2021年, 第52卷, 第3期　刊出日期：2021-03-30

  

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热点·关注 (2020年度重庆市出版专项资金资助项目)
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  中子及伽马射线复合屏蔽材料的研究进展

  赵盛, 霍志鹏, 钟国强, 张宏, 胡立群

  功能材料. 2021, 52(3): 3001-3015. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.001

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  原子能工业的日益发展带来了核泄漏、核污染等安全隐患,人们必须采取严密的防护措施来保障涉核人员的身体健康和环境安全。众多核辐射类型中,中子和γ射线穿透性最强,屏蔽难度最大。然而,传统的中子屏蔽材料如硼、水、聚乙烯和伽马屏蔽材料如铅、铁、钨等屏蔽功能单一,屏蔽性能有限,有的热力学性能不佳,难以满足现代辐射防护的要求。在这方面,复合材料可以集中各原材料的优点,取长补短,使得综合性能和应用范围优于各原材料。目前,已有大量复合屏蔽材料被开发和应用。按照基体不同可分为:(1)聚合物基复合屏蔽材料;(2)金属基复合屏蔽材料;(3)屏蔽混凝土;(4)玻璃基复合屏蔽材料;(5)陶瓷基复合屏蔽材料。根据国内外复合屏蔽材料的研究现状,综述了近几年来复合屏蔽材料的研究进展,简要概述了中子和伽马射线与原子相互作用的原理,总结了每种类型的复合屏蔽材料的研究内容和特点,分析了目前复合屏蔽材料研究中有待解决的问题并展望了未来的研究趋势。
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  新型配体(MRBHP)分子的制备与MRBHP-Al³⁺光学性能与应用研究

  朱艳, 顾峥烨, 徐洪耀, 光善仪

  功能材料. 2021, 52(3): 3016-3020. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.002

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  以罗丹明B酰肼为主体,利用马来酸酐、4-氨基苯甲醛为原料修饰主体设计合成一种功能性发光小分子配体(MRBHP)。MRBHP在乙腈与水溶液(v/v=95∶5)中与Al³⁺结合形成配合物后,溶液颜色由无色变为红色。通过核磁共振、红外光谱、紫外可见吸收光谱对配体结构以及MRBHP与Al³⁺的配位方式与性能进行了表征。结果表明,Al³⁺与MRBHP亚氨基的N原子,羰基的O原子以及马来酸酐的O原子结合以1∶1的方式形成配合物,配合物呈现特异性强光学吸收,吸收峰波长为558 nm。同时应用研究发现,这种配体对Al³⁺呈现很强的选择性,在558 nm峰位置的吸收且有较强的抗干扰能力;同时配体对Al³⁺线性检测范围为0.2 ~1 μM时,最低检测限为0.14 μM,配位常数为1.61×10^-6 M^-1。
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  高含量银基导电胶的制备与性能研究

  王传博, 陈亚, 门传玲, 邸江涛, 包健, 敖毅伟, 刘海东

  功能材料. 2021, 52(3): 3021-3025. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.003

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  以90%(质量分数)银含量,10%(质量分数)树脂为基体制备出高银含量,高性能的环氧导电胶。采用0.025 mol/L KI试剂对银粉进行简单的表面处理,原位取代银粉表面的部分润滑剂并且与银粉表面的氧化银发生反应。在日光照射条件下原位生成小尺寸的银纳米粒子,这些小尺寸的银纳米粒子在固化过程中,会发生明显的烧结现象,增加银粉中相邻银微米片和银微米球之间的相互接触,从而可以显著降低导电银胶的体电阻率。相比于未处理的银粉制成的导电银胶,其体电阻率降低了26%,线电阻降低了8%,将其应用在光伏电池板上,极大的提高了其导电性能。
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  基于生物矿化机理的自愈合混凝土制备与表征

  冯君, 陈柄丞, 卢思怡, 胡玮, 许欣, 张耀

  功能材料. 2021, 52(3): 3026-3033. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.004

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  研究旨在利用微生物诱导碳酸钙沉淀机理,研制新型细菌自愈合混凝土。在高pH条件下培养,筛选出一组与枯草芽孢杆菌相关的产芽孢杆菌。将筛选得到的耐碱枯草芽孢杆菌M9进行生物矿化沉淀测试,X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM),结果表明沉淀矿物为呈方解石形态的碳酸钙。以枯草芽孢杆菌M9为修复剂,掺入聚乙烯醇(PVA)纤维制备自愈合混凝土梁试件。利用引气剂在水泥净浆混合料中产生微孔,为微生物提供生态位。对养护14 d的混凝土梁试件进行三点弯曲试验,获得宽度约为0.3 mm的裂纹。28 d后,细菌代谢等作用形成碳酸钙晶体填充物自动填充微裂纹空隙。后续SEM测试表明:方解石是裂纹填充矿物主要形态,且晶体表面残留部分细菌印记。愈合后的混凝土梁在第二次弯曲测试下的抗弯强度提高了约14%,该强度恢复是通过修复基体裂纹和纤维-基体界面的粘结力来实现的。
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  贵金属纳米粒子/金属有机骨架复合物的制备与应用进展

  鲍伶香, 孙成辉, 庞思平

  功能材料. 2021, 52(3): 3034-3042. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.005

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  贵金属纳米粒子/金属有机骨架复合物因其在催化、传感、气体吸附与存储等诸多领域的应用前景而受到广泛关注。综述了贵金属纳米粒子/金属有机骨架复合物的制备方法及应用进展。对这类复合物的制备方法进行了归纳,并分析了其特点;总结了其在储氢、多相催化等领域的应用,以便更好地了解其应用前景。
综述·进展
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  磷化铟量子点材料的制备及应用前景

  袁斌霞, 方欣怡, 蔡晓东, 王道累, 朱瑞, 曹盛, 刘建峰

  功能材料. 2021, 52(3): 3043-3049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.006

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  半导体纳米晶具有量子尺寸效应和独特的光学性质,可广泛地应用在光电器件、生物标记、太阳能电池、光催化等方面,因此半导体纳米晶成为越来越多研究者研究的热点。但在诸多的应用限制因素中,高性能的QDs材料(II－VI 或IV－VI) 通常含有镉或铅等剧毒的元素,批量生产和使用这类材料不仅对人体有着极大的伤害,还会引起环境和生态问题。因此低毒性能的QDs材料的设计和研发是目前研究的前沿之一。研究人员通过控制反应条件、表面包裹以及掺杂等对磷化铟(InP)材料的性能进行调控,使之能够更好地应用于各个领域之中。
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  纤维素改性材料对重金属吸附性能的研究进展

  崔静磊, 桂晓光, 王茜, 周祥, 郭彦霞

  功能材料. 2021, 52(3): 3050-3059. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.007

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  近年来,工农业排放的重金属离子产生了严重的水体污染;这些重金属离子浓度低,通过吸附法可以有效处理这些污染问题。吸附法的关键在于高效吸附材料的设计和制备。纤维素是可再生的高分子聚合物,具有储量丰富、来源广泛等优点,纤维素材料经过改性后对重金属离子具有良好的吸附能力。介绍了纤维素的结构特点、吸附原理和不同改性方法,重点比较了纤维素的物理改性、直接化学改性和接枝改性等不同改性方法和对重金属离子的吸附的影响,并展望了纤维素基吸附材料的发展前景和方向。
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  碳纤维增强铜基复合材料制备方法研究进展

  祝志祥, 丁一, 徐若愚, 庞震, 周明瑜, 陈保安, 张强, 郝文魁, 陈国伟, 张成炜

  功能材料. 2021, 52(3): 3060-3066. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.008

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  综述了碳纤维增强铜基复合材料的主要制备方法及其发展现状,重点讨论了粉末冶金法、热压扩散烧结法、熔渗法、PVD法、CVD法及电镀法等常用制备工艺的原理及特性,分析了不同制备方法的优缺点及适用领域,提出了现有方法中存在的问题,并展望了碳纤维增强铜基复合材料的发展趋势及在输变电领域的应用前景。
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  具有类似结构的石墨烯和MXene在电磁吸波领域的研究进展

  张恒宇, 陈剑英, 肖红, 王妮

  功能材料. 2021, 52(3): 3067-3074. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.009

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  石墨烯和MXene作为两大新型二维材料,均具有高电导率、大比表面积,质轻等独特的结构与性能,近年来得到广泛的关注与研究,特别掀起对具有类石墨烯结构的MXene的研究热潮。对两者的结构、吸波性能及研究现状进行对比,归纳总结其单一材料、与碳纳米管、磁性粒子、导电聚合物、碳纤维复合材料在电磁吸波领域的研究,并提炼出两者的吸波机制与吸波材料的设计原则,期待可以为基于二维材料的“薄、轻、柔、宽”新型电磁吸波材料的设计研究提供思路。
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  天然物质改性聚乳酸研究进展

  黄晶晶, 赵英虎, 高莉, 解军, 郭丽晓, 史楠, 刘盼盼, 王芳

  功能材料. 2021, 52(3): 3075-3080. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.010

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  聚乳酸(polylactic acid,PLA)是一种以植物资源为原料合成的聚酯,具有生物可降性、良好生物相容性,易于加工等特点。主要针对天然物质:精油、天然色素、植物油和不同天然纤维等对PLA性能改善的研究现状、存在问题进行综述。旨在提倡保留PLA生物可降解的优势,为拓宽PLA应用领域提供一定参考价值。
研究·开发
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  缺陷对β-Ga₂O₃薄膜的结构和光学特性的影响

  符思婕, 向琴, 赖黎, 莫慧兰, 范嗣强, 李万俊

  功能材料. 2021, 52(3): 3081-3085. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.011

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  采用射频磁控溅射技术和后期退火在蓝宝石衬底上成功制备了β-Ga₂O₃薄膜。借助于X射线衍射(XRD)、拉曼散射光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、以及二次离子质谱(SIMS)研究了缺陷对β-Ga₂O₃薄膜的结构和光学特性的影响。结果表明,未退火的Ga₂O₃薄膜呈现非晶态,随高温退火时间逐渐增加,非晶Ga₂O₃薄膜逐步转变为沿(-201)方向择优生长的β-Ga₂O₃薄膜。所有Ga₂O₃薄膜在近紫外到可见光区的平均透过率都高达95%,β相Ga₂O₃薄膜的光学带隙比非晶态薄膜增加~0.3 eV,且随退火时间的增加,β-Ga₂O₃薄膜的光学带隙也随之变宽。此外,发现非晶Ga₂O₃薄膜富含氧空位缺陷,高温退火处理后,β-Ga₂O₃薄膜中的氧空位浓度明显降低,但蓝宝石衬底中的Al极易扩散至Ga₂O₃薄膜层,并随退火时间的增加Al浓度明显增加,氧空位的降低和Al杂质的增加是导致β-Ga₂O₃薄膜光学带隙变宽的主要原因。
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  纤维素/琼脂糖复合膜的制备、表征及其形状记忆性能研究

  李亚男, 吴建美, 宋登鹏, 徐卫林, 朱坤坤

  功能材料. 2021, 52(3): 3086-3091. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.012

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  近年来,形状记忆材料因其刺激响应性在纺织、航空航天、生物医疗等领域备受关注。在此,采用碱/尿素水溶液作为共溶剂,环氧氯丙烷作为交联剂,制备出具有水、热刺激形状记忆性能的纤维素/琼脂糖复合膜。该膜显示出良好的透明度和力学性能,透光率超过90%,干强和湿强可达132和5.4 MPa。同时,该膜在水刺激下的固定率(R_f)和回复率(R_r)分别达95%和84%以上,热刺激下的R_f和R_r分别达58%和85%以上,表现出较好的形状记忆效果。机理分析表明:氢键的断裂和形成导致复合膜具有水刺激形状记忆行为,琼脂糖结晶的破坏与形成是复合膜具有热刺激形状记忆行为的关键。
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  图案化In₂O₃:Sn薄膜制备及显影剂对图案制备的影响研究

  任洋, 贺海燕, 赵高扬, 王允威

  功能材料. 2021, 52(3): 3092-3097. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.013

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  功能薄膜的图案化是微电子加工中不可或缺的工序,目前已经成为制约我国微型化集成电路发展的关键因素。本研究以制备低成本且高质量的图案化In₂O₃:Sn薄膜为目的,摒弃常规且工艺复杂的干法刻蚀或湿法刻蚀的研究思路,转而向一种化学修饰的溶胶凝胶技术探索。利用化学修饰后的纳米级溶质颗粒的紫外感光特性,以及曝光前后溶质颗粒在有机溶剂中发生的溶解度变化,通过溶胶凝胶工艺成膜,后经曝光、显影、热处理等工序,形成图案化的In₂O₃:Sn薄膜。重点探索了显影剂配方对薄膜图案制备的影响规律。该方法去除了包含光刻胶制备、剥离以及刻蚀等一系列复杂工序,薄膜图案化制备简单且质量较高,是一种新的值得继续探究并广泛推广的薄膜图案化技术。
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  GaAs(001)薄膜的表面形貌相变和表面重构

  刘雪飞, 吕兵, 罗子江, 王继红, 郭祥, 杨秀璋

  功能材料. 2021, 52(3): 3098-3103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.014

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  从原子级平坦的GaAs(001)-β2(2×4)重构表面出发,结合Reflection High Energy Electron Diffraction (RHEED) 衍射图像演变和不同尺度的Scanning tunneling microscope (STM) 实空间扫描图像,获取GaAs(001)薄膜表面形貌相变和表面重构的重要信息,深入地研究GaAs(001)表面形貌相变和表面重构的相互促进关系。研究发现表面重构的变化是促使表面形貌发生相变的主要动力,单一表面重构组成的GaAs(001)表面形貌更容易处于有序平坦相,GaAs(001)表面预粗糙相则是由两种同类型或者重构原胞差异很小的表面重构交织混合形成,当表面由两种完全不同类型的表面重构交错混合形成时GaAs(001)表面形貌将进入粗糙状态。研究结果表明GaAs(001)表面重构是表面形貌发生相变过程的微观内在原因,而GaAs(001)表面形貌相变是表面重构发生变化的宏观外在体现。
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  海藻酸盐基纳米复合气凝胶的制备与性能研究

  孙位蕊, 胡银春, 程一竹, 康志勤, 段梦兰

  功能材料. 2021, 52(3): 3104-3109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.015

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  以海藻酸铵(ALG)、纳米氢氧化铝(ATH)和纳米蒙脱土(MMT)为原料,采用溶液共混法和真空冷冻干燥法制备了海藻酸盐基纳米复合气凝胶。采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、电子万能实验机、X射线衍射仪、热重分析仪对气凝胶进行了形貌、结构表征,并分析了其力学性能和热稳定性能。结果表明:采用ALG和MMT制备的气凝胶具有典型的三维骨架网络结构,交联反应不影响气凝胶的形貌;气凝胶具有较低的密度和较好的力学性能,密度低至0.12 g/cm³,压缩模量最高可达9.48 MPa;Ca²⁺交联和MMT的加入显著提高了气凝胶的热稳定性,A5MMT5Ca气凝胶的耐热温度高达205 ℃。
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  低收缩耐热耐油聚氯乙烯/氮化硼复合材料的制备及其性能研究

  蔡梦莹, 师雯, 张梓楠, 朱雯雯, 翁闯, 耿飞, 游峰

  功能材料. 2021, 52(3): 3110-3114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.016

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  首先使用退火处理的方法使六方氮化硼(hBN)带上羟基,并与硅烷偶联剂混合,得到表面处理后的氮化硼(BN)。然后用熔融共混的方式制备出不同浓度的聚氯乙烯/氮化硼(PVC/BN)及聚氯乙烯/氮化硼/聚酰胺(PVC/BN/PA)复合材料。通过维卡软化点温度测定仪,动态力学分析仪和游标卡尺、耐油性能测试对复合材料的性能进行测试和表征,表明添加改性后BN粒子,可以使PVC和BN结合的更加紧密,复合体系的热学和耐油性能得到提高。同时添加BN含量为10%,PA6含量为25%(质量分数)时,复合材料的热学性能和耐油性达到最佳,远好于PVC材料。
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  共价功能化POSS/PDMS防腐复合涂层的研究

  段俊, 欧宝立, 郭艳

  功能材料. 2021, 52(3): 3115-3121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.017

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  首先采用硅烷偶联剂通过水解缩合反应方法合成氨基功能化倍半硅氧烷(POSS-NH₂),利用其表面氨基通过表面接枝聚合方法在倍半硅氧烷表面接枝磺化聚苯胺以实现其共价功能化,将磺化聚苯胺功能化倍半硅氧烷和聚二甲基硅氧烷通过溶液共混,利用滴涂法在Q235钢材表面制备出疏水防腐涂层。通过核磁共振(NMR)和傅里叶转换红外光谱(FT-IR)对氨基功能化倍半硅氧烷和磺化聚苯胺功能化倍半硅氧烷的结构进行表征分析;利用光电子能谱(XPS)分析磺化聚苯胺功能化倍半硅氧烷的化学组成和元素含量比例;利用扫描电子显微镜(SEM)表征磺化聚苯胺功能化倍半硅氧烷的微观形貌,观察到表面形貌较规整、呈颗粒状、纤维较粗的结构;采用静态接触角测试分析了四种涂层的疏水性,制备出的共价功能化POSS/PDMS防腐复合涂层疏水性最佳,接触角达到115°;采用EIS电化学阻抗谱和Tafel极化曲线测试表征了四种涂层的耐腐蚀性能,结果表明:共价功能化POSS/PDMS防腐复合涂层的腐蚀电位更大,腐蚀电流密度较小,由此表明所制备的材料具有优异的防腐性能。并且发现涂层的接触角越大,防腐性能越好。
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  TiO₂/Bi₂WO₆复合光催化剂的制备及光催化性能研究

  安涛, 房国丽

  功能材料. 2021, 52(3): 3122-3129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.018

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  TiO₂/Bi₂WO₆异质结是当前最具潜力的一种可见光响应半导体光催化剂。以富含缺陷的TiO₂纳米带为基体,采用水热法,诱导Bi₂WO₆在基体缺陷位点进行异质生长,从而合成具有异质结构的TiO₂/Bi₂WO₆复合材料。利用XRD、SEM、UV-Vis等技术,分析了基体表面缺陷、Bi₂WO₆负载量对TiO₂/Bi₂WO₆复合材料微观结构和性能的影响。结果表明,在基体表面引入缺陷,可以使TiO₂/Bi₂WO₆复合材料在可见光下对有机污染物Rh B的降解速率提高约50%。Bi₂WO₆负载量为0.12时的TiO₂/Bi₂WO₆复合材料,在可见光下,辐照6 min后对Rh B的降解率达99.3%,辐照30 min后对MB的降解率达99.7%,辐照15 min后对TC-HCl的降解率达87.7%。
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  纳米硅/石墨负极材料的炭包覆改性研究

  杨尚泽, 梁江, 冯斌, 刘鹏, 杨现锋, 刘其城

  功能材料. 2021, 52(3): 3130-3134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.019

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  硅颗粒的低负载量及其与石墨基体的弱相互作用严重制约了硅/石墨负极材料的商业化应用。本研究通过浓硫酸和高锰酸钾的氧化处理增大石墨基体的比表面积,利用十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂,改善纳米硅与氧化石墨湿法混合的均匀性,采用柠檬酸催化蔗糖碳源的水解,以便热解后在复合材料表面形成完整的炭包覆层。XRD与SEM分析表明,改进的炭包覆工艺可促进氧化石墨的还原,获得高石墨化度的碳硅复合材料,并实现硅颗粒在石墨基体中的均匀分散。上述协同效应使炭包覆的纳米硅/石墨负极材料在100 mA·g^-1的电流密度下循环100圈后比容量仍能稳定在400 mAh·g^-1左右,在提升比容量的基础上,有效抑制了硅在循环过程中的体积膨胀。
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  Ag/TiO₂纳米粒子的制备及其光催化降解苯酚的性能研究

  魏永春

  功能材料. 2021, 52(3): 3135-3139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.020

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  采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子,采用涂覆法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品。使用XRD、SEM和拉曼光谱等手段,对TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子进行了晶格结构和表面形貌研究;通过UV-Vis,研究了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品在光催化反应器中对苯酚的光催化降解性能。结果表明,制备的TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子均为纯净的金红石相,二者表面形貌并没有明显区别,Ag单质粒子成功负载在TiO₂纳米材料上;Ag单质粒子的负载,明显增强了TiO₂纳米粒子对可见光的吸收,且Ag/TiO₂纳米粒子薄膜对苯酚的光催化降解性能明显优于TiO₂纳米粒子薄膜;在光催化降解1 h后,TiO₂纳米粒子薄膜仅催化降解了溶液中30%(质量分数)的苯酚,且光催化降解出现了饱和趋势,而Ag/TiO₂纳米粒子薄膜可催化降解溶液中50%(质量分数)的苯酚,且在光催化降解3 h后,仍未出现饱和趋势。
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  耐紫外线老化改性沥青材料的制备与性能研究

  王逸波, 焦彬如

  功能材料. 2021, 52(3): 3140-3144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.021

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  制备了环氧树脂改性沥青和掺杂纳米SiO₂的环氧树脂改性沥青,研究了基体沥青、环氧树脂改性沥青、掺杂纳米SiO₂的环氧树脂改性沥青的耐紫外线老化性能。采用物化指标测试、FT-IR和SEM等方法,研究了添加1%,2%和5 %(质量分数)纳米SiO₂对环氧树脂改性沥青耐紫外线老化性能的影响。结果表明,加入纳米SiO₂后,改性沥青的软化点和粘度增加;基体沥青、PA-5%EP、PA-EP-1%SiO₂、PA-EP-3%SiO₂和PA-EP-5%SiO₂的FT-IR光谱几乎在所有峰的位置都是相同的,改性沥青与基体沥青相比,结构没有明显变化;当加入纳米SiO₂ 含量为5%(质量分数)时,改性沥青的粘附力显著提高,此时,纳米SiO₂颗粒较为均匀地分散到基体沥青的宏观分子网络中,形成了稳定的结构;纳米SiO₂ 的加入能很好地改善沥青的耐紫外线老化效果,PA-EP-5%SiO₂样品的耐紫外线老化性能最优。
工艺·技术
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  ZnFe₂O₄纳米球的制备及其对丙酮的气敏性能研究

  黄苓莉, 赵邦渝, 李晓丹, 张桂枝, 郭威威

  功能材料. 2021, 52(3): 3145-3152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.022

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  丙酮被广泛应用于工业和实验室,对丙酮浓度的检测十分重要。ZnFe₂O₄是一种尖晶石型三元金属氧化物,气敏性能优良,可广泛应用于气体传感器。本文采用简单的一步水热法制备了球状的ZnFe₂O₄气敏材料。通过XRD、XPS、SEM、TEM、N₂吸附-解析仪对材料的形貌结构、化学组成、比表面积等进行分析,并以丙酮为目标气体对其气敏性能进行了综合研究。结果表明,ZnFe₂O₄纳米球是由纳米粒子自组装而成,有较大的比表面积;该ZnFe₂O₄基气体传感器在最佳工作温度150 ℃下对丙酮的灵敏度为65.74,并具有出色的选择性、稳定性、重复性,但随着湿度的增加其气敏性能逐渐降低。
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  响应面法优化ZnCl₂/AlCl₃改性生物炭吸附甲基紫工艺

  吴丹萍, 李海红, 张田田

  功能材料. 2021, 52(3): 3153-3159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.023

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  利用高温热解法制备ZnCl₂/AlCl₃改性生物炭,将其用于吸附甲基紫染料。探究ZnCl₂/AlCl₃-AC投加量、溶液pH、甲基紫浓度、反应时间和吸附温度这5个因素对甲基紫吸附率的影响。利用Plackett-Burman设计联合响应面分析法,筛选优化出对甲基紫吸附率影响较为显著的因素,并探究各因素间的交互影响作用,确定ZnCl₂/AlCl₃-AC吸附甲基紫的最佳工艺条件。结果表明:在选取的五个因素中,对甲基紫吸附率影响显著的因素为ZnCl₂/AlCl₃-AC投加量＞甲基紫浓度＞吸附温度;其中ZnCl₂/AlCl₃-AC投加量和吸附温度对甲基紫吸附率影响最明显,甲基紫浓度和吸附温度影响最不显著;ZnCl₂/AlCl₃-AC吸附甲基紫最佳工艺条件为:活性炭投加量为47.00 mg、甲基紫溶液浓度为82.00 mg/L、吸附温度为22.90 ℃,pH为7、反应时间为120 min,其甲基紫吸附率可达到93.04%,与模型预测值的误差仅为3.51%。
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  Lu_2.94Al₅O₁₂:0.06Ce³⁺绿色荧光粉的制备及光致发光

  王亚楠, 刘鑫, 李兆, 曹静, 王永锋, 吴坤尧

  功能材料. 2021, 52(3): 3160-3163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.024

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  采用高温固相法制备了Lu_2.94Al₅O₁₂:0.06Ce³⁺绿色荧光粉。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光光谱(PL)对样品的物相、形貌及发光性能进行了表征。结果表明,所合成的Lu_2.94Al₅O₁₂:0.06Ce³⁺绿色荧光粉为立方晶系,表面为类球形。激发光谱中,位于340和450 nm的激发峰分别归属于4f的两个能级到5d能级的跃迁而产生的吸收,340 nm处的激发峰是由于发光是由于²F_5/2到5d的跃迁,而450nm处的激发峰是由于²F_7/2到5d的跃迁。发射光谱中,位于525 nm的发射峰对应Ce³⁺的4f-5d电子跃迁。当Ce³⁺掺杂量为6%,1 500 ℃煅烧5 h时,Lu_2.94Al₅O₁₂:0.06Ce³⁺绿色荧光粉CIE色坐标为(0.3683,0.5959),是一种可以用作白光LED的绿色荧光粉。
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  高压对Gd掺杂ZnO的电子结构和磁性影响研究

  宋永, 赵晓雨

  功能材料. 2021, 52(3): 3164-3169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.025

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  压力可以作用于物质的晶体结构内部,影响并改变物质整体性质。为进一步探究高压对Gd掺杂ZnO试样的电子结构及磁性影响,运用金刚石对顶砧压机和Materials Studio4.4软件包中的CASTEP运算程序,完成高压实验制备工作;利用基于密度泛函理论的第一性原理计算高压作用下Gd掺杂ZnO试样内部分子的变化情况,并对Gd掺杂ZnO试样进行了XRD衍射分析。结果表明,第一性原理计算中利用赝势运算获得的本征能量与价电子波函数和实际值是相等的;Gd掺杂进ZnO试样后,随压强持续增大,ZnO衍射峰会向高衍射角转移,且试样每个峰值均呈现下降趋势,试样的电子结构会产生晶粒碎化反应,使得波谱的衍射峰向高衍射角转移;不同高压对Gd掺杂ZnO试样的铁磁性产生影响,适当高压处理可增强材料的铁磁性,但压力超出一定值后,材料磁性能出现下降。
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  均匀沉淀法制备ZnO、Fe/ZnO光催化剂

  富笑男, 郭叶飞, 陈锦涛

  功能材料. 2021, 52(3): 3170-3176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.026

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  以六水合硝酸锌、九水合硝酸铁和CO(NH₂)₂为原料,采用均匀沉淀法并且改变实验条件制备了纯纳米ZnO和纳米Fe/ZnO光催化剂。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对所有样品进行表征,并对部分样品进行了X射线能谱分析仪(EDS)测试。结果显示所有样品均为六方纤锌矿结构。此外,所有样品均由小颗粒聚集在一起而形成了形状、大小各不相同的团聚物或颗粒膜。而且随煅烧温度和Fe掺杂浓度的改变,Fe/ZnO样品的晶粒尺寸和表面形貌也随之变化。以甲基橙溶液作为污染物,在高压汞灯的照射下进行了光降解实验,实验结果表明:Fe掺杂Fe/ZnO样品的光催化性能相较纯纳米ZnO样品得到了改善。当Fe掺杂量为1.5%时Fe/ZnO样品的光催化性能最好;另外,适当煅烧温度也使Fe/ZnO样品的光催化活性得到了提升,其中最适煅烧温度为500 ℃。无论是Fe的掺杂浓度还是煅烧温度,适当的Fe的掺杂浓度和煅烧温度都有利于改善Fe/ZnO样品光催化剂的性能。
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  无催化β-Ga₂O₃纳米棒的可控制备

  尤洪禹, 张如林, 李荣斌, 张静, 金敏, 王相虎

  功能材料. 2021, 52(3): 3177-3181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.027

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  由于氧化镓(Ga₂O₃)纳米棒具有独特的物理和化学性质,在纳米光电子器件等领域具有广泛的应用前景,因此氧化镓纳米棒的可控制备具有十分重要的意义。本文采用化学气相沉积(CVD)的方法,在无催化条件下,在硅Si(100)衬底上成功生长出β-Ga₂O₃纳米棒。通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜等表征,发现氧化镓纳米棒按照气-固(V-S)机制生长,当生长温度从850 ℃升高到950 ℃时,纳米棒的密度、直径和长度增加,纳米棒的形貌从杂乱无序的随机生长转变为沿衬底垂直且具有不同夹角方向生长。结果表明,反应温度和氧气浓度决定了氧化镓纳米棒的形貌和尺寸,通过控制温度和氧气浓度能够有效调控氧化镓纳米棒的形貌和光学性能。
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  高镍LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的锂离子导体Li₃PO₄的包覆改性及电化学性能研究

  王娟, 刘占荣, 梁芳慧, 贾鹏飞

  功能材料. 2021, 52(3): 3182-3187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.028

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  采用典型的溶胶-凝胶法,在高镍LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极颗粒表面包覆不同含量的Li₃PO₄锂离子导体。利用X射线衍射仪,扫描电镜对Li₃PO₄包覆前后的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂样品的晶体结构和微观形貌进行分析。结果表明,合成材料的层状结构明显,阳离子混排度低,并且Li₃PO₄成功包覆在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂颗粒表面。另外,对4个样品进行了首次充放电,倍率放电和循环性能比较,结果表明经过Li₃PO₄包覆后的正极材料的综合电化学性能明显比未包覆样品优越。首次库伦效率从未包覆样品的84.2%提高到2%(质量分数) Li₃PO₄包覆样品的89.2%。而且在5C高倍率,2% (质量分数) Li₃PO₄包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的放电比容量是129.7 mAh/g,远远高于未包覆样品的92.6 mAh/g。同时,在常温和高温环境下循环100次后,2% (质量分数)Li₃PO₄包覆LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的容量保持率比未包覆样品分别高出7.1%和9.9%。
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  微弧氧化处理对钛铌合金力学及摩擦磨损性能的影响

  冯晓飞, 王鹤峰, 冉桂, 赵帅

  功能材料. 2021, 52(3): 3188-3193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.029

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  采用微弧氧化的方法于磷酸盐电解液中在二元β型TiNb_x(x=5,10,15,20,25)合金表面制备了微弧氧化涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征各合金表面微弧氧化涂层的物相组成和微观形貌。采用纳米压痕仪、球-盘摩擦磨损实验仪分析了微弧氧化处理对钛铌合金力学性能、耐磨性的影响。结果表明,通过微弧氧化处理可以有效的在各基体表面制备出氧化涂层,表面微孔数目及大小无明显差别,拥有相似的致密度,氧化涂层主要由TiO₂相组成。随着基体Nb含量的增加,各基体表面微弧氧化涂层的硬度值与弹性模量表现出相同的变化趋势,Ti-15Nb合金表面微弧氧化涂层的硬度值和弹性模量值最大。经过微弧氧化处理后,Ti-5Nb和Ti-15Nb表面摩擦系数与基体相近,并无减摩效果;Ti-10Nb、Ti-20Nb和Ti-25Nb表面摩擦系数下降了55%以上,主要磨损机制由磨粒磨损变为粘着磨损,改善了合金的耐磨性能。
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  基于第一性原理的Ⅷ型Ba₈Ga_16-xAl_xSn₃₀(x=0, 6, 16)笼合物结构稳定性及电子结构性质

  申兰先, 李德聪, 申开远, 郑杰, 刘祖明, 葛文, 邓书康

  功能材料. 2021, 52(3): 3194-3199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.030

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  基于密度泛函的第一性原理从理论上探索Ba₈Ga_16-xAl_xSn₃₀(x=0,6,16)笼合物的电子能带结构和结构稳定性。结果表明,Al置换Ga后笼合物的晶格常数增加,当Al部分置换Ga时笼合物结构稳定性增强;Ba₈Ga₁₀Al₆Sn₃₀笼合物由于费米能级附近能带较密集会表现出较好的电传输特性;在费米能级附近,Ba₈Al₁₆Sn₃₀具有较高的态密度,且态密度线更陡峭,这有利于提高材料的Seebeck系数,然而也可能引起材料结构的稳定性下降。这些结果为进一步研究Ba₈Ga₁₆Sn₃₀笼合物提供较好的理论指导。
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  利用JMatPro软件进行合金覆层成分设计及回火工艺制定

  周立华

  功能材料. 2021, 52(3): 3200-3205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.031

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  利用JMatPro软件对合金覆层进行计算,模拟分析了不同回火状态下合金覆层内部相组成成分的变化情况与碳化物颗粒的析出情况,预测了合金覆层的相关性能;采用微束等离子熔覆加工方法,在H13钢基体上熔覆制备了合金覆层,研究分析了合金覆层回火前后的组织形态、物相组成、元素分布和显微硬度变化。结果表明,对合金覆层进行200 ℃回火2 h,合金覆层内部组织结构、物相组成与回火前相比无明显变化,显微硬度也无明显变化(463 Hv_0.1);经400 ℃回火2 h后,合金覆层组织内部开始有少量MC型特殊碳化物析出,晶界周围逐渐呈现不连续的网状分布,一定程度上提升了覆层的显微硬度(512 Hv_0.1);经600 ℃回火2 h后,合金覆层组织内部析出大量MC、M2C型特殊碳化物,之前不连续的网状分布发展为连续、密集的蛛网状分布,合金覆层内部整体呈现出更为细小、均匀的组织形态,覆层硬度提升约25.88%,达到569 Hv_0.1。
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  PVAc-AN/PS乳胶膜可观测“网点”的构建及形状记忆效应研究

  陈俞程, 陈培健, 孙嘉星, 李志国

  功能材料. 2021, 52(3): 3206-3213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.032

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  研究通过在聚乙酸乙烯酯(PVAc)乳胶粒表面构建形貌可控的聚苯乙烯(PS)壳层“突起”结构,并以其作为PVAc形状记忆效应中的可观测“网点”,实现了大形变量、高恢复率PVAc基形状记忆聚合物的制备。通过采用丙烯腈(AN)为接枝单体,制备了以PVAc为核、PS为壳的PVAc基核/壳结构乳胶粒(PVAc-AN/PS),首次实现了规整形貌乳胶粒表面可观测“网点”的构建与调控。通过扫描电子显微镜与透射电子显微镜表征了PVAc-AN/PS乳胶粒的形貌,并考察了乳胶粒形貌随壳层St添加量的变化而发生的衍化过程。采用单轴拉伸形状记忆循环实验研究了PVAc-AN/PS乳胶膜的形状记忆效应,并通过调控壳层St的添加量有效改善了PVAc-AN/PS乳胶膜的形状恢复率。实验结果表明,PVAc-AN/PS核/壳乳胶膜形变尺寸高达1500%以上,同时形状恢复率可达85%以上,这为拓宽形状记忆聚合物中“网点”的设计范畴及调控形状记忆性能提供了新途径。
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  扩散诱导的锌间隙相关施主缺陷对ZnO纳米棒结构及光电特性的影响

  雷宗霖, 张毓哲, 丁科, 张红, 叶利娟, 李泓霖, 熊元强, 李万俊

  功能材料. 2021, 52(3): 3214-3220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.03.033

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  采用射频磁控溅射技术和水浴法在SiO₂单晶衬底上生长了Zn纳米颗粒/ZnO纳米棒复合材料(Zn/ZnO)。后期热处理促使Zn/ZnO界面之间发生元素相互扩散, 直接向ZnO纳米棒中引入额外锌杂质, 从而获得了富锌的ZnO纳米棒材料。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、霍尔测试仪、分光光度计和拉曼光谱仪研究了富锌ZnO纳米棒的形貌、结构以及光电特性。结果表明, 所有ZnO纳米棒均呈整齐的六角纤锌矿结构, 相比ZnO纳米棒, 富锌纳米棒具有相对较差的结晶质量, 较好的导电性, 较低的透射率和较窄的禁带宽度。拉曼光谱研究表明, 通过扩散法向ZnO纳米棒引入的锌间隙相关施主缺陷, 是其拉曼光谱中出现异常的275 cm^-1振动模的来源, 也是导致富锌ZnO纳米棒微结构以及光电特性显著变化的主要原因。