本期目录

2021年, 第52卷, 第2期 刊出日期:2021-02-28
  

  • 全选
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    热点·关注 (2020年度重庆市出版专项资金资助项目)
  • 张育新, 张益帆, 熊紫胭
    功能材料. 2021, 52(2): 2001-2008. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.001
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    能源短缺和环境污染等问题是当今社会的一大挑战,故而改良和开发清洁能源的需求变得十分迫切。近年来,木质功能材料作为一个研究热点,在清洁能源领域有着广泛的应用。木质功能材料是通过物理、化学、生物等木材功能性改良技术对木质材料进行优化,从而克服木材自身的缺陷,增强或赋予木材适应用途需要功能的材料。为了推广木质功能材料在清洁能源中的应用,将从木质功能材料在生物质能、电能、太阳能和其他清洁能源方面的研究与应用进行综述,为进一步研究提供参考。
  • 高立, 应芝, 黄亚军, 俞潇远, 刘芯妤, 何长春, 张成
    功能材料. 2021, 52(2): 2009-2017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.002
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    近年来低成本的生物炭材料被用于电解水催化剂,对此展开综述。首先介绍电解水制氢基本原理及生物炭基催化剂的制备,再分析炭化温度、活化、杂原子掺杂、金属和/或金属化合物的负载对催化剂微观组成、性质及其催化活性的影响,以期为高效电解水制氢的生物炭基催化剂的制备提供参考。最后为提高电解过程中催化剂的长期稳定性、尤其OER和中性电解液下的催化活性,指出未来可在生物质原料的挑选、催化剂的电子结构调控及制备方法优化、理论计算指导4个方面做出努力。
  • 欧玉静, 石俊青, 赵丹, 郑毅
    功能材料. 2021, 52(2): 2018-2024. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.003
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    光催化技术在环境保护领域备受青睐,TiO2光催化剂化学性质稳定、毒性低、便宜,但禁带宽度较大、电子空穴复合率较高。为提高TiO2的光催化性能,以金属离子掺杂改性TiO2是最有效方法之一。综述了近几年国内外金属离子掺杂改性TiO2的研究进展,分析了过渡金属掺杂,稀土金属掺杂,共掺杂改性的作用机理;并且对目前的金属掺杂TiO2表征技术进行综述,为了解光催化的基本方面提供一个新的视角,并对开发性能优良的新型光催化剂具有启发意义。
  • 侯朝霞, 李思瑶, 王凯, 屈晨滢, 王晓慧, 王健, 王美涵, 胡小丹
    功能材料. 2021, 52(2): 2025-2033. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.004
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    二次电池是最主要的能量储存器件之一,其在绿色环保、能量密度、使用寿命等各方面都表现出了较大的优越性,因此在手机、笔记本电脑等一系列的现代电子产品中被广泛使用。目前,二次电池也已经被引进到新能源汽车、储能等一些新的行业领域中,对其性能提出了越来越高的要求。电极材料作为电池的重要组成部分之一,对电池的各方面性能都承担着关键性的作用。金属磷化物成本低,理论容量高,工作电位低,是一种很有前途的二次电池阳极候选材料。主要介绍了金属磷化物的制备方法,并总结了磷化物及磷基复合材料作为电极材料在二次电池中的研究进展、存在的问题以及改进方法,同时对金属磷化物的未来发展作了展望。
  • 胡应模, 安文峰, 张丹丹, 李苗苗, 郝向阳
    功能材料. 2021, 52(2): 2034-2038. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.005
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    采用KH-570改性制备的可聚合有机化改性电气石与苯乙烯、乙酸乙烯酯进行共聚合反应制备了含电气石的功能聚合物,优化了其共聚反应条件。实验结果表明,当苯乙烯含量(体积分数)为20%、改性电气石的添加量为10 mg/mL时,功能聚合物的力学性能达到最佳,拉伸强度达到了3.34 MPa,弹性模量达到226MPa,功能聚合物的远红外辐射性能为0.95左右,其负离子释放性能随着改性电气石添加量的增加呈近似线性上升趋势,展示了优良的力学性能和远红外辐射及负离子释放功能,且可以纺丝制备含电气石的功能纤维。
  • 综述·进展
  • 武畏志鹏, 邹华, 宁南英, 田明
    功能材料. 2021, 52(2): 2039-2049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.006
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    近年来,随着柔性可穿戴设备、触觉反馈设备、能量收集器等领域的快速发展,介电弹性体(DE)及超级电容器(SC)因能够提共高能量、高储能效率以及可小型化而备受关注,有着非常广泛的应用。由于柔性电极的性能直接影响DE的发电和驱动效率以及SC的储能效率,因而其是DE和SC的重要组成部分。基于柔性电极材料的不同类型,本文首先对碳电极、金属电极、复合型电极等几种典型的电极材料及其性能进行了详细介绍。然后,对电极的制备方法进行了阐述。接着,总结了由柔性电极材料组装的DE和SC在各领域的应用,并对电极材料所面临的问题及挑战进行了分析。最后,对柔性电极材料的发展趋势进行了展望。
  • 杜宗玺, 汪滨, 华超, 杜嬛
    功能材料. 2021, 52(2): 2050-2056. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.007
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    锂硫电池存在正极活性材料导电性差、穿梭效应、锂枝晶生长等一系列问题,限制了其商业化发展。本文阐明了锂硫电池的工作原理和性能缺陷,介绍了隔膜改性的研究现状,从功能改性材料和静电纺丝生产工艺两方面总结了隔膜改性的主要思路和作用机理。
  • 李越, 陈婷, 叶燕, 丁守兵, 毋志民
    功能材料. 2021, 52(2): 2057-2065. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.008
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    稀磁半导体(Diluted Magnetic Semiconductor, DMS)是一种兼具半导体性与磁性且具有优异独特磁光、磁电功能的新型半导体材料。首先介绍了DMS的研究进展及其分类,重点阐述了Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族基DMS的磁电性质,在实验方面和理论计算方面所取得的研究进展,包括Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族DMS的制备方法、基本磁性质、磁性起源、输运性质及光学性质等。目前已经证实了某些DMS材料的铁磁性起源机制,一些新型DMS材料的最高居里温度(Curie temperature, Tc)已经可以与(Ga,Mn)As相比拟,并克服了传统稀磁半导体难以解决的问题。最后对Ⅰ-Ⅱ-Ⅴ族DMS的发展和应用前景进行了展望。
  • 任露, 高鹏
    功能材料. 2021, 52(2): 2066-2077. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.009
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    热电材料是一种极具潜力的能源材料。由于其既可以用于军事、航天等高科技领域,也可用于工业废热发电、小型可穿戴设备的能源供应等民用方面,其应用前景的广泛性引起研究人员关注。由于有机热电材料具有无毒、可弯折、体积小、质量轻和制备方法简单等优点,使其逐渐成为炙手可热的研究领域。众多研究结果表明,可以通过化学设计合成理想的目标分子和掺杂等手段对有机热电材料的性能进行调控。有机小分子热电材料的研究相比于聚合物热电材料的研究还不够成熟,但是基于小分子更易纯化和结晶这一特性,有机小分子热电材料的研究是不可或缺的。概述了现有有机小分子热电材料的最新发展和研究现状,以及未来的发展方向。
  • 李丹妮, 白秋红, 舒羽, 白林, 陈邦, 李聪, 申烨华, 宇山浩
    功能材料. 2021, 52(2): 2078-2084. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.010
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    能源枯竭和环境污染问题日益严重,新型可持续能源的开发迫在眉睫。超级电容器作为电化学能量存储设备,具有容量大、功率密度高、循环寿命长等优势,逐渐成为研究热点。纤维素是自然界中广泛存在的一种天然高分子化合物,具有绿色、环保、可持续、成本低的特点,制备的碳材料有独特的孔结构和大的比表面积,使其在超级电容器方面的应用成为一个主要研究方向。通过对碳材料的孔结构调控和表面改性,或与电容较高的其他材料进行复合,可以明显提高碳材料比电容和能量密度,使超级电容器电化学性能提高。本文总结了近年来国内外纤维素基碳材料制备方法、性能调控及其在超级电容器方面的应用进展。最后,对纤维素基碳材料未来的研究方向和发展进行了展望。
  • 高晗, 迟祥, 宋晓雪, 王栋, 程万里
    功能材料. 2021, 52(2): 2085-2097. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.011
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    近年来由于不可再生资源的日益枯竭,以及环境危机等问题,发光材料的研究和利用受到人们的广泛关注。发光纤维作为发光材料的一种,更是有其独特的性能,具有无毒、无害、色泽光鲜亮丽、材质柔和、抗衰老性优良、可持续发光等诸多优点。发光纤维分为荧光纤维和夜光纤维,夜光纤维又分为自发光型和蓄光型。发光纤维实现了自动吸光-蓄光-发光这一循环功能,发光纤维的开发利用是应对资源匮乏、实现化纤工业可持续发展的需要,同时也是实现节能减排、发展低碳经济的需要。发光纤维材料的应用领域包括但不限于发光印花织物、发光纺织品的应用、玩具和刺绣艺术品、功能服装、防伪等。笔者对发光纤维材料方面的代表性成果进行梳理与总结,主要包括发光材料的分类及其应用、发光纤维简介及制备方法、发光纤维特性及其应用,并且对该领域内存在的问题及未来发展方向作了展望。
  • 魏家崴, 李平, 强富强, 王焕磊
    功能材料. 2021, 52(2): 2098-2108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.012
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    氧还原反应存在于多种储能设备如空气电池和燃料电池的反应过程中,通常以商业铂碳作为催化剂,但铂基催化剂的高昂价格和易中毒的缺点限制了其广泛应用。碳基材料被认为是贵金属催化剂最有希望的替代物,引起了众多研究者的兴趣。这是因为某些杂原子掺杂于碳基体中会因为其与碳原子的物理化学性质的差异而在基体中形成缺陷,形成催化的活性位点,亦可提高材料的电导率和氧传输能力,从而提高了碳材料的氧还原反应催化能力。为此,本文首先介绍了氧还原反应的过程,然后介绍了多种杂原子掺杂的碳基氧还原催化剂的制备以及它们的优点和创新性。
  • 杜春艳, 宋佳豪, 谭诗杨, 阳露, 张卓, 王世涛, 余关龙, 禹丽娥
    功能材料. 2021, 52(2): 2109-2117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.013
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    太阳能光催化技术在环境污染治理方面表现出了广阔的应用前景。磷酸银(Ag3PO4)因具有高量子效率、无毒、禁带宽度小等优点,逐渐成为光催化领域的研究热点。然而纯Ag3PO4在光催化过程中易发生光腐蚀、稳定性较差,这严重限制了其实际应用。主要介绍了基于Ⅱ型和Z型Ag3PO4基异质结光催化材料的类型、制备方法、结构特点及光催化机理,并对近几年Ag3PO4基异质结光催化材料在降解有机污染物的最新研究进展进行综述,最后对Ag3PO4基异质结光催化材料的研究发展趋势进行了展望。
  • 研究·开发
  • 敦长伟, 席国喜, 衡晓莹, 刘玉民, 陈野
    功能材料. 2021, 52(2): 2118-2123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.014
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    以废旧锂离子电池为原料,采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧的方法制备出锌锆离子共取代的钴铁氧体,并对所制备样品的结构、形貌、磁性能和磁致伸缩性能进行探究。结果表明,锌锆离子共取代的钴铁氧体具有尖晶石结构,形貌与纯钴铁氧体比较发生了变化。随着锌锆离子取代量的增加,样品的饱和磁化强度、最大磁致伸缩系数和最大应变导数整体呈现先增加后减小的趋势。在取代量为x=0.050时,样品在较低的磁场强度下取得的饱和磁化强度和最大应变导数分别是87.56 Am2/kg和-1.81×10-9 A-1m,这有利于铁氧体磁致伸缩材料在压力传感器和制动器方面的应用。
  • 倪子枫, 凤仪, 赵浩, 周子珏, 钱刚, 张竞成
    功能材料. 2021, 52(2): 2124-2130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.015
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    使用化学镀的方法制得包覆完整的W-Cu复合粉末,随后采用热压烧结法制得分布均匀、界面结合良好的W-Cu复合材料。在2、4、6和8 kV不同电压下对W-Cu复合材料进行电弧烧蚀实验,发现随着电压的升高,击穿电流增大,电极之间放电距离增大,击穿强度降低,燃弧时间增长。利用扫描电子显微镜及3D激光共聚焦显微镜观察材料表面在不同电压下的烧蚀形貌变化,发现随着电压的升高,烧蚀面积增加,表面凸起高度增加,8 kV时局部烧蚀区域出现微裂纹。拉曼光谱显示材料表面经过烧蚀后形成CuO。W-Cu复合材料电弧烧蚀机理主要包括阴极Cu的融化,飞溅,以及氧化。
  • 汪靖凯, 赵蕾
    功能材料. 2021, 52(2): 2131-2135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.016
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    采用还原法制备Cu/Al纳米复合粉,以水-乙二醇为基液,制备不同质量分数的Cu/Al复合纳米流体。利用XRD、SEM、TEM对复合材料的相结构和微观形貌进行了表征,采用紫外-可见分光光度计和热物性分析仪测试了其稳定性,将其应用于矩形流道微通道散热器内,通过实验研究了不同质量分数纳米流体的导热性能。结果表明,采用原位置换还原法制备的Cu/Al纳米复合粉体具有核壳结构,在添加十六烷基三甲基溴化铵分散剂条件下,质量百分数为0.1%, 0.3%, 0.5%复合Cu/Al纳米流体均具有良好的分散稳定性;随着Cu/Al质量分数的提高,纳米流体的导热系数增大;相对于基液,当纳米粒子浓度为0.5%时,Cu/Al纳米流体导热系数在矩形微道内最大提高39.6%,传热性能显著增强。
  • 李昊天, 王景芹, 孙绍琦, 张哲, 梁雨婷, 朱艳彩
    功能材料. 2021, 52(2): 2136-2140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.017
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    基于密度泛函理论第一性原理和平面波超软赝势法,采用广义梯度近似法构建了非金属元素N、S单掺,以及N-S共掺的SnO2的超晶胞,分析这三类超晶胞的焓变、能带图、态密度、电荷布局以及导电率。理论结果表明,N和S单掺杂以及N-S共掺杂都可以使SnO2的带隙变小,能带紧密,而N-S双掺杂的效果最好。其中,在价带中部S原子和N原子的掺入均引入了新能级,S原子的轨道和N原子的轨道与Sn轨道发生杂化,使得电子转移加剧。价带顶被S原子的3p轨道和N原子,2p轨道占据,会有更多的空穴载流子,价带顶部向上移动。N、S原子共掺杂时,轨道共同杂化,效果最明显,电性能变好。
  • 韦甜甜, 吴晨曦, 张艳丽, 王仲民, 葛宇, 王凤, 姚青荣, 邓健秋, 周怀营
    功能材料. 2021, 52(2): 2141-2146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.018
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    合金化是克服第五副族金属(Nb,V,Ta)氢脆问题的有效方法。以Nb-5W为基础成分,探索第三组元(Co)掺杂(X=1,2,3,5)对Nb95-xW5Cox合金结构和氢渗透性能的影响规律。研究证实:制备的Nb95-x-W5Cox样品为Nb-bcc固溶体合金,随着Co掺杂量增加,其晶胞畸变收缩明显,形成贫Co基体区和以NbCo化合物为基的富Co晶界偏析区。Co掺杂降低基础合金的氢溶解度、增大氢化物形成焓,有利于氢的扩散,有助于改善合金膜的氢渗透性能。Nb90W5Co5合金有高的氢化物形成焓(-22.3 kJ/mol)、高的氢扩散系数(1.57×10-9 cm2/s)、最大的承受载荷(78.4 N)和位移量(0.9 mm)。Co掺杂引起的晶格畸变和富Co晶界偏析起到了固溶强化和改善合金抗氢脆性能的作用。
  • 任华杰, 甘芳巾, 连小洁, 黄棣, 牛宝龙, 李芬, 张全有, 李志军, 何志敏
    功能材料. 2021, 52(2): 2147-2152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.019
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    矿化胶原/聚乳酸复合材料用于修复松质骨缺损取得了进展,但同时力学性能、药物控释等方面有待进一步提高。 研究通过生物矿化的原理制备了粒径范围在5~20 μm的矿化丝素并与聚乳酸、万古霉素复合,通过控制降温速率实现对聚乳酸分子结晶过程的改变,从而调节复合材料的性能,制备出结晶态SF/HA/PLA1和非结晶态SF/HA/PLA2的两种矿化丝素/聚乳酸复合材料,并研究其对微观形貌、药物释放、力学性能及降解率的影响。结果表明不同的结晶时间会使材料的微观孔径在10~90 μm之间变化;SF/HA/PLA2材料10 d的药物释放率为64.3%,小于SF/HA/PLA1材料的73.4%;SF/HA/PLA2材料显韧性,在形变大于5%时不被破坏,表现出更好的力学性能,SF/HA/PLA1显脆性,到达1MPa之后断裂;SF/HA/PLA1在30 d后的降解率在5.5%左右,SF/HA/PLA2的降解率在7.8%左右。通过对矿化丝素/聚乳酸载万古霉素材料制备条件的控制有望更好的适合用于感染性骨缺损的修复拓宽其在骨科临床上的应用。
  • 官云许, 杨启容, 何卓亚, 刘亭, 王力伟, 赵康
    功能材料. 2021, 52(2): 2153-2160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.020
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    采用实验和分子动力学模拟相结合的方式对多孔铝硅酸盐陶瓷性质进行研究,使用Materials Studio软件建立了SiO2:Al2O3化学分子比例分别为3∶1、2∶1、3∶2、1∶1、2∶3、1∶2、1∶3多孔铝硅酸盐模型。用软件中的Forcite、VAMP等模块对模型进行运算后得到该模型的导热率、密度、定压比热容、孔隙率和比表面积等数据。结果表明随着Al2O3所占比例增大,密度、定压比热容、导热率、比表面积和孔隙率都在增加,其中导热率整体变化呈分段线性增加趋势,而定压比热容和孔隙率增加缓慢。同时在实验中把刚玉粉(Al2O3)、硅藻土(SiO2)及可溶性淀粉机械混合后制作成陶瓷胚体,经烧制得到多孔铝硅酸盐陶瓷后利用SEM观察多孔陶瓷内部孔隙,发现实验观察到的多孔陶瓷内部结构变化引起的热物性变化与分子动力学模拟的结果相互验证。
  • 王恩通
    功能材料. 2021, 52(2): 2161-2165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.021
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    利用高温固相法和深度掺杂改性工艺,制备了具有空白和表面改性的高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)三元锂电正极材料。采用SEM、XRD和EDS等分别对空白和表面改性的NCM811正极材料的表面形貌、晶格结构、二次球颗粒内部元素分布进行测试,并将材料组装成半电池进行电化学性能研究。结果表明,Al和Zr元素的深度掺杂对NCM811正极材料的一次颗粒生长产生了明显的影响,可改变材料的表层一次颗粒形貌,并造成材料峰位的偏移;Al和Zr元素掺杂主要集中在二次球颗粒表层,并且呈梯度分布,其表面扩散厚度可达1 μm,远大于普通低温包覆工艺(扩散厚度<0.3 μm);Al和Zr元素深度掺杂使NCM811正极材料的首次放电容量降低了1.8 mAh/g,5 C倍率放电保持率提高了1.6%,50圈循环容量保持率提高了9.7%,大幅提高了NCM811正极材料循环稳定性能。
  • 袁会芳, 王晨旭, 彭邦华, 王刚, 代斌
    功能材料. 2021, 52(2): 2166-2172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.022
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    金属-氮-碳(M-N-C)化合物作为非贵金属催化剂具有优异的氧还原(ORR)性能,在燃料电池和金属-空气电池等电化学能源转化方面展现了广阔的应用前景。开发出能够与贵金属铂催化剂相媲美的高效且廉价的催化剂以解决ORR缓慢动力学问题具有重要意义。选用金属有机骨架材料ZIF-67作为碳源和氮源, 其中,二价钴离子、2-甲基咪唑和高分子聚合物聚乙烯亚胺(PEI)在室温下快速原位合成催化剂,PEI不仅能避免ZIF-67的团聚还提高了催化剂的氮含量。所制备出的纳米材料Co-N-C(ZIF-67+PEI)催化剂在碱性电解质中拥有优于商业Pt/C的ORR性能及稳定性和抗甲醇性能。
  • 徐大朋, 李振东, 熊美璐
    功能材料. 2021, 52(2): 2173-2179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.023
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    在真空钎焊炉中采用活性钎料AgCuTi,成功将Ti(C,N)基金属陶瓷和金属40Cr进行钎焊连接,形成了Ti(C,N)基金属陶瓷/AgCuTi/40Cr钎焊接头。采用SEM、EDS和XRD等手段对Ti(C,N)基金属陶瓷/AgCuTi/40Cr钎焊接头的形貌组织进行了分析,研究了钎焊接头的机械性能,得到了Ti(C,N)基金属陶瓷和金属钎焊的最佳工艺条件,并分析了钎焊工艺条件(钎焊温度、保温时间)对钎焊接头剪切强度和形貌组织的影响。结果表明,Ti(C,N)基金属陶瓷内部组织精密,呈现明显的芯-环结构,钎焊接头组织均匀无缺陷,钎料与两侧母材润湿较好,而且在两侧形成了界面反应层。最佳钎焊工艺为钎焊温度900 ℃、保温时间20 min,此时钎焊接头剪切强度达到最大值265 MPa,且钎焊接头反应产物从陶瓷侧到金属侧依次为:Cu3Ti2+Ni3Ti、Ag(s.s)+Cu(s.s)和CuTi/40Cr。
  • 唐萍, 江少群, 徐丽娟, 王刚
    功能材料. 2021, 52(2): 2180-2184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.024
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    在医用钛合金表面制备TiO2纳米管阵列是提高其生物相容性的有效手段。以成本相对较低的新型β型生物钛合金Ti-12Mo-3Nb为对象,在含NH4F(0.5%)的丙三醇水溶液中,利用阳极氧化法在其表面制备TiO2基纳米管阵列,研究阳极氧化电压(20~50 V)对纳米管阵列形成过程、形貌以及亲水性的影响。结果表明,Ti-12Mo-3Nb合金表面存在分区氧化现象,分区氧化程度随氧化电压增大而增强;富含Mo、Nb元素区域TiO2基纳米管阵列呈“蜂巢状”,纳米管管径较小,且随氧化电压变化不明显;Mo、Nb含量较低区域的阵列生长方式主要有两种,即纳米管相互堆叠呈锥形塔状向下逐层生长或垂直试样表面有序生长,阵列具体形貌受纳米管形成速度、溶解速度以及F-在电场力作用下的扩散速度综合影响;25~50 V阳极氧化处理后Ti-12Mo-3Nb钛合金亲水性大幅度提升,合金表面微纳双结构有利于水的浸润,适当增大氧化电压会导致微纳结构增多,从而促进亲水性提升,经50 V阳极氧化3 h后合金接触角可低达14.5°左右。
  • 工艺·技术
  • 刘小林, 张庆军, 张勇, 方瑜, 张林, 罗炫
    功能材料. 2021, 52(2): 2185-2190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.025
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    以二乙烯基苯(DVB)为泡沫骨架材料,金纳米粒子为掺杂材料,邻苯二甲酸二丁酯为溶剂,聚(4-乙烯基苯酚)(PVP)为分散剂,5%(质量分数) 聚乙二醇(PEG)为水相,通过悬浮聚合制备出纳米金掺杂DVB泡沫微球。分别采用扫描电镜、X射线能谱、傅里叶红外光谱、X射线衍射、热重分析和X射线断层扫描对掺杂DVB泡沫微球化学结构、金纳米粒子掺杂量以及分散性进行了表征。结果表明,分散剂含量为5 mg/mL时,金纳米粒子在泡沫中分布均匀,无明显沉降或团聚,金含量为5.2%,与理论值(5%)接近。该纳米金掺杂DVB泡沫微球在惯性约束核聚变(ICF)物理诊断实验中存在潜在应用。
  • 李晓丹, 唐莹, 刘小清, 罗志清, 唐伟, 冯佳成, 刘小平, 胡心雨
    功能材料. 2021, 52(2): 2191-2197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.026
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    制备了一种兼备电导性和亚铁磁性的rGO负载Fe3O4纳米粒子,通过与苯并噁嗪共混固化,得到了同时具有高电导率和高磁导率的双性电磁屏蔽复合材料。研究发现,当氨水用量为3 mL时,纳米粒子具有最佳的电导性和磁导性;且当GO和FeCl3·6H2O配比为5%时,纳米粒子中rGO对Fe3O4具有最高的负载效率。纳米粒子可催化BA-a的固化,并与其发生交联反应。随着纳米粒子的增加,rGO在基体中首尾相连,逐渐形成完整的导电通路,电导率不断增大。同时,复合材料的磁导率也随纳米粒子的增加而增大,改善了阻抗匹配特性,减少表面反射并有利于吸收。在低频下,复合材料表现出较高的磁屏蔽作用,微集料加入量为2.5%(质量分数)时复合材料的电磁屏蔽效能最高达到24 dB。且复合材料具有较高的热稳定性。
  • 王理明, 张爽, 孟淑雅, 敖冬, 郭雅妮, 赵毅
    功能材料. 2021, 52(2): 2198-2203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.027
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    采用阳极氧化法和等离子体方法在钛基底上分步制备出掺氮TiO2纳米管(N-TiO2),采用SEM、XRD、EIS等手段对N-TiO2进行表征分析;通过响应面法评价了掺氮功率、掺氮时间以及外加偏压对N-TiO2纳米管性能的影响,以10 mg/L的活性大红溶液为目标降解物,考察了N-TiO2纳米管的光电催化性能。结果表明:等离子体掺氮未改变TiO2纳米管表面形貌及晶型结构,且有效改善了其光电催化性能,使TiO2光吸收发生红移;在掺氮功率10 W,掺氮时间90 s,外加偏压20 V的条件下,N-TiO2纳米管的光电催化活性大红性能最佳,100 min活性大红溶液脱色率达到98.7%,且此条件下的响应目标模型的预测值与试验值的误差率仅为1%。
  • 谢晗晞, 李冬梅, 刘晓萍, 唐本镇, 郭小龙, 余鹏, 夏雷
    功能材料. 2021, 52(2): 2204-2210. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.028
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    稀土元素是改善非晶态合金形成能力和性能的重要添加剂,本文采用铜模吸铸法制备了一系列Cu50-xZr46Al4REx(RE=Dy,Tb,Gd; x=0,1,2,3,4)非晶态合金,系统地探究了重稀土元素Dy、Tb、Gd添加对Cu-Zr-Al合金非晶形成能力(GFA)和力学性能的影响。实验结果表明加入重稀土元素Dy、Tb、Gd后,合金系的玻璃转变温度显著降低,而过冷液相区宽度ΔTx(ΔTx=Tx-Tg)增大,1%(原子分数)的Dy、Tb和3%(原子分数)的Gd添加获得了最大的γ=Tx/(Tg+Tl)参数值,表明合适的添加量有利于合金非晶形成能力的提高。 同时,适量的Dy、Tb、Gd引入可以显著提高Cu-Zr-Al合金的塑性变形能力。硬度和γ参数随稀土元素含量的变化呈现相似的变化趋势,表明非晶形成能力与硬度之间存在一定的关联性。稀土元素添加导致非晶态合金样品硬度呈现更大的径向不均匀性,有利于合金塑性变形能力的提高。
  • 任林娇, 李晨龙, 秦自瑞, 徐鹏, 姜利英
    功能材料. 2021, 52(2): 2211-2215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.029
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    通过化学还原法制备金纳米材料,以柠檬酸钠为还原剂,通过加热还原氯金酸,得到金纳米颗粒水溶液。利用紫外-可见吸收光谱,研究了制备工艺参数对产物尺寸以及产物生成速率的影响。结果表明,反应物浓度比、反应物加入次序、溶液pH在一定程度上影响产物的尺寸,保温温度、保温时间以及搅拌速率对产物生成速率有较大影响。并对金纳米颗粒生成过程相关影响因素进行了分析。
  • 方红莲, 雷颉, 邬容伟
    功能材料. 2021, 52(2): 2216-2220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.02.030
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    通过溶胶凝胶法制备纳米氧化锌颗粒。利用XRD、红外光谱和SEM图谱对制备的纳米氧化锌的物相和形貌进行表征,在实验溶液中检测纳米氧化锌的溶解,通过SEM观察ZnO对污泥形态的影响,同时也研究ZnO对污泥硝化反应的影响。结果表明,实验制备的六方纤锌矿ZnO粉末纯净,结晶性良好, 而且ZnO颗粒为纳米颗粒且分散性良好。在实验溶液中,随着纳米ZnO颗粒添加量增加,SBR溶液内的Zn2+含量逐渐增加,反应时间为270 min时,添加10 、20和60 mg/L纳米ZnO颗粒的SBR系统中Zn2+含量分别为9.6×10-3、16.3×10-3、36.1×10-3mg/L。通过SEM观察到纳米ZnO颗粒添加后,污泥表面发现明显的纳米颗粒团聚物,污泥表面存在许多粉末状物质,很难找到黏膜状的胞外聚合物。ZnO颗粒添加量为0 mg/L的时候,颗粒污泥对氨氮的去除率可以达到96.4%,当ZnO颗粒添加量增至10和60 mg/L时,颗粒污泥对氨氮的去除率降为82.1%和59.6%。