2021年, 第52卷, 第5期　刊出日期：2021-05-30

  

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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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  Fe、Ce双助剂增强型Nb/TiO₂催化剂的制备及其NH₃-SCR性能研究

  许俊强, 杨传玲, 余海杰, 张强, 郭芳, 唐田, 张艳容

  功能材料. 2021, 52(5): 5001-5005. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.001

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  采用柠檬酸络和法制备了Fe、Ce改性的系列Nb-Fe-Ce/TiO₂催化剂,考察了Fe、Ce助剂的引入对Nb/TiO₂催化剂的低温活性和反应温度窗口的影响。通过X射线衍射(XRD)、氮气吸附–脱附(BET)、热重(TG)、程序升温还原(H₂-TPR)等手段对催化剂进行了表征。结果表明,Fe、Ce改性的Nb/TiO₂催化剂在NH₃-SCR反应中表现出较优的低温脱硝活性和较宽的操作温度窗口。优化配方后得到的10%Nb-0.7%Fe-3%Ce-TiO₂催化剂,在300 ℃时,其对NO转化率达100%,操作温度窗口为T₈₀为225～500 ℃,这可能归因于Fe、Ce助剂引入后催化剂具有较强的Nb-Fe-Ce-Ti相互作用力和较好的氧化还原性能。
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  pH/盐双敏感型聚离子液体凝胶的制备及对环丙沙星的控制释放

  赵亚梅, 刘星悦, 李泽城, 曹婷婷, 杨靖, 丁思奇

  功能材料. 2021, 52(5): 5006-5011. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.002

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  以不同烷基侧链的N-乙烯基咪唑类离子液体为单体,设计合成了3种具有pH/盐双敏感性的交联网状孔洞结构的聚咪唑类离子液体凝胶(PC_nvimBr,n=2,4,6)。在微观结构、溶胀特性和刺激响应行为研究基础上,探讨了侧链微增长对聚离子液体凝胶结构与性能的调节控制,并根据凝胶的构效关系情况进行相应药物的体外控制释放研究,研究表明,PC_nvimBr凝胶具有良好的pH/盐刺激双响应性以及溶胀可逆性。在pH=7.4的弱碱性环境下,三种聚离子液体凝胶均具有较强的敏感性及溶胀可逆性,其中PC₂vimBr凝胶的pH响应性最为敏感,其平衡溶胀率高达1422.3%。同时,以NaCl盐溶液为模拟模型,相对而言,PC₂vimBr凝胶在弱碱性条件下具有良好的盐敏感性。此外,结合人体肠道呈弱碱性特点,以肠道杀菌药物环丙沙星(CIP)为载药模型,在pH=7.4时药物控制释放的体外模拟实验研究发现,PC₂vimBr凝胶10 h内的累积释放率为67.78%,是PC₄vimBr、PC₆vimBr凝胶的1.42和3.38倍,这与pH/盐刺激双响应性的研究结果一致。因此,烷基侧链微增长对凝胶结构具有较强的调控作用,pH/盐双敏感性的PC₂vimBr凝胶在肠道杀菌药物的控制释放具有潜在的应用价值。
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  负载型复合氧化物催化剂催化燃烧氯苯性能研究

  梁川, 朱磊, 于鹏, 李溪, 徐炎华, 刘志英

  功能材料. 2021, 52(5): 5012-5017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.003

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  采用沉积-沉淀法制备了系列负载型Mn-Ce-Zr复合氧化物催化剂,考察了载体、摩尔比以及负载量对催化燃烧氯苯性能的影响,同时借助X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)、扫描电子显微镜(SEM)等表征手段研究了催化剂的理化性能。结果表明:以堇青石蜂窝陶瓷为载体、锰铈锆摩尔比为4∶1∶1、负载量为30%的条件制得的催化剂表现出最优的催化氧化性能,325 ℃下氯苯的转化率可达99%。研究发现,这与催化剂优异的氧化还原性能以及活性组分于载体的均匀分布密切相关。此外,催化剂对不同结构特性CVOCs的催化燃烧性能也进行了初步的比较研究。
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  低介电常数改性聚酰亚胺材料的研究进展

  黄兴文, 朋小康, 刘荣涛, 廖松义, 刘屹东, 闵永刚

  功能材料. 2021, 52(5): 5018-5024. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.004

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  聚酰亚胺(PI)广泛应用于电子集成电路的绝缘材料领域。随着电子通信行业的不断更新换代,信号传输频率逐渐往高频发展(例如5G通讯),为了满足信号传输速度快、介电损耗低的要求,需要不断地降低印刷线路板(PCB)绝缘材料的介电常数。常规聚酰亚胺介电常数偏高,不适合直接用于PCB的绝缘材料,为满足未来5G高频通信要求,必须对其进行改性,因此本文综述了低介电常数聚酰亚胺改性的研究进展,并对其进行了展望。
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  用于超级电容器的高性能石墨烯/CoMoO₄复合电极

  樊泽文, 任晶, 任瑞鹏, 吕永康

  功能材料. 2021, 52(5): 5025-5032. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.005

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  高性能超级电容器电极材料的开发对于缓解当前的能源危机势在必行,设计和优化混合过渡金属氧化物并研究电化学性能和循环寿命对于超级电容器的实际应用至关重要。在已开发的混合过渡金属氧化物中,由于电活性材料的导电率差并且与电解质的接触受限制,大大限制了所制备电极的电化学性能。我们在本文中提出了一种合成石墨烯/CoMoO₄纳米片的有利设计,使活性材料均匀生长在三维石墨烯泡沫的网状骨架上,充分提高了活性材料的利用率,其独特的结构也增加了电活性材料与电解质界面之间的接触,使赝电容反应充分发生。由于石墨烯的高电子传输速率和CoMoO₄纳米片的高活性,三维复合电极具有出色的电化学性能,具有相对较高的面积比电容(在1 mA cm^-2下为2 737 mF cm^-2)和出色的循环稳定性(在10 mA cm^-2下进行4000次循环后,保留原始比电容的81.76％)。这些出色的结果表明,石墨烯/CoMoO₄纳米片复合材料具有巨大的潜力,可作为高性能超级电容器的电极材料。
综述·进展
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  锂硫电池自支撑正极材料的研究进展

  李豫云, 李虹, 向明武, 郭俊明, 白红丽, 刘晓芳

  功能材料. 2021, 52(5): 5033-5041. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.006

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  锂硫电池具有1 675 mAh·g^-1的理论比容量,丰富的硫资源,低成本和环境友好等优点,将是下一代最具潜力的高能量密度储能电池之一。然而单质硫的绝缘性、多硫化物的穿梭效应以及活性硫的低含量和低面载量等问题,是导致锂硫电池的实际能量密度低、容量衰减快的主要原因。锂硫电池正极材料的设计与构筑至关重要,自支撑的硫正极材料不需要传统的铝箔集流体,能有效改善活性硫的“两低”问题和提高锂硫电池的电化学性能。综述了自支撑硫正极材料的基体类型及其制备方法对锂硫电池电化学性能的影响,分析了目前自支撑硫正极材料存在的缺陷与问题,并对其未来的发展进行展望。这对开发新型硫正极材料来改善锂硫电池的电性能有着重要意义。
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  电致变色器件关键材料凝胶聚合物电解质研究进展

  王冠杰, 王美涵, 雷浩, 魏丽颖, 袁美玲, 李紫溪, 侯朝霞, 张钧

  功能材料. 2021, 52(5): 5042-5049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.007

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  凝胶聚合物电解质是构成电致变色器件(ECD)的关键材料,其在器件中作为电极间的传导介质,为电致变色反应提供补偿离子。利用不同基体材料制备的凝胶聚合物电解质对提高电致变色器件性能具有重要影响。综述了聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)及生物材料作为凝胶电解质聚合物基体的导电机理。阐述了它们作为电致变色器件电解质层对离子电导率、透光度、电致变色性能的影响。最后对凝胶聚合物电解质未来发展趋势进行了展望。
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  偕胺肟基功能材料对铀的吸附研究进展

  黄源涛, 刘晓阳, 刘立恒, 张学洪

  功能材料. 2021, 52(5): 5050-5056. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.008

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  随着核能发电技术的发展,对铀的需求也越来越多。核能发电的过程中会产生含铀的污染废水,如何有效去除污染废水中的金属铀是当前比较热门的研究课题。偕胺肟基团对铀具有较强选择吸附性,可以对吸附剂进行功能化改性而形成对铀具有较强吸附能力的偕胺肟基功能材料。采用吸附法处理含铀废水时,发现经偕胺肟基团修饰后的吸附剂,表现出对铀高效的选择吸附能力。综述了偕胺肟基功能材料对铀的吸附性能、吸附影响因素及吸附机理,并对它们在水体中富集铀的应用前景和发展趋势进行展望,以期为后续相关研究及实际应用提供参考依据。
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  多级孔SAPO-34催化剂合成与应用的研究进展

  王兴文, 蒋荣立, 周子涵, 陈学帅, 侯慧琳

  功能材料. 2021, 52(5): 5057-5065. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.009

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  SAPO-34分子筛被广泛应用于催化甲醇制取烯烃(MTO),但单一微孔结构沸石在催化过程中极易失活。多级孔结构沸石结合了微孔沸石和介孔材料的优点,在不影响微孔沸石固有的催化活性和选择性的前提下,增强了分子扩散和传质能力,极大增加分子筛催化寿命。该文综述了近年来多级孔分子筛的合成策略与催化性能表征。第一部分简介了分子筛结构,并阐明了其催化性能与扩散的关系。第二部分对目前多级孔SAPO-34的不同合成方法进行了对比与总结。最后针对目前多级孔分子筛不同合成方法做出总结与展望。
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  光催化纳米材料的微生物法制备及其研究进展

  陈吉, 祁诗月, 苗雅慧, 辛宝平

  功能材料. 2021, 52(5): 5066-5075. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.010

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  光催化纳米材料是指能直接将太阳能转化为化学能来进行催化的纳米材料。因能直接利用太阳能这一特性,光催化纳米材料成为了缓解能源短缺和环境污染最有潜力的一类材料。光催化纳米材料的制备方法多种多样,其中,微生物制备法是利用微生物生长代谢合成光催化纳米材料,因微生物生长周期短、反应条件简单、无二次污染、节能环保等优点,成为现今极具发展潜力的、绿色环保的制备方法。对此研究者们进行了大量的研究探索。结合了近十年来有关微生物法制备光催化纳米材料的研究文献,介绍了用微生物法合成的各种纳米光催化材料,包括金属单质、硫族金属化合物、金属氧化物、复合材料及其它。重点阐述了光催化纳米材料的微生物制备过程及机理,介绍了各种光催化纳米材料的应用及光催化机理,最后,对光催化技术和微生物制备未来的研究进行了展望。
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  TiO₂及其复合材料光催化降解室内甲醛的研究进展

  王学川, 宋云云, 韩庆鑫

  功能材料. 2021, 52(5): 5076-5082. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.011

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  近年来室内环境污染问题备受关注,尤其是以甲醛为主的挥发性有机化合物(VOC)的消除具有较高的挑战性。通过光催化氧化途径清除室内甲醛等VOC具有很好的现实意义和研究前景。在各种用于VOC氧化消除的催化剂中,二氧化钛(TiO₂)因具有成本效益高,稳定性和VOC降解活性高等优越性,被认为是最合适的光催化剂之一。综述了以二氧化钛(TiO₂)为催化剂去除甲醛的基本原理、影响光催化反应的因素。还对近年来有关掺杂金属和非金属成分的改性TiO₂,TiO₂复合材料以及一些新型的复合材料对光催化降解甲醛的研究进展进行了综述,讨论了光催化剂降解甲醛的研究方向和潜在应用。
研究·开发
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  垃圾炭混凝土性能及生态效益研究

  贾亚琪, 王震洪, 李赫, 严婷, 张聪, 何晓乐, 李盼根, 王毅毅

  功能材料. 2021, 52(5): 5083-5090. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.012

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  城市生活垃圾的急剧增加和水泥行业的高耗能、高污染带来了严重的环境问题。生物炭替代一定量水泥制备混凝土具有增强混凝土工作性能和强度的特性。研究用0%、1%、3%、5%、7%、9%、15%和20%质量百分比的垃圾生物炭(简称垃圾炭)替代水泥,制造胶砂和C35、C40混凝土,研究其工作性能和力学性能,采用SEM和FT-IR表征垃圾炭混凝土水化产物的微观结构,评价其生态效益。结果表明,垃圾炭替代水泥使水泥基材料的流动性下降;垃圾炭替代率为5%内时,力学性能增强,最高可提升混凝土10%的抗压性能和7%的劈裂抗拉性能;垃圾炭替代率在9%以内时,混凝土力学性能均优于规定的最低使用标准;垃圾炭替代率为15%~20%时,垃圾炭混凝土力学性能下降,但仍可作为低标号混凝土使用。垃圾炭混凝土若在全国城市推广,每年可处理垃圾约1.8亿吨,减少1.1亿吨CO₂排放量,节约358亿元成本,生态效益和经济效益可观。
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  煤气化炉渣骨料对水泥砂浆力学性能的影响机理

  张跃宏, 刘松辉, 王上, 周蓉, 张海波

  功能材料. 2021, 52(5): 5091-5096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.013

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  利用煤气化炉渣(CGS)替代天然砂(NS)骨料制备了煤气化炉渣水泥砂浆(CGSM),研究了CGSM物理力学性能及微观结构发展规律,结合扫描电子显微镜和能谱仪、压汞仪分析了水泥砂浆中CGS骨料与水泥浆体的界面反应机理。结果表明,CGSM在28 d之前强度低于天然砂水泥砂浆(NSM),在28 d之后强度持续增长并超过NSM;CGS骨料在水泥浆液的激发作用下反应生成额外的钙矾石和C-S-H凝胶,降低了水泥砂浆的孔隙率,增强了CGS骨料与水泥浆体的粘结性能,是CGSM后期强度持续增长的主要原因。
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  α-Fe₂O₃/W₁₈O₄₉纳米复合光催化剂的制备及其光催化固氮性能研究

  张龙, 葛建华, 徐静, 刘玉洁, 丁修龙

  功能材料. 2021, 52(5): 5097-5104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.014

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  采用水热法合成α-Fe₂O₃/W₁₈O₄₉复合光催化剂,将α-Fe₂O₃颗粒修饰在W₁₈O₄₉颗粒表面。通过XRD、SEM、FTIR、XPS和UV-vis等表征手段分别研究了样品的物相、结构、形貌、组成和吸光特性等。并利用光催化固氮装置考察了模拟太阳光照射下,不同复合比例下样品的光催化固氮的性能。结果表明,复合后催化剂较原始催化剂具有更窄的禁带、更高的可见光响应强度;2% α-Fe₂O₃/W₁₈O₄₉纳米复合材料光催化固氮性能最佳,在3 h内的光催化反应的固氮量达到了1861.43 μg·g^-1_cat,为单一W₁₈O₄₉催化剂的固氮量的~1.97倍。最后,讨论了有关2% α-Fe₂O₃/W₁₈O₄₉异质结光催化固氮的可能机制。
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  秸塑复合材料的非线性黏弹塑性分析

  张思成, 盛冬发, 安文静, 刘邦剑, 齐荣庆, 程家幸

  功能材料. 2021, 52(5): 5105-5110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.015

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  在拉伸试验中,秸塑复合材料在加载和卸载时滞后回线表现出明显的非线性特征。在不同水平荷载下的蠕变试验中,响应为非线性黏弹塑性,其黏塑性应变可从卸载后的恢复曲线中可得到。在蠕变试验中,黏塑性响应描述为时间和应力水平的幂次函数。黏弹塑性响应采用Schapery非线性黏弹塑性模型,该模型假设黏弹性柔量是时间的幂次函数。对实验数据采用最小二乘法进行拟合,确定Schapery非线性黏弹塑性模型中的各个参数,并利用该模型对不同应力水平下秸塑复合材料的蠕变行为进行预测。最后,将实验结果与理论结果进行了对比。结果表明:Schapery非线性黏弹塑性模型对表征秸塑复合材料的黏弹塑性行为具有足够的精度,可用来预测不同应力水平下秸塑复合材料的蠕变特性。
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  25^#相变蜡-十四醇相变共晶材料的制备及性质研究

  杨建森, 张圆圆, 尹宁, 唐少容

  功能材料. 2021, 52(5): 5111-5116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.016

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  为了解决单一相变材料热工性质的不足,以25^#相变蜡-十四醇相变共晶材料(PCEM)为芯材,三聚氰胺改性脲醛树脂(MUF)和三聚氰胺改性酚醛树脂(MPF)为壁材,通过原位聚合法制备了相变微胶囊,探讨了壁材种类、乳化剂用量及乳化转速对微胶囊的影响,并采用SEM、DSC、FT-IR、TG对微胶囊的微观结构、热学性质及稳定性进行测试分析。结果表明,以MUF为壁材,所制备的微胶囊近似球形,粒径分布均匀,其相变温度和相变潜热分别为22.43 ℃和74.00 J/g,包覆率高达74.88%。芯材与壁材之间仅为简单的物理嵌合,且50次冷热循环后微胶囊的储热性能几乎未发生变化。当温度高于190 ℃,微胶囊才会出现明显的失重现象,具有良好的储热性能和热稳定性。因此,PCEM在建筑节能领域具有良好的应用前景。
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  纳米Co₃O₄/ZnO复合材料的制备及其光催化性能的研究

  王文涛, 陈书航, 张崇, 王晶, 崔其晖, 付慧刚, 张万旋, 徐宏妍

  功能材料. 2021, 52(5): 5117-5120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.017

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  以Co(NO₃)₂为原料,CO(NH₂)₂为沉淀剂,H₂O₂为氧化剂,通过水热-煅烧制备Co₃O₄和Co₃O₄/ZnO纳米颗粒。通过XRD、FT-IR、SEM对样品的结构和形貌进行了表征。结果表明,所制备出的Co₃O₄呈现多片层组成的不规则颗粒结构,Co₃O₄/ZnO的形貌为片层堆叠的球状结构。在紫外光照条件下降解甲基橙溶液研究了Co₃O₄与Co₃O₄/ZnO复合材料的光催化性,发现Co₃O₄/ZnO复合材料比Co₃O₄颗粒具有更好的光催化性能活性,其对甲基橙的降解率在72 h可达99%。
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  基于壳聚糖/β-甘油磷酸钠(CS/β-GP)温敏型水凝胶的细胞表面壳化及对癌细胞行为的影响研究

  许浩, 魏延, 徐双梦, 苏慧, 李涵琴, 黄棣, 王楷群, 胡银春

  功能材料. 2021, 52(5): 5121-5126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.018

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  制备了壳聚糖/β-甘油磷酸钠(CS/β-GP)复合物水凝胶,测试其温敏特性及其SEM、FTIR性质,并研究人卵巢癌细胞、人宫颈癌细胞和小鼠成纤维细胞在包裹 CS/β-GP 水凝胶后的运动迁移性能和生理活性,进一步探究温敏性水凝胶在肿瘤治疗领域的潜在应用。方法 制备 CS/β-GP 水凝胶,并将该水凝胶包裹于生长良好的人卵巢癌细胞、人宫颈癌细胞和小鼠成纤维细胞表面继续培养,通过细胞划痕实验和活死荧光染色检测水凝胶对癌细胞的迁移性和生理活性的影响。 结果 制备出的 CS/β-GP 水凝胶在室温下呈透明液体,在 37 ℃发生凝胶化现象;细胞划痕实验结果显示,未涂覆水凝胶的癌细胞随培养时间的延长细胞不断向划痕区迁移生长,而涂覆了水凝胶之后,细胞迁移明显受到抑制;活死荧光染色结果表明,水凝胶可抑制癌细胞(人卵巢癌细胞、人宫颈癌细胞)生理活性,但对正常细胞(小鼠成纤维细胞)的生理活性影响较小,故此 CS/β-GP 水凝胶的温敏特性可以作为癌细胞与正常细胞的初筛,有望用于生物安全的癌症治疗。
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  甲硫氨酸铈的合成及其对橡胶硫化性能的研究

  李帅, 郝伟, 柳召刚, 李梅, 张文涛, 胡艳宏, 吴锦绣

  功能材料. 2021, 52(5): 5127-5134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.019

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  使用复分解法,用甲硫氨酸和氯化铈合成了甲硫氨酸铈。经过元素分析、ICP-OES分析、傅里叶红外光谱分析和热重表征,确定配合物的分子式为CeCl₃(C₅H₁₀NO₂S)₃·2H₂O,研究了其对天然橡胶的硫化促进作用。甲硫氨酸铈作为硫化促进剂加入天然橡胶中相比于空白胶料,模量、焦烧时间得到延长;溶胀指数由5.5872下降至5.1395,交联密度由8.11×10^-5 mol/cm³提升至9.90×10^-5 mol/cm³;对添加甲硫氨酸铈的胶料进行硫化动力学拟合,得到各阶段的硫化反应速率常数k,进而求得硫化反应活化能为E₁=73.85 kJ/mol;E₂=91.05 kJ/mol;E₃= 127.00 kJ/mol。相对于空白胶料,硫化反应活化能降低,甲硫氨酸铈具有硫化促进作用。
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  Zn²⁺掺杂NaAlSiO₄:Er³⁺, Yb³⁺微晶玻璃制备及上转换发光性能

  邵金株, 王觅堂, 柳召刚, 胡艳宏, 吴锦绣, 冯福山

  功能材料. 2021, 52(5): 5135-5139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.020

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  主要研究过渡金属Zn²⁺离子掺杂对NaAlSiO₄:Er³⁺, Yb³⁺微晶玻璃上转换发光性能的影响。采用高温熔融法制备不同掺杂浓度的Zn²⁺掺杂NaAlSiO₄:Er³⁺, Yb³⁺上转换发光样品,通过同步热分析仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪和荧光光谱分析仪等对样品进行热处理制度、析出晶体、玻璃结构和发光性能的表征分析。采用两步法对基质玻璃进行热处理之后,样品中析出NaAlSiO₄晶体,随着Zn²⁺离子掺杂浓度的增加,样品的结晶完整度有所变化,说明Zn²⁺进入到晶体内部,打破了晶体内部对称性,引起晶格畸变。在980 nm激光器泵浦激发下样品在543 nm处出现绿光发射峰,在668 nm处出现红光发射峰。结果表明,位于668 nm处的红光发射峰强度随着Zn²⁺掺杂浓度的不断增加而逐渐增强,说明一定浓度的过渡金属Zn²⁺的掺杂会对样品的上转换发光强度的提升有较大的促进作用。
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  ZnO-石墨烯复合材料的制备及其光催化降解性能研究

  李林枝

  功能材料. 2021, 52(5): 5140-5144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.021

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  采用溶剂热法,制备了一系列不同还原氧化石墨烯(RGO)含量(0,2%,4%,6%和8%(质量分数))的ZnO-石墨烯复合材料。通过XRD、SEM、PL等方法对复合材料样品进行了表征。结果表明,所有掺杂RGO的复合材料样品均没有改变ZnO的结构;纯ZnO样品为圆球状颗粒,晶粒尺寸约为40 nm,掺入RGO后,样品的晶粒尺寸出现了不均匀现象,并且随着RGO含量的增加,复合材料样品的团聚逐渐加大;所有复合材料的发射峰都在373 nm附近,随着RGO掺量的增加,复合材料的本征发射峰的强度呈现先降低后升高的趋势;RGO的引入可以提高复合材料在可见光区域的吸收,并且吸收峰有轻微红移的趋势;随着RGO掺量的增加,复合材料的光催化性能呈现出先升高后降低的趋势,当RGO含量为6%(质量分数)时,复合材料的光催化性能最佳,降解率和反应速率常数分别达到71.97%,0.017 min^-1。
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  α-磷酸三钙/α-半水硫酸钙复合骨水泥的制备及力载荷下的性能研究

  宋亚萍, 连小洁, 高志鹏, 侯丁煜, 黄棣, 魏延

  功能材料. 2021, 52(5): 5145-5150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.022

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  α-磷酸三钙(α-tricalcium phosphate, α-TCP)是目前临床上理想的骨修复材料之一,其生物相容性良好且降解产物对人体无害,但力学强度较低。Wolf提出,人体骨骼在长时间接受外力时,会增大骨密度与坚硬强度,研究力载荷下材料的性能具有重要意义。研究以α-TCP为主,与α-半水硫酸钙(α-calcium sulfate hemihydrate, α-CSH)复合制备α-TCP/α-CSH(α-TCP占质量比为100%、95%、90%、85%、80%、75%),并模拟人骨受力状态,对其凝固时间、静态力学性能、动态力学性能、降解性能以及生物相容性进行了研究。结果表明:α-TCP质量比占95%的复合骨水泥材料其凝固时间为7 min;静态加载时抗压强度也为最大,对其进行动态循环加载,所能承受的峰值力最大;在降解过程中其降解率为负值,水化效果明显。认为α-磷酸三钙占比为95%的复合骨水泥材料性能较优,为该材料的临床应用研究提供理论实验依据。
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  磁流变弹性体基拓扑声子晶体弹性波传输可调性研究

  李潘玉, 游世辉, 李维, 张圣东, 曾宪任

  功能材料. 2021, 52(5): 5151-5158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.023

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  设计了一种由磁流变弹性体、硅胶、钨三种材料组成二维三组元蜂窝状的声子晶体,通过打破二维蜂窝状声子晶体的空间对称性实现了K点的狄拉克锥从打开到闭合后再打开状态,实现了第8和第9能带间的能带反转,通过构造类似量子霍尔效应的赝自旋态实现了弹性波的拓扑传输。通过有限元法和平面波展开法研究了磁场与声子晶体禁带频率范围的变化规律,实现了弹性波拓扑传输通道的智能调节。此外,探明了不同金属芯体材料密度对声子晶体带隙的影响,研究结果可以为新型智能材料的研究及弹性波的精确引导等提供相应的参考。
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  Ce₃Th合金高压相变的第一性原理研究

  陈南迪, 王艳, 曾召益, 胡翠娥

  功能材料. 2021, 52(5): 5159-5165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.024

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  为探究Ce₃Th合金在高压下的相变规律及物理性质,本文利用基于密度泛函理论的虚晶近似(VCA)对Ce₃Th进行了系统的理论研究。通过对计算结果的分析,发现了Ce₃Th合金在压力下的相变规律。当压强增加到25 GPa附近,轴向比c/a突然从2跃迁到1.68左右,fcc结构开始向bct结构转变。同时,通过计算弹性性质进一步说明了Ce₃Th的相变,发现得到的弹性常数、弹性模量、弹性德拜温度和声速的线性关系在相变压力附近有“软化”的趋势,这也从另一角度反映了结构相变的信息。最后,根据准谐德拜模型,预测了在0~90 GPa的压力范围和0~1 200 K的温度范围内的热容(C_V)和热膨胀系数α等热力学性质,Ce₃Th在0 GPa,300 K时的热膨胀系数α约为4.27×10^-5 K^-1。
工艺·技术
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  疏浚底泥-大理石废粉陶粒的制备工艺及性能

  梁标, 黄寿琨, 蔡德所, 董堃, 黄月群, 孙桂凯, 莫崇勋

  功能材料. 2021, 52(5): 5166-5175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.025

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  通过对两河段底泥(DSⅠ和DSⅡ)、大理石废粉(MWP)两种固体废弃物的化学组成及热稳定性分析,确定制陶原材料配比与工艺参数范围,设计了以不同原料配比、预热时间、焙烧温度、焙烧时间为因素,以堆积密度、吸水率、抗压强度和除磷率为水平的正交实验,并根据正交实验结果分别确定了一种制备高强建筑轻集料(DMC-HC)和一种高效除磷滤料(DMC-HP)的最佳原料配比和工艺参数,利用XRD观察不同性能的DMC物相变化,分析DMC抗压性能与除磷性能的形成过程。结果表明,底泥与大理石废粉能够很好地制备陶粒,在原料配比为DSⅠ∶DSⅡ∶MWP=2∶1∶0.8、预热时间为10 min、焙烧温度为1 060 ℃、焙烧时间为10 min时,可制得堆积密度为696.29 kg/m³,表观密度为1 430 kg/m³,空隙率为52.23%,吸水率为33.42%,抗压强度为2.37 MPa,破碎率于磨损率之和为4.12%,盐酸可溶率为1.56%,比表面积为2.06 m²/g的高效除磷陶粒;DSⅠ∶DSⅡ∶MWP=2∶1∶0.8、预热时间为5 min、焙烧温度为1 180 ℃、焙烧时间为15 min时,制得堆积密度为950.35 kg/m³、吸水率为1.5%、抗压强度为25.53 MPa的低吸水率、轻质高强陶粒。结合XRD物相分析表明:陶粒主要通过化学沉淀达到高效除磷效果,在1 180 ℃时形成的蓝晶石和铝酸钙是使陶粒获得高强性能的主要原因。
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  纳米SiO₂/玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料的制备和耐久性能研究

  谢金, 杨伟军

  功能材料. 2021, 52(5): 5176-5180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.026

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  首先,利用上浆法,将改性纳米SiO₂与玄武岩纤维复合;然后利用手工铺料法,制备了纳米SiO₂/玄武岩纤维增强环氧树脂层状复合材料(S-BF/EP)。利用SEM对改性玄武岩纤维和玄武岩纤维/环氧树脂层状复合材料的表面形貌和界面形貌进行了研究;利用FT-IR、TGA和万能力学试验机对复合材料的分子结构、热解性能和耐久性能进行了研究。结果表明,纳米SiO₂成功被偶联剂改性,并均匀附着在玄武岩纤维表面,玄武岩纤维表面的粗糙度被有效地改善;S-BF/EP层状复合材料内纳米SiO₂对应的Si-O-Si键收缩振动,使得S-BF/EP层状复合材料比空白EP样品多出1 107和803 cm^-1两个振动峰;S-BF/EP层状复合材料降解温度比EP材料高10 ℃,其在建筑材料应用方面更有优势;S-BF/EP层状复合材料的抗拉强度和抗弯强度分别为489和987 MPa,均高于环氧树脂材料样品的368和795 MPa;经过95 ℃湿热老化后,S-BF/EP层状复合材料抗拉强度和抗弯强度性能损失分别为23.9%和9.6%,明显低于空白EP样品的32.9%和36.6%;断裂面SEM分析表明,S-BF/EP层状复合材料中纤维与环氧树脂基体结合紧密,未发现裂纹或者缝隙。
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  制备工艺对石墨纳米片/环氧树脂复合材料电导率的影响

  朱巧思, 郭建强, 李炯利, 王旭东

  功能材料. 2021, 52(5): 5181-5187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.027

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  采用溶液混合、分步超声分散的一体化制备工艺,得到了石墨纳米片/环氧树脂导电复合材料,研究了不同理化参数的石墨原料及分散溶剂、不同石墨原料含量、咪唑含量、超声时间及方式对复合材料电导率的影响。结果表明,选取EG80/乙醇分散体系,当石墨含量为25%(质量分数,下同)、咪唑含量为45%时,采用前超声1 h +后超声0.5 h的分步分散工艺,可制备得到平均电导率为13.02 S·cm^-1的石墨纳米片/环氧树脂复合材料。
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  空心花状结构Fe₃O₄/MoS₂复合物的制备及吸波性能

  项光鸿, 沈勇, 倪哲伟, 陈名扬

  功能材料. 2021, 52(5): 5188-5194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.028

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  采用溶剂热和水热两步法制备了空心花状MoS₂/Fe₃O₄复合物。通过XRD、XPS、SEM和TEM测试表征了Fe₃O₄和MoS₂单组分材料与其复合物的结构特性并利用矢量网络分析仪(VNA)模拟了不同厚度下样品的吸波性能。结果表明,在样品与石蜡的混合质量比为1∶1时,复合物表现出更加优异的吸收强度、有效吸收带宽(＜-10 dB)以及样品厚度。当厚度仅为2.0 mm时,复合物在频率为14.8 GHz处的最大吸收值为-35.25 dB,有效吸收带宽为5.52 GHz(12.48~18.00 GHz)。可以预见这种独特的核壳结构复合物在微波吸收领域有着潜在的应用价值。
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  天然表面活性剂辅助制备羟基磷灰石材料研究

  谷婉婷, 董雨萱, 刘彤, 韩冰, 詹舒辉, 蒋建新, 韩春蕊, 宋杰

  功能材料. 2021, 52(5): 5195-5199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.029

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  羟基磷灰石(HAP)是稳定和生物相容性优良的骨修复和药物递送功能材料,其制备合成具有重要意义。以天然表面活性剂——无患子皂苷作为模板和修饰剂,采用水热法,制备得到蒲公英微球和纳米颗粒两种羟基磷灰石材料,并以X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对材料的结构进行表征。考察了酸碱条件下皂苷浓度对材料形貌的影响,发现酸性条件下,随着皂苷浓度的增加,棒状结构变短,浓度增加到2g/L(10 CMC)时成长为蒲公英状聚集体,此时皂苷起到模板作用;碱性条件下起到修饰分散作用,材料趋于规整和均匀。为充分研究无患子皂苷在材料制备中的作用,采用GaussView软件对无患子皂苷的结构进行量子化学计算,得到最优构型和对静电分布图,推测无患子辅助制备HAP主要通过有机物和Ca²⁺之间的静电吸附作用,用作模板或修饰剂。该研究从量子化学等角度研究天然表面活性剂辅助制备HAP原理,不仅对HAP功能材料开发研究就有重要意义,也扩宽了天然表面活性剂在无机功能材料制备中的应用。
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  RAFT聚合结合“巯基-炔”点击反应制备凹凸棒土杂化粒子

  蔡子楠, 李润飞, 杨海存, 曹峥, 龚方红

  功能材料. 2021, 52(5): 5200-5205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.030

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  以十二烷基三硫代碳酸酯-2-甲基-丙酸炔丙酯(alkyne-DMP)为链转移剂,通过RAFT聚合合成炔基封端的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(alkyne-PNIPAM),以γ-巯丙基三甲氧基硅烷(MTS)修饰凹凸棒土(ATP)制备表面巯基化的ATP-MTS,经“巯基-炔”点击反应制备杂化粒子ATP@PNIPAM。研究了聚合反应动力学,采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)和透射电镜(TEM)等手段对杂化粒子进行表征。结果表明:RAFT聚合具有较好的可控性,通过点击反应成功制备了杂化粒子,点击反应进行3 h时,杂化粒子表面PNIPAM的接枝率可达12.6%,且具有明显的温度响应性。
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  K-Zn-MOF-74新型吸附材料的制备及其应用

  张子龙, 吴成晨, 陈钊, 肖瑜, 郑潇, 沈铭琳, 谢名淇

  功能材料. 2021, 52(5): 5206-5210. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.031

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  研究了新型改性金属有机骨架材料K-Zn-MOF-74的制备及其吸附水中Cd(Ⅱ)的性能和机理。通过拟合吸附等温模型以及吸附动力学模型,探究其吸附性能,结合IR、XRD、SEM和XPS等表征分析研究其吸附机理。K-Zn-MOF-74对水中Cd(Ⅱ)的吸附过程符合Langmuir模型、D-R模型以及准二级动力学模型,其吸附过程以化学吸附为主,最大吸附量为297.0 mg/g,是改性之前Zn-MOF-74的17.71倍。通过IR、XRD、SEM和XPS等表征分析,Cd(Ⅱ)主要以沉淀物的形式被附着在K-Zn-MOF-74的表面。
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  Co元素添加对Fe₈₃Ga₁₇合金结构及磁性能的影响

  张光睿, 姚特, 龚沛, 乔禹, 王婷婷, 梁雨萍, 郝宏波

  功能材料. 2021, 52(5): 5211-5215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.032

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  制备目标成分为Fe_83-xCo_xGa₁₇(x=0,0.5,1.5,2.5,3.5)系列的合金铸锭,研究了Co元素添加对该系列合金结构、磁致伸缩性能、磁性能及硬度的影响。实验结果表明, 随着Fe-Ga合金中Co元素的增加,合金饱和磁致伸缩值先增加后降低,在x=1.5时,合金饱和磁致伸缩值最高,达到195·10^-6,并且该成分合金在低场下具有高的磁致伸缩率。同时还发现,Fe_83-xCo_xGa₁₇系列合金相结构均为无序α-Fe体心立方结构,并且Co元素添加后,合金产生晶格畸变,该系列合金晶格常数随Co元素加入的变化表现为先减小后增大,与饱和磁致伸缩值先增后减的变化相对应。加入适量的Co元素还可以提高Fe-Ga升合金的饱和磁化强度,在x=1.5时达到195.6 emu/g,同时降低合金矫顽力,并提高合金硬度,在x=3.5时,合金硬度相比于Fe-Ga合金提升近15%。
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  弥散强化对PtRh10高温力学性能及微观形貌的影响

  吴保安, 李凤, 唐会毅, 肖雨辰, 杨晓亮, 喻峰, 蔡欣男, 杨子明

  功能材料. 2021, 52(5): 5216-5220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.05.033

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  通过对弥散强化的铂铑10合金(4GC1-QPR10)和普通铂铑10合金(4GC1-PR10)进行1 400 ℃高温拉伸试验和蠕变断裂寿命试验,并用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)观察和分析断口附近的表面形貌、金相以及断口的微观组织结构,对比性地研究了二者在高温环境下的力学性能及微观组织变化,结果表明,在1 400 ℃的高温拉伸和蠕变断裂寿命试验中,4GC1-QPR10的抗拉强度和屈服强度均明显高于4GC1-PR10,并保持相对高的延伸率,且在恒定载荷下,蠕变断裂寿命提升明显;4GC1-PR10晶粒严重长大,而4GC1-QPR10断口附近的晶粒仍然保持着纤维状组织,晶粒未明显长大;4GC1-QPR10和4GC1-PR10断口均为韧窝状,但4GC1-PR10断口处韧窝尺寸大小不均匀,而4GC1-QPR10断口处韧窝细小、密集,并在韧窝中或是韧窝周围均匀地分布着第二相颗粒。