碳气凝胶纳米复合材料对100 mg/L的MB溶液降解率达到93.6%,经过四次循环实验之后,对40 mg/L的MB溶液的移除率仍然能达到97.3%。
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  碱激发地聚物中氯离子对硫酸根离子的影响

  吕擎峰, 陈臆, 赵彦旭, 单小康, 谷留杨

  功能材料. 2020, 51(12): 12135-12141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.020

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  利用X射线衍射试验(XRD)、傅里叶变换红外光分析(FTIR)、扫描电镜(SEM)、压汞试验(MIP)和核磁共振(NMR)等试验研究碱激发地聚物中氯离子对硫酸根离子的影响机理。试验表明:硫酸钠掺量一定时,随着氯化钠掺量的增加地聚物28 d无侧限抗压强度不断下降。氯离子会抑制粉煤灰基地聚物中钙矾石(AFt)的生成,氯化钠溶液混入净浆迅速生成Friedel盐(FS)。随着氯化钠的不断增加,微裂隙增多,孔隙直径增大,孔隙体积增大。核磁共振图谱中强峰逐渐向右移动,粉煤灰玻璃体硅氧多面体网络结构部分低聚硅氧四面体结构基团Q₀没有提高反而降低,高聚硅氧四面体结构基团Q₄不降低反而提高。粉煤灰基地聚物中氯离子对硫酸根离子有一定的抑制作用。
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  嵌段比对左旋聚乳酸基立构复合物结晶行为及形貌的影响

  陈晓浪, 白竹煜, 吴一帆, 陈少棚

  功能材料. 2020, 51(12): 12142-12146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.021

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  聚乳酸具有优异的生物相容性及生物可降解性,是热塑性塑料理想的替代品,但结晶性、耐热性较差等缺点限制了其发展。本文以左旋聚乳酸( PLLA) 为聚合物基体、右旋聚乳酸-聚乙二醇-右旋聚乳酸(PDLA-PEG-PDLA) 三嵌段共聚物作为改性剂,通过溶液共混方法制备了PLLA/PDLA-PEG-PDLA共混物。通过红外光谱 ( FTIR)、X射线衍射( XRD) 、差示扫描量热仪( DSC)和偏光显微镜(POM)研究了PDLA-PEG-PDLA 的嵌段比变化对PLLA基共混物结构、结晶行为和结晶形貌的影响。结果表明,PDLA-PEG-PDLA三嵌段共聚物的添加,共混体系生成了PLA 立构复合结构,其晶体结构、结晶行为与形貌与纯的PLLA相比均产生了较大的差异。而且,嵌段共聚物的嵌段比的改变也对PLLA/PDLA-PEG-PDLA共混物的结构、结晶行为与形貌产生了较大的影响。
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  絮凝材料与淤泥有机质含量的匹配规律及机理研究

  蹇守卫, 黄伟超, 李宝栋, 高欣, 高文斌, 杨欣

  功能材料. 2020, 51(12): 12147-12154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.022

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  工程上通常使用絮凝材料来改善淤泥的脱水效果,淤泥有机质含量的差异导致了絮凝材料在不同淤泥中具有不同的脱水效果。以3种有机质含量淤泥为研究对象,用4种絮凝材料进行了试验,以沉降柱曲线、浊度、比过滤阻力、絮体含水率为指标,得出了与不同有机质含量淤泥相匹配的絮凝材料种类和掺量:对高有机质淤泥,选用CPAM,最佳掺量为250 mg/L;对中有机质淤泥,选用PAC,最佳掺量为200 mg/L;对低有机质淤泥,选用PFS,最佳掺量为100 mg/L。通过匹配后,高、中、低有机质淤泥的比过滤阻力分别下降46.8%、69.4%、65.4%,絮体含水率分别降低15.1%、35.9%、32.3%,相比原淤泥脱水效果改善明显。通过Zeta电位对絮凝材料的作用机理进行了研究,结果表明,高有机质含量淤泥具有高Zeta负电位,需采用分子量高的CPAM以增强吸附电中和作用和吸附架桥作用。在中、低有机质淤泥中,PAC和PFS会极大促进淤泥絮凝成团,而絮凝材料浓度过大时,絮体则难以聚集成团。该研究对淤泥脱水工艺上絮凝材料种类及掺量的选择具有指导意义。
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  钡铁氧体耦合过氧化氢光催化降解1,2,4-酸

  罗丹丹, 原金海, 周婧, 奚锐, 敖柳燕, 宁俊杰, 许静

  功能材料. 2020, 51(12): 12155-12160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.023

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  采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备钡铁氧体,用SEM、XRD、FT-IR、UV-vis等方法对钡铁氧体的形貌结构、禁带宽度和磁性进行表征分析。以钡铁氧体耦合过氧化氢为体系,研究其紫外光催化效率。结果表明制备的钡铁氧体为硬磁性材料,禁带宽度约为1.89 eV。当钡铁氧体用量为2 g/L,H₂O₂用量为1 mL,废水pH值为10.13,催化降解1,2,4-酸(10 mg/L )的降解率可达94.51%。
工艺·技术
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  木醋对生物炭负载腐植酸固化土壤中萘的影响研究

  朱军峰, 高薇春, 季勇, 王晶, 葛磊, 牛育华

  功能材料. 2020, 51(12): 12161-12166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.024

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  制备了木醋液改性生物炭粉负载腐植酸(BC-HA/WV)新型土壤修复材料,研究了其组成、施用量和老化时间等因素对萘污染修复效果的影响。结果表明,木醋液改性生物炭粉负载腐植酸对萘的固化率达到68.63%,比生物炭粉负载腐植酸提高了18.92%,修复材料最佳组成为生物炭粉与腐植酸和木醋液质量比为1.5∶1∶1;1 kg污染土壤的最佳施用量为25 g;固化率与老化时间成正比,萘与土壤接触的时间越长,其在土壤中迁移的效率越低。经FT-IR、UV、XPS、GC-MS等分析发现木醋液能促进修复材料与萘间形成分子间氢键,增强修复材料的固化能力。
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  三维凹凸棒石的制备及其对孔雀石绿的吸附性能

  宋艳晖, 董玲玉, 张托弟, 郭鹏然, 张婷, 王毅

  功能材料. 2020, 51(12): 12167-12173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.025

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  以甲苯二异氰酸酯(TDI)为耦合剂、不同链段长度的二元醇为键合剂制备了系列三维凹凸棒石,分析了二元醇链段的长度、TDI与二元醇的摩尔比例对三维凹凸棒石吸附孔雀石绿的影响;研究了三维凹凸棒石吸附孔雀石绿的热力学和动力学特性。研究结果表明:以聚乙二醇600为键合剂、TDI与聚乙二醇600摩尔比为1∶0.5,制备的三维凹凸棒石对孔雀石绿吸附性能最佳,吸附过程符合Langmuir等温吸附方程,吸附焓变和熵变分别为5.14 kJ·mol^-1和41.40 J·mol^-1·K^-1,表现为自发的物理吸附,遵循准二级动力学方程。
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  活性炭表面性能对负载的铈基催化剂脱硝性能和抗硫性能的影响

  黄利华, 华坚

  功能材料. 2020, 51(12): 12174-12179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.026

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  以硝酸和尿素对活性炭进行表面改性,考察了活性炭表面性能对负载的铈基催化剂活性和抗硫性能的影响。采用N₂吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、XPS等技术对催化剂结构和性能进行了表征。结果表明,催化剂的活性与抗硫性能与其表面酸性,表面官能团的种类与数量有关。硝酸处理活性炭可增强其表面酸性,增强活性炭与CeO₂之间的相互作用,提高催化剂上CeO₂的分散性、表面吸附氧和Ce³⁺比例,从而显著提高催化剂的活性和抗硫性能。尿素处理活性炭显著提升了催化剂中含氧官能团和N-6碱性官能团的量,大量含氧官能团的存在增加了活性炭表面不稳定基团的量,而大量的N-6官能团则降低了表面酸性,二者的共同作用减弱了活性炭与CeO₂之间的相互作用,使活性组分分散性,表面吸附氧和Ce³⁺比例降低,并最终导致了所负载的铈基催化剂活性和抗硫性能的下降。
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  掺杂Y₂O₃制备高非线性和低泄漏电流的SnO₂压敏电陶瓷

  范少华, 赵洪峰, 梁温馨, 康加爽, 谢清云

  功能材料. 2020, 51(12): 12180-12183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.027

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  SnO₂压敏陶瓷是一种新型的高非线性、高梯度压敏陶瓷。它在酸性和碱性环境中都有良好的稳定性,这使得它非常适合户外工作。但目前SnO₂压敏电阻的综合性能还不能与主流的ZnO压敏电阻相媲美,特别是在非欧姆特性方面还需要更进一步提高。在以SnO₂·CoO·Nb₂O₅·Cr₂O₃的基础配方上通过添加不同含量的Y₂O₃,用传统工艺烧结来探究综合性能更加优异的SnO₂压敏电阻。并通过对样品进行扫描电镜(SEM)、电流-电压(E-J)、电容-电压(C-V)、X射线衍射等的测量,研究SnO₂压敏电阻电学特性的形成机理。结果表明,当加入0.02mol % Y₂O₃时,样品的电学性能最好(电压梯度为763V/mm,漏电流为10.31 μA/cm²,非线性系数为47.5)。本研究对探索高非线性、低泄漏电流的SnO₂变阻器具有重要的参考价值。
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  烷基取代环丁烷型聚酰亚胺液晶取向膜的制备及性能

  职欣心, 魏鑫莹, 祁浩然, 吴昊, 张燕, 刘金刚, 刘艳改

  功能材料. 2020, 51(12): 12184-12191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.028

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  以甲基顺丁烯二酸酐(MMA)为原料,以乙酸乙酯为溶剂,利用紫外光(波长:365 nm)辐照环加成工艺制备了1,3-二甲基-1,2,3,4-环丁烷四酸二酐(MCBDA)。采用MCBDA分别与柔性芳香族二胺单体,包括1,3-双(3-氨基苯氧基)苯(133APB)和 2,2′-双[(4-氨基苯氧基)苯]六氟丙烷(BDAF)通过两步化学亚胺化工艺制备了两种有机可溶性聚酰亚胺(PI)树脂,PI-1(MCBDA-133APB)与PI-2(MCBDA-BDAF)。两种树脂在极性非质子性溶剂,如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中具有良好的溶解性。采用PI/NMP溶液成功制备了无色透明PI薄膜。系统研究了脂环结构对PI薄膜耐热性能以及光学性能的影响。研究结果表明,PI薄膜具有良好的耐热稳定性。PI-1与PI-2薄膜的起始热分解温度(T_5%)分别为436.0与450.9 ℃。同时,PI薄膜在可见光区(400~700 nm)具有优良的光学透明性。PI-1与PI-2薄膜在450 nm波长处的透光率分别为76.0%和86.0%,薄膜的黄度指数(b^*)分别为2.06和1.64,浊度均低于1.0％。采用PI-1与PI-2溶液作为液晶分子取向膜装配了液晶盒。测试结果显示,PI-1与PI-2取向膜对液晶分子均具有良好的取向效果,预倾角分别为1.3°和4.4°。PI-1装配的液晶盒的电压保持率超过98.00%。
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  基于太阳能集热蓄热的相变微胶囊的制备及微观形态表征

  陈红兵, 赵瑞, 王聪聪, 龚雨桐, 李宝武, 孙俊辉

  功能材料. 2020, 51(12): 12192-12197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.029

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  采用原位聚合法制备出以二十二烷为核,二氧化钛为壳的相变微胶囊。通过DSC测试发现添加5%液体石蜡的混合石蜡的相变潜热值最高,在升温阶段的相变潜热值为174 J/g,相变温度为45.5 ℃,放热阶段的相变潜热为178 J/g,相变温度为35.5 ℃。其各项性能符合本课题中相变微胶囊芯材的各项指标要求。对相变微胶囊微观结构进行了电镜测试,结果表明,本文所制备的相变微胶囊粒径在2~5 μm之间,呈圆球状,结构完整,表面均匀光滑,未见破损或较大团聚颗粒存在,且颗粒见分散性较好。相变微胶囊的表面化学元素仅包含Ti元素及O元素两种化学元素,二氧化钛将二十二烷完全包覆,不存在其他杂质。为今后相变微胶囊应用于太阳能PV/T集热系统载热流体提供了有利的理论基础及数据支持。
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  环氧树脂/聚氨酯复合改性沥青及其混合料性能研究

  张增平, 孙佳, 王封, 彭江, 常鹏涛, 刘义琛

  功能材料. 2020, 51(12): 12198-12203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.030

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  针对环氧沥青柔韧性差、低温下沥青路面易产生裂缝的缺陷,本研究选用环氧树脂(EP)、聚氨酯(PU)和90号基质沥青制备EP/PU复合改性沥青,并以此为结合料制备了AC-13沥青混合料。利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)和原子力显微镜(AFM)对EP/PU复合改性沥青反应机理和微观结构等进行了分析;通过车辙试验、小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验分别研究了EP/PU复合改性沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性,并与环氧沥青混合料和PU改性沥青混合料进行性能对比。结果表明,复合改性过程中环氧基、酸酐羰基C=O、-NCO以及-OH可以进行化学反应,生成醚键C-O-C和酯基C=O;与基质沥青相比,复合改性沥青中“蜂形”结构不明显,连续相与分散相边界模糊,表面粗糙度增加,与集料接触面积增加。EP/PU复合改性沥青混合料拥有良好的综合路用性能。EP/PU复合改性沥青混合料高温稳定性和水稳定性相较于环氧沥青混合料有所降低,但低温抗裂性得到改善。
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  多孔SiC陶瓷膜的制备与废水处理性能的表征

  陈俐

  功能材料. 2020, 51(12): 12204-12208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.031

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  以碳化硅(SiC)粉末为原料,氧化铝(Al₂O₃)和氧化钇(Y₂O₃)为添加剂,石墨粉、聚甲基丙烯酸甲酯(PMAA)为造孔剂,采用氧化烧结技术制备了多孔SiC陶瓷膜。采用XRD、SEM分析了多孔SiC陶瓷膜的物相组成及微观形貌,研究了造孔剂对多孔SiC陶瓷膜孔隙率、孔径分布、挠曲强度的影响。结果表明,PMAA作为造孔剂制备的P-SiC陶瓷膜具有良好的孔隙率、孔径分布、挠曲强度,孔隙率可达51%(质量分数)、平均孔径为0.69 μm、挠曲强度为(28.04±0.48)MPa。XRD和SEM结果显示,P-SiC陶瓷膜主要晶相为SiC、Al₂O₃和YAlO₃;P-SiC陶瓷膜中SiC晶体以球形颗粒为主,颗粒间间距均匀,颗粒与颗粒间相互结合形成牢固的多孔结构,颗粒直径大于气孔孔径。油水分离试验结果表明,试验开始前10 min,膜通量急速下降,50 min后,膜通量趋于稳定,达到平衡。当乳液流速为2 L/min、压力为2.0 bar时,P-SiC陶瓷膜稳态膜通量为726 L/(m²·h),截留率为86.5%。
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  微纳复合结构黑硅的制备及其近红外光谱特性

  张文豪, 陈乐健, 曹金乐, 吴立志, 沈瑞琪, 叶迎华, 张伟

  功能材料. 2020, 51(12): 12209-12214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.032

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  具有高效抗反射微结构的黑硅材料在光电领域具有重要的应用价值。采用两步金属辅助化学刻蚀法制备了“金字塔”硅和“金字塔—纳米线”微纳复合结构黑硅材料;依次采用场发射扫描电子显微镜,近红外光谱仪和拉曼光谱分别对样品的微观形貌,反射率和结构性质进行了表征;采用量子限制模型(QCM)解释了黑硅的拉曼光谱散射光强度明显增强的机制;并采用陷光模型及多层薄膜干涉理论分析了黑硅的微结构抗反射机制。结果表明,微纳复合结构黑硅材料在900~1 700 nm波段内平均反射率为11.94%,与金字塔硅和抛光硅片相比,分别降低了77.32%,54.95%;通过拉曼光谱图分析,刻蚀前后其成分没有发生改变,依然是单晶硅片,黑硅表面的纳米尺度微结构提高了其拉曼光谱散射光强度;黑硅的反射率降低是由于入射光在微纳结构内部多次反射,以及微纳米结构之间建立了折射率渐变层减少了折射率突变带来的反射。研究结论对于提升功能材料在近红外波段激光吸收效率具有参考价值。
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  TiO₂-C@硅藻土复合光催化剂的制备及其光催化性能研究

  帅欢, 杜高翔, 王佼, 李宁, 缪茜

  功能材料. 2020, 51(12): 12215-12220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2020.12.033

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  TiO₂光催化技术是一种新型的环境治理技术,可以应用于污水处理、空气净化等领域。TiO₂具有无毒无害、价格经济、光催化效率高以及没有二次污染等优点,但催化效率不高,可以通过负载和掺杂能够有效的提高光催化剂的效率。以TBOT为钛源,碳化葡萄糖为碳源,精制硅藻土为载体,采用溶胶-凝胶法和原位碳化法制备了TiO₂-C@硅藻土复合光催化剂。实验结果表明最佳制备工艺为负载C量为20％,负载方法为先负载C后负载TiO₂,煅烧方法为隔绝空气煅烧,所制得复合光催化剂降解率为96.4％,回收并继续降解5次之后得到的复合光催化剂的降解率为86.3％。