功能材料

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CeO₂/CuBi₂O₄异质结的制备及其光催化性能研究

岳明月, 朱佳, 李天保, 罗居杰, 翟光美, 郭俊杰, 许并社

功能材料. 2021, 52(8): 8001-8007. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.001

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通过水热法制成CuBi₂O₄纳米棒,然后在其表面利用湿化学法原位沉积Ce(OH)₃层并经煅烧工艺制备了CeO₂/CuBi₂O₄异质结光催化剂,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和莫特肖特基曲线(M-S)等测试对所得CeO₂/CuBi₂O₄复合光催化剂进行了表征,并以罗丹明B(RhB)为目标污染物在模拟太阳光下研究了CeO₂掺杂量对CeO₂/CuBi₂O₄异质结光催化性能的影响。结果表明,当在复合物中引入重量比为10%CeO₂时,复合物对RhB的降解效率达到最大(93.1%、60 min),相较于纯CuBi₂O₄(71.3%、60 min),复合物的光催化效率提升了30.6%。通过自由基捕获实验确定光催化实验中起主要作用的活性物质为·O^-₂和h⁺,结合电子能带结构分析,认为p-n异质结内建电场作用下光生电子-空穴对的有效分离是光降解效率得到提升的主要原因。本研究提供了一种基于CuBi₂O₄的高效异质结在光催化中的应用,对满足未来不断增长的环境需求具有重要意义。

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环丁烷基聚酰亚胺液晶取向膜的制备及光控取向研究

职欣心, 魏鑫莹, 祁浩然, 刘金刚, 刘艳改

功能材料. 2021, 52(8): 8008-8016. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.002

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采用1,2,3,4-环丁烷四酸二酐(CBDA)分别与芳香族二胺单体,包括4,4′-二氨基二苯甲烷(MDA)、3,3′-二甲基-4,4′-二氨基二苯甲烷(DMDA)、3,3′,5,5′-四甲基-4,4′-二氨基二苯甲烷(TMMDA)、3,3′-二甲基-5,5′-二乙基-4,4′-二氨基二苯甲烷(DMDEDA)、1,1-双(4-氨基-3,5-二甲基苯基)-1-苯基甲烷(PTMDA)以及1,1-双(4-氨基-3,5-二甲基苯基)-1-(3′-三氟甲基苯基)甲烷(TFMDA)通过低温溶液缩聚法制备了聚酰胺酸(PAA)型液晶取向剂。采用该系列PAA取向剂装配了液晶盒。测试结果显示,PAA高温固化后形成的聚酰亚胺(PI)取向膜具有良好的耐热稳定性,5%失重温度均超过了450 ℃。经过波长为254 nm的线性偏振紫外光(LPUV)辐照后,该系列PI取向膜对液晶分子具有良好的取向效果,预倾角(θ_p)为0.28~0.47°。装配的液晶盒的残余直流电压(RDC)最低可达364 mV。

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界面高分散Au调控p-TiO₂/Au/g-C₃N₄ Z型结的构建及光催化性能研究

陈雪, 王松博, 何婷, 尹振, 张蕾, 杜威, 王学魁, 唐娜

功能材料. 2021, 52(8): 8017-8023. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.003

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在具有金属缺陷的p型TiO₂表面原位负载高度分散Au纳米颗粒(APT) 与g-C₃N₄复合后得到p-TiO₂/Au/g-C₃N₄间接Z型结(PTC-x),采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、热重分析测试(TG)、X射线光电子能谱 (XPS)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)、电化学及交流阻抗测试(EIS) 与自由基猝灭实验对复合物的组成和结构、光/电催化性能和电荷传递机制进行了评价。结果表明,PTC-x中Au高度分散且含量极低,并使p-TiO₂/g-C₃N₄体系电荷传递方向从II型结变为间接Z型结,实现光生电荷空间分离的同时保持了较高的氧化还原能力,光催化性能显著提高。光照下,p-TiO₂/Au/g-C₃N₄ Z型结的光催化活性顺序为: PTC-1 > PTC-1.25 > PTC-0.75 > APT > g-C₃N₄,其中PTC-1降解苯酚速率分别为g-C₃N₄和APT的7.9倍和2.3倍。

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马来酸酐改性百香果皮对阳离子染料的高效选择性吸附

游少鸿, 杨畦, 郑君里, 罗相萍, 陈凯伟, 石玉翠, 马丽丽

功能材料. 2021, 52(8): 8024-8030. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.004

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通过马来酸酐改性废弃百香果皮制备一种羧酸功能化百香果皮生物吸附剂,并探索了其对水溶液中阳离子染料的选择性去除。利用SEM、BET、FTIR、和XRD对制备的马来酸酐改性百香果皮生物吸附剂(PFPCM)进行系统表征,并通过间歇吸附实验研究其对亚甲基蓝(MB)和甲基紫(MV)的吸附性能和机理。结果表明,PFPCM不仅具有较高的吸附速率、优异的吸附性能,而且对阳离子染料(如MB和MV)具有良好的吸附选择性。PFPCM对MB和MV的吸附过程遵循准二阶动力学和Langmuir等温吸附模型,最大吸附量分别为529.10和1 410.38 mg/g。此外,经过6次吸附-解吸循环后,PFPCM对MB和MV的去除率均达到96%以上,表明该吸附剂具有良好的可回收性和重复使用能力,因此PFPCM可作为一种去除水污染中阳离子染料的高效吸附剂。

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自修复型超疏水表面的研究进展

杨宏, 鲍艳

功能材料. 2021, 52(8): 8031-8041. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.005

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超疏水表面因其优异的使用性能在实际生活中具有广阔的应用前景,但在受到物理或化学等作用的损伤下,超疏水表面极易被破坏而丧失超疏水性能,导致其使用寿命缩短,因此制备具有自修复性能的超疏水表面是当今研究的热点之一。以构筑超疏水表面的两个必要条件为切入点,从低表面能物质的自修复、表面粗糙结构的自修复、低表面能物质和表面粗糙结构的同步自修复3个方面综述了自修复型超疏水表面的研究进展,并对自修复型超疏水表面的应用进展进行了总结,最后展望了自修复型超疏水表面今后的发展趋势,以期为自修复型超疏水表面的发展提供借鉴与指导作用。

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单原子材料的制备、表征及其在气敏传感器中的应用进展

邓宗明, 徐东, 马宇翔, 张裕敏

功能材料. 2021, 52(8): 8042-8051. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.006

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气敏传感器技术的发展对于人类社会发展具有积极的作用。近年来的研究显示,原子级分散的材料具有超高的活性、独特的电子结构和量子尺寸效应等,故将某些单原子负载在一定的气敏材料上,将会显著提高气敏材料的气敏性能。本文综述了近些年来国内外单原子材料的制备和表征技术及其在气敏传感器中的研究进展,分析了单原子材料的性能优势、单原子负载策略、分析方法、气敏性能、气敏机理等,同时探讨了存在的问题以及单原子材料气敏传感器在未来的发展趋势,最后对单原子材料在气敏传感器中的应用发展提出了相关的一些看法。

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钠离子电池层状负极材料Na₂Ti₃O₇的研究进展

文淑湘, 王诗敏, 张晶晶, 李世友

功能材料. 2021, 52(8): 8052-8059. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.007

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层状钛酸钠(Na₂Ti₃O₇)材料因其工作电压低、结构稳定、成本较低、绿色环保等优点,逐渐成为钠离子电池负极材料研究热点之一。综述了Na₂Ti₃O₇负极材料的主要制备方法,从体积膨胀、相变、表面副反应等角度分析了其电化学性能衰减的主要原因,并介绍了氧空位引入、掺杂、表面修饰、形貌调控等改性方法,最后对Na₂Ti₃O₇负极材料未来的研究方向及发展趋势进行了展望。

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水滑石的功能化改性及其应用研究

吴忧, 秦路彦, 王艳华, 郭新成, 陈少棚, 陈晓浪

功能材料. 2021, 52(8): 8060-8067. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.008

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水滑石(LDHs)由于具有优异的性能受到研究者的关注和重视,有关LDHs的合成、改性得到了高效快速的发展,作为先进材料已被应用在许多领域。主要对LDHs类化合物多功能化改性进行论述,介绍了改性LDHs的制备方法以及其在催化、吸附、阻燃和抗菌领域的应用情况,并展望了LDHs纳米材料未来的发展与研究方向。

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用于双酚A检测的电化学传感器电极修饰复合材料的研究进展

周杨, 佘小燕, 刘新蔚, 肖江蓉, 彭天右

功能材料. 2021, 52(8): 8068-8080. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.009

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双酚A(BPA)广泛用于环氧树脂、聚碳酸酯塑料、阻燃剂、化妆品乃至婴幼儿用品等的生产,但其作为一种内分泌干扰物会导致人体新陈代谢和生殖机能紊乱,严重时还会引发各种癌症。在各类BPA检测技术中,电化学方法因操作简便、响应时间快、灵敏度高、成本低和仪器便携等优势而受到了人们的重视。评述了近5年来用于BPA检测的电化学传感器电极修饰复合材料的研究进展及其在实际样品分析中的应用,并重点关注电极修饰复合材料的制备及其电化学传感器的检测性能,为其今后的发展和实际应用提供参考和新思路。

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石墨烯:化学与结构功能化

王蓉, 朱长军, 李蕾, 田娟, 李连碧, 张国青

功能材料. 2021, 52(8): 8081-8087. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.010

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石墨烯是由单原子层二维单晶结构构成的一种新型纳米材料,具备光学、力学等优异性能,但其疏水性和生物不相容性限制了其在诸多领域的应用。为解决这一问题,石墨烯功能化成为近年来的研究热点。功能化石墨烯包括石墨烯的衍生物氧化石墨烯、石墨烯聚合物复合材料、转角石墨烯、石墨烯气凝胶、超韧性石墨烯等,主要是在石墨烯材料基础上,通过物理化学处理、结构改进对材料本身进行改性,使其功能化。功能化石墨烯具有优良的光电性能,包括高灵敏度、高响应度、高探测度等,可用于工业检测和监控、三维形貌测量、生物医学等邻域。重点讨论了功能化石墨烯的性质、制备方法,介绍了石墨烯功能化的最新进展。同时,对目前功能化石墨烯所面临的挑战和机遇做了展望。

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pH敏感型黄原胶/聚乙烯醇水凝胶的制备与表征

刘静, 徐梦洁, 张秀梅, 徐涛, 郭媛, 陈维毅, 黄棣

功能材料. 2021, 52(8): 8088-8093. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.011

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通过化学交联结合物理交联的方法制备了一种pH敏感型的黄原胶/聚乙烯醇(XG/PVA)复合水凝胶,研究了XG与PVA不同质量比、不同交联剂用量及不同冷冻-解冻循环次数对XG/PVA水凝胶溶胀性能和力学性能的影响。结果表明,XG与PVA质量比为1∶5,交联剂环氧氯丙烷用量为5%,冷冻-解冻循环3次时,XG/PVA复合水凝胶内部结构均匀紧密且具有较高的溶胀性能,此时凝胶的弹性模量和压缩强度达到(26.30±0.03)kPa和(134.36±0.43)kPa。并探讨了该实验条件制备的XG/PVA水凝胶的pH敏感性及pH刺激响应性,并以牛血清蛋白(BSA)为模型进行了体外药物释放性能测试及材料生物相容性实验的研究。结果表明,该凝胶具有良好的pH敏感性及pH刺激响应特性,不同pH环境下可实现体外BSA的控制释放,且具有良好的生物相容性,有望用于药物控释载体。

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HCVD法生长InN纳米棒的可控制备及表征

朱佳, 岳明月, 李天保, 刘培植, 郭俊杰, 许并社

功能材料. 2021, 52(8): 8094-8099. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.012

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实验通过自制的卤化物化学气相沉积(HCVD)装置在Si(111)衬底上实现了InN纳米棒的可控生长。系统研究了InCl₃源区温度、NH₃流量和N₂载气流量对InN纳米棒生长的影响,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对样品结构,形貌和元素组成进行了表征。结果表明,InCl₃源区温度的升高,有利于提高生长区InN纳米棒的形核率和生长速率;NH₃流量大小对InN纳米棒晶体质量有重要影响,适量NH₃流量会满足In源生长需要的Ⅴ/Ⅲ比,改善纳米棒晶体质量,当NH₃流量过大时,In空位缺陷的形成会使晶体质量变差;N₂载气流量大小会影响In源和N源的浓度和偏压,从而能有效调控InN纳米棒直径和生长速率。研究实现了InN纳米棒的可控生长,为开发高性能InN纳米棒器件奠定了基础。

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钒电池用含吡啶基杂萘联苯聚芳醚酮隔膜的研制

杨晓庆, 张守海, 王昭琪, 刘乾, 陈宇宁, 蹇锡高

功能材料. 2021, 52(8): 8100-8105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.013

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以含二甲基杂萘联苯聚芳醚酮为原料,通过控制溴化条件,得到了含溴甲基杂萘联苯聚芳醚酮,与吡啶反应得到可溶解的含吡啶基杂萘联苯聚芳醚酮(Py-PPEK),通过溶液浇铸法制得了含吡啶基阴离子交换膜。考察了离子交换容量(IEC)对Py-PPEK膜基本性能及电池性能的影响。研究结果表明,随着IEC的增加,Py-PPEK膜的吸水率和溶胀率增加,钒离子渗透系数和面电阻减小,钒电池的电流效率、电压效率和能量效率提高。在电流密度为40 mA/cm²时,Py-PPEK30(IEC=0.41 mmol/g)膜的电流效率达到95.5%,优于Nafion115膜。

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电火花线切割制备超疏水多孔钛及其油水分离的应用

严银银, 刘江文, 梁智杰, 黄钦明, 勾俊峰

功能材料. 2021, 52(8): 8106-8111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.014

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利用电火花线切割的方法制备具有双尺度结构的超疏水多孔钛表面,用于实现油水混合物的分离。以多孔钛为基材,通过电火花线切割的方法在表面加工出阵列微沟槽结构,该表面经过全氟癸基三乙氧基硅烷的低表面能修饰后,制得超疏水多孔钛表面。利用接触角测试仪和电子显微镜等手段对超疏水多孔钛表面进行润湿性测量和形貌特征的分析,利用油水分离器测试超疏水多孔钛的油水分离能力。制备的超疏水多孔钛表面的接触角为162.6°,滚动角为0.5°,表现出低的粘附性。在油水分离试验中,超疏水多孔钛对于不同的油水混合物的分离率超过98%,耐压性测试发现该表面具有较好的耐压性能。化学稳定性测试和耐腐蚀性测试表明,超疏水多孔钛比基材具有更好的化学稳定性和耐腐蚀性。

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微波固相合成纳米钛酸锂粉体及其性能研究

方荣宇, 朱归胜, 徐华蕊, 韩茵, 董艺, 赵昀云, 沓世我, 付振晓

功能材料. 2021, 52(8): 8112-8117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.015

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以锐钛矿型TiO₂为钛源、Li₂CO₃为锂源,SiC微球为微波良导体,采用微波微区域固相法制备了形貌均一且具有良好分散性的Li₄Ti₅O₁₂粉体。利用XRD、SEM、TG、蓝电测试系统等仪器对样品的结构及电学性能进行表征。结果表明,SiC微球能形成多点均匀热源,可有效降低粉体的煅烧温度,并提高粉体的分散和均匀性,在700 ℃保温40 min的条件下,合成了平均粒径为200 nm的纯相钛酸锂粉体,较传统固相合成钛酸锂粉体温度降低100 ℃以上,合成时间缩短90%。

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PANI/MnOC生物质碳基电极材料的制备及电化学性能研究

李海瑞, 李智芳, 纪帅, 李跃宇, 杨健, 杨长龙

功能材料. 2021, 52(8): 8118-8124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.016

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聚苯胺(PANI)在连续充放电后出现结构塌陷,导致其循环稳定性变差的问题。采用原位聚合技术,使苯胺在生物质碳(MnOC)材料表面发生原位聚合,控制PANI颗粒在MnOC表面有序生长,制备的PANI/MnOC复合电极材料同时具备MnOC双电层电容和PANI法拉第赝电容的特征。对材料的分析测试结果表明,PANI/MnOC复合电极材料由微孔、介孔及大孔的多孔网络构成,有利于电荷的存储及传输。由电化学性能测试结果可知,PANI/MnOC复合电极材料相比于PANI,电流密度为1.0 A/g时比电容为385.0 F/g,高于PANI(158.7 F/g)。在2.0 A/g电流密度下,进行5000次连续循环充放电后,复合电极材料的电容保持率达到82.2%。

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氢氧化铈对导电复合材料性能的影响

马星星, 冯亚凯

功能材料. 2021, 52(8): 8125-8130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.017

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针对目前导电硅橡胶因压缩永久变形差造成的电磁泄漏问题,以不同乙烯基含量的双端乙烯基硅油为基胶,不同含氢量的端甲基侧氢硅油为交联剂,在铂金催化剂和抑制剂的作用下发生加成反应制备了一系列有机硅弹性体(SE),根据SE的压缩永久变形大小和加工性能好坏选择乙烯基硅油Vi-3和含氢硅油H-2在两者摩尔比例为0.8:1的基础上添加66质量份的导电粉镍包石墨片和不同质量份的氢氧化铈制备导电复合材料SE/Ni(G)/Ce(OH)₄。重点探究氢氧化铈对SE/Ni(G)/Ce(OH)₄的压缩永久变形、力学性能、热性能和导电性能的影响。结果发现,含0.75质量份Ce(OH)₄的复合材料SE/Ni(G)/0.75Ce(OH)₄压缩永久变形最低为3.50%,与未添加氢氧化铈复合材料SE/Ni(G)/0Ce(OH)₄压缩永久变形10.45%相比,降低了66.5%,拉伸强度由279 kPa升至336 kPa,断裂伸长率由23.4%升至27.1%,耐高温性能提高,耐低温和电阻率基本没有明显变化。

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正交FeH₅结构、力学和电子性质的第一性原理研究

权浩, 李世娜

功能材料. 2021, 52(8): 8131-8137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.018

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基于密度泛函理论(DFT)对在300 GPa下正交Cmca-FeH₅晶体的结构、力学及结构电子特性进行理论研究。获得了Cmca-FeH₅的晶格常数和键长,计算结果与之前的理论数据相符合;计算分析了其能带结构和电子态密度,表明压强为300 GPa时Cmca-FeH₅呈弱金属性;采用能量-应变(E-S)和应力-应变(S-S)两种计算方法得到了Cmca-FeH₅的单晶独立弹性常数C_ij和s_ij以及其多晶弹性模量等值。分析发现在300 GPa下Cmca-FeH₅是力学稳定的且呈韧性。通过对Cmca-FeH₅的各向异性因子、杨氏模量和线性压缩系数的三维立体图像的分析,说明其具有弹性各向异性。在压强300 GPa时Cmca-FeH₅的德拜温度值相对较高,其原子之间的键合能力较强。

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氮掺杂碳点对Q235钢的缓蚀性能及机理研究

肖晗, 董社英, 袁小静, 石莹, 侯道林

功能材料. 2021, 52(8): 8138-8143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.019

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以聚乙烯吡咯烷酮为原料,采用水热法合成了一种环保、高效的氮掺杂碳点(N-CDs)。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对其结构进行了表征,采用电化学方法、失重法和扫描电子显微镜(SEM)研究了N-CDs在1 mol/L HCl溶液中对Q235钢的缓蚀性能和缓蚀机理。结果表明,当N-CDs的用量为200 mg/L时,缓蚀率可高达95.6%。电化学试验表明,N-CDs是一种混合型缓蚀剂,但主要是抑制阳极的反应。其缓蚀机理是:N-CDs在Q235钢表面以物理吸附和化学吸附的共同作用在Q235钢表面形成稳定的吸附膜,从而有效地抑制1 mol/L HCl溶液对碳钢的腐蚀,且符合Langmuir等温吸附模型。另外,SEM清晰观察到加入N-CDs后,Q235钢的腐蚀程度得到了明显的改善。

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耐高温磁性玄武岩滤料的制备及捕集微细颗粒物研究

杨炳文, 刁永发, 杨学宾, 周发山, 费建信

功能材料. 2021, 52(8): 8144-8150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.020

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依次采用浸渍法与原位聚合法在玄武岩纤维表面均匀负载铁酸钴(CoFe₂O₄)纳米粒子,后经充磁处理后制备成磁性玄武岩功能滤料。在此基础上,分别采用SEM、VSM、FTIR、XRD等表征方法分析了磁性玄武岩滤料中CoFe₂O₄纳米颗粒的分布形态、剩磁及矫顽力大小、纤维表面官能团的作用机制及CoFe₂O₄负载结晶度。接着将原位聚合法制得的磁性玄武岩滤料在高温中处理24 h,并依次对原始玄武岩滤料、磁性玄武岩滤料及高温处理的磁性玄武岩滤料进行过滤性能实验。结果发现:相较于浸渍法,通过原位聚合法制备的磁性玄武岩滤料剩磁更强,CoFe₂O₄纳米粒子负载结晶度更好;250 ℃高温处理的磁性玄武岩滤料过滤性能最佳,对PM2.5的过滤效率达到了92.1%,相较原始玄武岩滤料提高了33.9%;同时原始玄武岩滤料过滤阻力低于磁性玄武岩滤料,但随着滤料粉尘负荷的增大,磁性玄武岩滤料的磁性粒子对滤料过滤阻力的影响变小。

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Fe₃O₄@SiO₂核壳磁性纳米材料的制备及其对Cu(Ⅱ)的吸附研究

李楠, 代红艳

功能材料. 2021, 52(8): 8151-8155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.021

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首先通过溶剂热法制备了磁性Fe₃O₄纳米粒子,随后采用SiO₂对其进行包覆形成了Fe₃O₄ @ SiO₂核壳磁性纳米材料。通过XRD、SEM、TEM、磁性能分析和吸附性能分析等对Fe₃O₄ @ SiO₂核壳磁性纳米材料进行了表征。结果表明,合成的Fe₃O₄@SiO₂核壳磁性纳米材料具有Fe₃O₄和SiO₂两种晶型结构,SiO₂成功包覆在磁性Fe₃O₄纳米粒子上,SiO₂并没有对各组织的结构和成分产生较大影响;Fe₃O₄@SiO₂核壳磁性纳米材料的粒径在200~400 nm左右,且呈核壳式的结构,内层Fe₃O₄纳米粒子的颜色较深,外层SiO₂的颜色较浅;Fe₃O₄@SiO₂核壳磁性纳米材料在室温下的饱和磁化强度为76.31 A·m²/kg,剩余磁化强度几乎为0;Fe₃O₄@SiO₂核壳磁性纳米材料对Cu(Ⅱ)的吸附在1 500 min时达到饱和,去除率最高为63%,最大吸附容量可达120 mg/g,其对Cu(Ⅱ)具有较好的吸附效果。

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线切割多晶硅硅泥制备锂离子电池负极材料

富世伯, 杨绍斌, 董伟, 李希萌, 夏英凯

功能材料. 2021, 52(8): 8156-8161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.022

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硅基材料作为锂离子电池负极的理论容量达到4 200 mAh·g^-1,被认为是最有发展前景的负极材料。但其体积膨胀过大,导致循环稳定性较差。通过球磨+碳包覆的方法,对线切割的纳米片层状多晶硅硅泥进行改性,使其作为锂离子电池负极材料的电化学性能得到了改善。结果表明,球磨使原料硅泥粒径明显减小。在电流密度为200 mA·g^-1时,原料硅泥球磨20 h后碳包覆的C-Si₂₀的首次充电比容量为1 784.2 mAh·g^-1。循环75次后充电比容量为640 mAh·g^-1,充放电库伦效率保持在98%以上。材料具有比较好的循环性能,可以为光伏产业硅泥废料的回收再利用提供一定的借鉴意义。

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Zn²⁺掺杂Y₂Cu₂O₅高近红外反射颜料的制备与性能研究

肖雷, 蒋鹏, 卫学玲, 郝晓丽, 邹祥宇, 包维维

功能材料. 2021, 52(8): 8162-8167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.023

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采用溶胶-凝胶法制备了一系列具有高近红外反射特性的环境友好型无机颜料Y₂Cu_2-xZn_xO₅(x=0,0.25,0.5,0.75,1.0)。利用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见-近红外光谱仪(UV-Vis-NIR)、CIE-L^*a^*b^*1976色度分析软件以及热重-示差扫描量热仪(TG-DSC)等对所合成颜料的晶体结构、反射特性、颜色参数以及热稳定性能进行了研究。结果表明,颜料样品主要呈现正交晶体结构,其最佳煅烧温度为900 ℃。随着锌离子掺杂量的增加,颜料样品的颜色不断变浅,其近红外太阳反射率也逐渐增加,所得颜料在780~2500 nm 波长范围内最高近红外反射率可达76.81%。因此,Y₂Cu_2-xZn_xO₅系列颜料作为一种“冷”颜料,在建筑、运输等领域具有广阔的应用前景。

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乙炔黑改性薄壁泡沫炭复合材料的性能研究

汪洋, 林喆, 秦志宏, 刘丙杨, 庞军国

功能材料. 2021, 52(8): 8168-8173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.024

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以童亭原煤经全组分分离所得的疏中质组为原料,乙炔黑为添加剂,通过简单的炭化过程制备了乙炔黑/泡沫炭复合材料。研究乙炔黑添加量对泡沫炭复合材料的微观结构、抗压强度和隔热性能的影响。结果表明添加乙炔黑后,泡沫炭复合材料的孔隙率降低,体积密度增加,抗压强度显著提升,导热率下降,200 ℃下导热率仅为0.057 W/(m·k),是一种良好的轻质隔热材料。

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热塑性聚氨酯/石墨烯纳米复合材料的制备及性能研究

李晓燕, 丁富传

功能材料. 2021, 52(8): 8174-8178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.025

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采用热剥离法和甲苯二异氰酸酯(TDI)改性制备了功能化氧化石墨烯(iGO),并以iGO作为填料制备了热塑性聚氨酯/石墨烯(TPU/iGO)纳米复合材料。采用扫描电镜(SEM)对GO和iGO进行了微观形貌研究;采用XRD衍射仪、拉曼光谱仪和傅里叶红外光谱仪等对复合材料的结构进行了研究;采用精密介电频潜仪测定了复合材料的介电常数和介质损耗因数。结果表明,TDI对iGO材料的插层改性,增大了石墨烯的层间距;TPU-2.0% iGO纳米复合材料的拉曼光谱与纯iGO材料更加相似,而其红外光谱与纯TPU材料更加相似;iGO的掺入,有效提高了复合材料的抗拉强度,当iGO添加量为0.5%(体积分数)时,TPU/iGO纳米复合材料的抗拉强度达到最大,为54.6MPa,比纯TPU基体材料提高了20.5%;在频率为1 000 Hz时,TPU-2.0% iGO纳米复合材料薄膜的介电常数最高可以达到308.2,同时介电损耗却很低,在频率>1 000 Hz时,其介电损耗在0.2以下。因此,TPU/iGO纳米复合材料可作为有效的EMI屏蔽和ESD材料。

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纺织污泥对免烧陶粒的制备及性能影响研究

徐悦清, 马兵, 张后虎, 闫肖雅, 沈鑫宇, 刘荣

功能材料. 2021, 52(8): 8179-8187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.026

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以纺织污泥为主要原料制备免烧陶粒。通过实验分析探究了污泥/水泥比、粉煤灰添加量和养护时间对陶粒性能的影响。结果表明:纺织污泥基免烧陶粒的最佳原料配比和养护工艺为污泥/水泥比为2.25,粉煤灰添加量为5%,粘结剂添加量为1%,养护时间为28天。该条件下制得的陶粒筒压强度为6.93 MPa,堆积密度为753kg/m³,1 h吸水率为17.98%。满足GBT17431.1《轻集料及其试验方法》中普通轻质骨料的性能指标。针对纺织污泥中Zn含量较高的特点做了浸出毒性测试,Zn浸出达到相关标准要求。SEM与XRD分析发现,最优条件下陶粒内部孔隙封闭,晶粒紧密结合;水化硬化反应生成的C-S-H和钙矾石类晶态组织,有利于提高陶粒的综合物理性能。

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离子液体基低粘高屈服应力磁流变液

李小光, 佟昱, 赵鹏慧, 张鑫, 董旭峰

功能材料. 2021, 52(8): 8188-8191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.027

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基液是影响磁流变液性能的重要因素。与传统基液相比,离子液体的粘度适中、具有极性,能够作为制备新型磁流变液的基液。选用1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体为基液,以羰基铁粉为分散相颗粒,制备颗粒体积分数为20%的磁流变液,并与传统硅油基磁流变液进行性能对比。流变学测试结果表明,在436 kA/m下离子液体基磁流变液的最高剪切屈服应力相较硅油基磁流变液提高了29%,离子液体基磁流变液具有更显著的磁流变效应。

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荧光-麦秸纤维/PP复合材料的制备及其性能

高晗, 汤赛, 迟祥, 宋晓雪, 韩广萍, 程万里

功能材料. 2021, 52(8): 8192-8198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.028

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以麦秸纤维为基础原料,SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺荧光粉为添加剂,采用热压工艺制备出荧光秸塑复合材料,研究了SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺荧光粉含量对秸塑复合材料性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、电子万能力学实验机、荧光光谱仪、同步热分析红外气质仪等表征材料的微观形貌、力学性能、发射光谱及热稳定性,并利用YH-18W台灯测试材料的余辉性能。结果表明,随着SrAl₂O4:Eu²⁺,Dy³⁺荧光粉添加量的增多,复合材料的力学性能和抗湿胀性能先增后减,均在添加量为15%时性能最优;复合材料的热稳定性和发光强度随着SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺荧光粉添加量的增多而增强,荧光粉添加量为20%时,复合材料的发光强度最大,达到435 a.u.。日光灯照射10 min后,随着SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺荧光粉添加量的增多,复合材料的余辉初始亮度增强,余辉衰减时间延长。且30 min后添加量20%复合材料的余辉亮度较其他材料更强;但与添加量15%复合材料的发光强度和余辉亮度相差不大,发光强度差值仅为53 a.u.。综合而言,SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺荧光粉含量15%的复合材料综合性能最优。

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响应面法优化Fe/TiO₂纳米管阵列的制备及其光催化性能研究

吴智君, 罗洁, 欧安琪, 刘玉琪, 刘佳伟, 吴博宁

功能材料. 2021, 52(8): 8199-8205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.029

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以钛片为基底、硝酸铁为铁源,采用阳极氧化法和常压热水自组装法制备铁掺杂改性的TiO₂纳米管阵列(TNTs)。以可见光下甲基橙(MO)的降解率为评价指标,考察了不同因素对MO降解率的影响,并采用响应面法优化了工艺条件,进一步通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)等测试手段对催化剂进行了分析表征。结果表明:当工艺条件为Fe(NO₃)₃浓度0.30 mol/L、反应温度75 ℃、反应时间8.42 h时,Fe/TNTs的光催化性能最佳,MO的降解率可达95.96%,与预测结果96.04%相符,较掺杂前提高了61.81%。所制备的Fe/TNTs为锐钛矿晶型,铁的掺杂并未破坏其有序的管状阵列结构,光响应范围拓展到了可见光区域。

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高性能Al-5Mg-2Si-xCe合金的制备及其力学性能研究

李省委, 林宗德

功能材料. 2021, 52(8): 8206-8210. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.030

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以Al-5Mg-2Si合金为基体合金,通过掺杂稀土Ce元素对合金进行改性,制备了不同Ce掺量的Al-5Mg-2Si-xCe(x=0,0.2,0.4和0.6)合金。采用XRD、SEM、EDS和力学性能分析等方式,研究了合金的结构、微观形貌和力学性能。结果表明,Al-5Mg-2Si-xCe(x=0,0.2,0.4和0.6)合金主要由α相组合而成,掺杂Ce元素后出现了Al₈CeFe₄三元含铁相的化合物,说明Ce具有促进β-Fe相转化成α-Fe相Al₈CeFe₄的作用;不掺杂Ce元素的Al-5Mg-2Si合金的枝晶排列紊乱且尺寸较为粗大,掺入稀土Ce元素后,枝晶的排列得到了明显改善,并且随着Ce掺量的增加,晶粒逐渐细化,分布更为均匀,α-Al的尺寸也逐渐缩小;当Ce掺量为0.4%(质量分数)时,合金的抗拉强度和延伸率均达到最佳,分别为133.70 MPa和1.64%,相比Ce掺量为0时,分别增长了26.49%和115.79%;未掺杂Ce的合金主要为解离断裂,掺入Ce后,合金的断裂方式主要为延晶断裂,且断口处晶粒均较为完整未被拉裂。

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高性能硫铝酸盐-硅酸盐复合胶凝体系的制备及性能研究

魏婧

功能材料. 2021, 52(8): 8211-8215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.031

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根据实验配比,制备了硫铝酸盐-硅酸盐复合胶凝体系,通过XRD、SEM、TG-DTG和力学性能分析等对复合胶凝体系进行了表征,探究了不同硫铝酸盐掺量下复合胶凝体系的物相结构、显微形貌、热性能和力学性能。结果表明,硫铝酸盐-硅酸盐复合胶凝体系中主要检测到Ca(OH)₂、Mulite、钙矾石(AFT)、水硫铝钙石(Kuzelite)、单硫型硫铝酸钙(AFm)和Ca₃SiO₅等产物相,随着硫铝酸盐掺量的增加,体系水化产物中Ca(OH)₂的峰均有降低趋势;不同硫铝酸盐掺量的复合胶凝体系的结构致密性相差不大,随着硫铝酸盐掺量的增加,大量针状的钙矾石(AFT)的含量明显增加,块状的Ca₃SiO₅含量减少;所有复合胶凝体系的失重曲线规律较为相似,且掺杂硫铝酸盐水泥的体系的失重率均明显高于不掺杂的试样;随着硫铝酸盐掺量的增加,复合胶凝体系在1,3和28 d的抗压强度均呈现逐渐增大的趋势,当硫铝酸盐的掺量为25%(质量分数)时,复合胶凝体系在28 d的抗压强度达到了最大值49.3 MPa,相比在1 d时36.5 MPa,增加了35.1%。

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(Nd_1-xMM_x)-Fe-B烧结磁体的磁性能与畴结构

盖鹏祥, 马强, 刘飞, 刘艳丽, 张雪峰, 白锁

功能材料. 2021, 52(8): 8216-8220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2021.08.032

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利用混合稀土(MM)结合双主相工艺制备名义成分为(Nd_1-xMM_x)-Fe-B(x=0,0.3,0.5,0.7,1)的烧结磁体,磁体的磁性能随着MM含量的增加而降低。通过XRD测量结果可以发现随着MM含量的增加,(Nd_1-xMM_x)-Fe-B烧结磁体中的相组成为2∶14∶1结构。当MM含量达到30%(质量分数)时,出现REFe₂相的衍射峰,并且随着MM含量的增加,衍射峰的强度也随之增强。对(Nd_0.5MM_0.5)-Fe-B烧结磁体的微观形貌,元素分布以及磁畴结构进行原位分析,含MM的磁体中有La、Ce元素扩散至部分Nd-Fe-B主相晶粒中。用磁光克尔显微镜观察平行于c轴的样品表面,未添加MM的磁体的畴结构为条形畴,而添加MM的磁体有部分晶粒的畴结构趋向于迷宫畴,且随着 La、Ce元素含量增多趋势越明显,同时发现在缺乏富稀土相的晶粒之间有穿晶畴的形成。

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2021年, 第52卷, 第8期　刊出日期：2021-08-30

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