功能材料

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功能材料. 2025, 56(11): 0-0.

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基于黏弹性理论的沥青混合料老化性能评价

傅珍, 郭倩, 代佳胜, 何佳昊

功能材料. 2025, 56(11): 11001-11009. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.001

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沥青路面热氧老化是影响其使用寿命的重要因素。为探究不同沥青混合料老化后其路用性能的衰变情况,对70#和90#沥青混合料分别进行短期和长期老化,通过动态模量试验、间接拉伸蠕变试验、裂缝扩展试验分析了热氧老化后沥青混合料黏弹性与温度-频率间的关系,评价其在不同温度条件下对变形的响应及抗开裂性能。结果表明,随老化程度的加深,沥青混合料高频区间动态模量平均增加15%,中低温相位角平均降幅约20%,其抗车辙能力明显削弱。70#沥青混合料长期老化后车辙因子增长约60%,90#沥青混合料增长约57%,说明90#沥青混合料高温稳定性较差,低温下抵抗变形的能力更强。研究可为预防沥青路面的热氧老化和提高路面耐久性提供依据。

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偏高岭土改性高强混凝土的制备与抗碳化性能研究

李文广, 安明喆

功能材料. 2025, 56(11): 11010-11018. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.002

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以不同质量分数(3%、6%、9%和12%)的偏高岭土(MK)取代胶凝材料,制备了偏高岭土改性高强混凝土,通过XRD、SEM、力学性能测试、孔径分析及碳化测试等手段对混凝土进行了表征,系统研究了偏高岭土取代率对混凝土各项性能的影响。结果表明,偏高岭土取代率的增加促进了Ca(OH)₂的消耗,加速了钙矾石和C-S-H凝胶等水泥水化产物的生成,提高了混凝土的致密度及界面过渡区的强度。随着偏高岭土取代率的增加,混凝土的孔隙率和总孔面积逐渐降低,MK取代率9%的混凝土的孔隙率最低为13.31%,总孔面积最小为10.651 m²/g,平均孔径为17.3 nm,该取代比例的混凝土在28 d龄期时的抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为44.5和6.3 MPa。在碳化28 d时,MK取代率9%的混凝土的碳化深度为最低值10.9 mm,相比未取代的混凝土试样,碳化深度降低了28.76%,抗碳化性能最优。

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癸酸-二十二烷/纳米颗粒复合相变流体的热性能优化研究

陈红兵, 李青浩, 王聪聪, 高雪宁, 胡慧珍, 张一冰, 丁朋超

功能材料. 2025, 56(11): 11019-11027. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.003

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为改善太阳能 PV/T 系统中,传统相变流体存在导热系数低、过冷度大等问题,提高系统能源利用效率,向癸酸与二十二烷复合相变流体中,添加铜(Cu)、二氧化钛(TiO₂)、二氧化硅(SiO₂)以及氧化石墨烯(GO)纳米颗粒,开展了系统研究。利用控制变量法探究了超声方式、纳米颗粒种类和超声时间对流体稳定性、流动性及热物性等性能的影响。结果表明,分两次超声、超声40 min时纳米颗粒分散效果最好;添加质量分数0.1%的TiO₂纳米颗粒后,复合纳米相变流体在保持良好稳定性的同时,其导热系数得到有效提升,平均导热系数提高了2.23%,且对降低流体过冷度效果显著,两段相变区间过冷度分别降低3.8 ℃和2.1 ℃。研究为太阳能PV/T系统用复合纳米相变流体的制备提供了理论依据和数据支持,对提升系统性能具有重要意义。

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硼掺杂针铁矿介导产单线态氧降解四环素

于华莉, 付金林, 张雨露, 王连峰

功能材料. 2025, 56(11): 11028-11034. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.004

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研究通过化学沉淀法制备硼掺杂针铁矿(α-FeOOH@B_x,x为Fe/B摩尔比,x=1、10和100),并将其应用于活化过一硫酸盐(PMS)降解四环素(TC)。相比于α-FeOOH、α-FeOOH@B₁和α-FeOOH@B₁₀₀,α-FeOOH@B₁₀具有更高催化活性,可在1.5 h内使TC降解率达到96.3%。经4次循环降解实验,TC降解率仍接近80%,说明α-FeOOH@B₁₀具有良好的重复利用性。淬灭实验表明,α-FeOOH@B₁₀/PMS体系中产生的主要活性氧物种为¹O₂,¹O₂浓度约为1.05×10^-12 mol/L。α-FeOOH@B₁₀活化PMS的主要活性铁物种为吸附态Fe,其能够高效活化PMS,加速活性氧物种的生成并实现TC的快速降解。研究为制备铁基类芬顿催化剂提供技术支持和理论依据,进一步阐明杂原子掺杂金属氧化物在高级氧化过程中的催化机制。

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基于氧化镍/镍结构的太赫兹发射的研究

陈诚, 王平, 杨玉鹤, 张德林

功能材料. 2025, 56(11): 11035-11039. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.005

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太赫兹脉冲具有超宽频谱、固态稳定、偏振可调等优势。其中,反常能斯特效应的研究对阐明热自旋、电荷和热能之间的相互作用至关重要。通过磁控溅射技术,在双抛光Al₂O₃衬底上制备了不同厚度NiO的NiO/Ni、Ti/NiO/Ni和W/NiO/Ni三种异质结,系统探讨了反常能斯特效应的调控机制。实验结果表明,对于NiO/Ni结构,飞秒激光产生的太赫兹辐射信号随NiO层厚度增加呈现先增强后饱和的趋势,这归因于NiO显著的热绝缘体特性,导致Ni中温度梯度变化,产生的反常能斯特效应先增加后趋于稳定。在引入非磁层Ti和W层以后,飞秒激光从衬底表面入射产生的太赫兹辐射信号减弱,这可能归因于Ti、W/NiO导热系数的变化和Ti和W层对飞秒激光的吸收,导致Ni中温度梯度减小,从而太赫兹辐射信号减小。通过研究Ni中的温度梯度对太赫兹辐射信号的影响,为探索反常能斯特效应和热电效应在自旋电子学应用提供理论和实验依据。

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氧化铪薄膜的制备、调控与应用研究进展

张馨阳, 姚玮洁, 王勇

功能材料. 2025, 56(11): 11040-11047. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.006

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全面综述了氧化铪(HfO₂)铁电薄膜的制备、性能调控及应用研究进展。HfO₂薄膜因独特的物理和化学性质,在电子器件领域展现出广阔的应用前景。文章详细介绍了多种制备方法,分析了各方法的特点及适用场景。进一步探讨了掺杂元素、薄膜厚度、制备工艺、氧空位等对HfO₂薄膜铁电性能的影响机制,阐述了通过调控这些因素实现性能优化的策略。最后,综述了HfO₂薄膜在微电子、光学、能源和生物等领域的广泛应用,展示了其在非易失性存储器、透明铁电材料、高性能传感器及生物医学器件等方面的潜力。

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改性PTFE在工业余热回收中的研究进展

包向军, 刘家柳, 陆树友, 张璐, 刘恩东, 程谦旺, 丁淳

功能材料. 2025, 56(11): 11048-11055. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.007

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随着能源危机和环境问题的日益严峻,工业余热回收技术成为节能降碳的重要途径。改性聚四氟乙烯(PTFE)因其优异的化学稳定性和热稳定性,在工业余热回收领域尤其是难回收余热方面展现出巨大潜力。分析了近年来关于改性PTFE研究的相关工作,并评价了PTFE改性方法(表面改性、填充改性、共混改性)、性能提升机制及其在余热回收系统中的实际应用进展。发现通过对PTFE进行改性,可以有效提高耐酸性、耐磨性、不粘性,进而提升余热回收效率。改性PTFE在难回收工业余热回收系统中显示出良好的应用前景,尤其是具有高湿、含尘、腐蚀性等换热介质。

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铝镍钴材料磁性能调控机理及工艺研究进展

胡天宇, 余效强, 兰海峰, 李春吉, 赵江涛, Sajjad Ur Rehman, 刘雷

功能材料. 2025, 56(11): 11056-11065. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.008

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目前铝镍钴(AlNiCo)材料作为一种温度稳定性优异的永磁材料,得到广泛研究,但铝镍钴矫顽力和最大磁能积远低于理论值。若通过定向凝固铸造工艺制备铝镍钴,矫顽力可达143.31 kA/m,最大磁能积大于79.62 kJ/m³。简述铝镍钴永磁体的调幅分解机理、矫顽力机制和温度稳定性调控方法,再者,还介绍了最新的研究进展,包括成分调控、复合材料、放电等离子烧结(SPS)制备方法、增材制造的方法,另外,通过外加应力于烧结磁体,可获得取向组织,还有通过增材制造的工艺最高可达到161.62 kA/m矫顽力,剩磁0.9 T。换而言之,矫顽力等磁性能指标的进一步改善,将极大提高惯性仪表的精准度,促进航空航海等国防科技领域的发展。

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活化过碳酸盐/过氧碳酸氢盐降解水中有机污染物的研究进展

齐亚兵, 邹浩轩, 党方方

功能材料. 2025, 56(11): 11066-11086. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.009

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活化过碳酸盐/过氧碳酸氢盐高级氧化法具有成本低、安全性高、氧化能力强、pH适用范围广等优点,近年来在水中有机污染物的降解领域受到了全球研究者的广泛关注。深入地阐述了过碳酸盐/过氧碳酸氢盐的活化机制,系统地总结了活化过碳酸盐/过氧碳酸氢盐降解有机污染物的研究进展,对比了不同高级氧化法降解有机污染物的效能,分析了活化过碳酸盐/过氧碳酸氢盐降解有机污染物的影响因素,展望了活化过碳酸盐/过氧碳酸氢盐降解有机污染物的发展方向。未来,在有机污染物的处理领域,不同类型的过碳酸盐/过氧碳酸氢盐活化技术会相互渗透、不断耦合,例如:碳质材料活化与金属单质/氧化物/硫化物活化的耦合,降解工艺与反应设备亦会完美融合,理论研究与工业应用的联系也会不断加强。待理论研究与工业应用全产业链打通后,活化过碳酸盐/过氧碳酸氢盐降解有机污染物技术极有可能得到大规模的工业应用。

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γ-Fe₂O₃/甲基倍半硅氧烷基复合磁性气凝胶常压干燥制备

牛鲁坤, 何光明, 冯羽翔, 何小勇

功能材料. 2025, 56(11): 11087-11094. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.010

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以甲基倍半硅氧烷(Methylsilsesquioxane, MSQ)基气凝胶网络孔洞作为反应池,通过浸渍与老化处理后在常压干燥下成功制备了具有双网络骨架结构的γ-Fe₂O₃/MSQ基复合磁性气凝胶。采用XRD衍射仪、扫描电镜、热分析仪、气体吸附分析仪与振动样品磁强计等表征了样品的微结构与性能,分析了γ-Fe₂O₃网络骨架的引入对气凝胶显微形貌、多孔结构与热稳性的影响。结果表明,复合磁性气凝胶仍保持良好的多孔性能,孔隙率达93.5%、BET比表面积达366 m²/g及BJH孔体积达0.356 cm³/g,γ-Fe₂O₃的引入提高了复合气凝胶的热稳定性能,总失重率降至12.7%,展现出饱和磁化强度达7.72 Am²/kg的超顺磁性。双网络骨架有助于提升复合磁性气凝胶的磁学与多孔性能,其形成归因于MSQ网络骨架的限域作用。

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SnO₂复合TiO_2-x陶瓷热电材料的电输运性能协同优化

崔华驿, 唐子璇, 安胜利, 董忠平

功能材料. 2025, 56(11): 11095-11098. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.011

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采用高温固相法制备SnO₂复合TiO_2-x陶瓷热电材料,通过调控SnO₂的复合比例协同优化材料的电输运性能。利用XRD、SEM和热电材料测试系统对复合陶瓷样品的物相,形貌和电输运性能进行表征和测试分析。研究结果显示SnO₂与TiO_2-x复合使得载流子浓度降低,载流子迁移率提高。载流子浓度的降低使得塞贝克系数显著增加,而载流子迁移率的提高又会在一定程度抵消因载流子浓度的降低而增加的电阻率。SnO₂复合TiO_2-x协同优化材料的电输运性能,功率因子大幅度提高,SnO₂复合量达到15%,873 K功率因子提高到494 μWm^-1K^-2,与未复合的样品相比较,增加了63%。

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可生物降解的PLA-PBS共混物的制备及性能研究

王乙富, 王建柱, 张正贵

功能材料. 2025, 56(11): 11099-11107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.012

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以聚乳酸(PLA)为主相,聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为增强相,通过熔融共混制备了可生物降解的PLA-PBS共混物,研究了PBS占比对PLA-PBS共混物微观结构、热稳定性、力学性能和降解性能的影响。结果表明,熔融共混制备的PLA-PBS两相未形成共晶,而是以共混的形式存在,随着PBS占比的增加,共混物的接触角降低,表面亲水性显著提高,PBS分散相以球形液滴的形式分布。PLA-PBS共混物的平衡扭矩随PBS占比的增加呈非线性下降趋势,15%PBS样品的平衡扭矩达到了最小值18.7 N·m,PLA和PBS双连续相的形成使相界面达到最优状态。15%PBS样品表现出最优的力学性能组合,其断裂应变提升至339.5%,同时断裂强度大幅增加至24.4 MPa,较纯PLA分别提高了31.5%和79.4%;其拉伸强度最大为24.9 MPa,断裂延伸率最大为330.8%;其冲击强度达到峰值为7.1 kJ/m²,弯曲强度为87.6 MPa。添加适量的PBS后,PLA-PBS共混物的降解速率显著提升,15%PBS样品在去离子水中降解5周时降解率高达5.3%,具有优异的环境友好性。

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纳米多孔Cu/CoO异质结构硝酸根还原合成氨电催化剂

刘怡瑢, 徐文策, 朱胜利

功能材料. 2025, 56(11): 11108-11113. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.013

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氨是重要的工业原料和潜在的无碳能源载体。电催化硝酸根还原合成氨(NO₃RR)是一种新兴制氨工艺,具有可再生适配性强及条件温和等优势。此外,硝酸根离子作为常见污染物广泛存在于工农业废水中,NO₃RR既能制取高价值氨产品,又可净化污水,达到“一石二鸟”的效果。通过熔炼甩带和化学脱合金的方法制备了纳米多孔Cu材料,随后通过电沉积的方法在其表面负载了CoO纳米颗粒,制备了纳米多孔Cu/CoO异质结构电催化剂。由于其独特的双连续纳米多孔结构以及Cu与CoO之间的协同作用,Cu/CoO异质结构电催化剂在碱性条件下具有优异的NO₃RR催化活性,在-0.5 V vs. RHE电位下氨产率及法拉第效率分别达到1.64 mmol·h^-1·cm^-2及99.59%,并具有良好的催化稳定性。

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单相亚铁磁反尖晶石镍钴氧化物中的交换偏置效应

付怡乐, 王婷, 孔静, 王平, 张德林

功能材料. 2025, 56(11): 11114-11120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.014

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近年来,外延生长镍钴氧化物(NiCo₂O₄,NCO)薄膜因其优异的磁电特性而受到广泛关注,具体表现为高居里温度、高自旋极化率以及显著的氧化还原敏感性。这些多功能特性使其在自旋电子器件、红外光电子学和电化学传感器领域展现出重要应用前景。研究系统揭示了反尖晶石结构亚铁磁镍钴NCO薄膜中交换偏置调控的反常霍尔效应。理论分析表明,在NCO薄膜中,反铁磁(AFM)畴区与相邻铁磁(FM)畴区之间的界面交换耦合机制可诱导显著交换偏置效应(Exchange bias,EB)。EB的产生依赖于NiCo₂O₄的磁有序(如亚铁磁/反铁磁行为)和界面单向各向异性的形成。通过低温磁场冷却工艺,AFM层磁矩定向排列可钉扎FM层磁化方向,导致磁滞回线偏移。这种反铁磁和铁磁共存的状态,使得单层的NCO薄膜也展现出了交换偏置的现象,表明其源于本征相分离而非传统FM/AFM异质结。研究不仅深化了对反尖晶石氧化物磁输运机制的理解,更重要的是为开发单相交换偏置系统建立了材料设计范式,为构建具有可调磁各向异性和和增强热稳定性的自旋电子学器件提供了可行路径。

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氢离子迁移对Pt/[Co/Tb]₂异质结薄膜磁性与磁翻转的调控

李少雄, 王志成, 郭琦, 高新宇, 安敏楠, 侯卫霄, 胡季帆

功能材料. 2025, 56(11): 11121-11129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.015

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利用磁控溅射制备了系列不同厚度的具有垂直各向异性的Pt/[Co/Tb]₂异质结薄膜,当改变Co层和Tb层厚度时,薄膜的饱和磁化强度和矫顽力均产生振荡变化。而相应磁畴的行为也随着矫顽力的振荡而发生变化;当矫顽力较大时,磁畴随施加磁场在钉扎处的翻转多呈现整体大面积的逐步翻转;当矫顽力较小时,磁畴多点小面积形核并同时翻转。通过栅极电压驱动固态电解质中的氢离子(H⁺)在Pt/[Co/Tb]₂样品中的注入可减小异质结薄膜的矫顽力,并同时降低了自旋轨道矩(SOT)磁翻转临界电流密度。氢离子的迁移可实现Pt/[Co/Tb]₂异质结矫顽力以及SOT的可逆与非易失调控。二次谐波测量结果表明氢离子的注入可提高类阻尼转矩和类场转矩有效场以及SOT效率,其类阻尼转矩效率可达0.85,远超原始Pt/[Co/Tb]₂样品的相应值(约0.45)。

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ZnO/ZSM-11复合材料的制备及其光催化性能与机理研究

伍海艺, 张洲, 姚振华, 胡茂从, 彭茂

功能材料. 2025, 56(11): 11130-11135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.016

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利用光催化处理有害染料是一种很有前景的方法。研究分别采用湿化学法和固体分散法制备了多种ZnO/ZSM-11(ZZ)复合材料。以甲基橙(MO)、罗丹明B(RhB)和亚甲基蓝(MB)作为光催化降解的底物,与原始ZnO相比,ZZ抑制了MO和RhB的降解,而促进了MB的降解。XRD和SEM的表征结果表明,ZnO和ZSM-11都保持了原有的骨架和局部结构。ZZ复合材料的光吸收能力和比表面积与反应性能趋势不一致,排除了这两者是催化降解的关键因素。相反,密度泛函理论(DFT)计算结果表明ZnO和ZSM-11对染料吸附能之间的差异起到了关键作用。这项研究深入揭示了染料选择性光催化降解的机理,有助于合理设计简单高效的复合光催化剂。

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Ni、Nb元素共掺对于非晶微丝的GMI性能的影响

吕明豪, 李双游, 陈峰华, 刘虹霞, 宗朔通, 张艳, 孙志刚

功能材料. 2025, 56(11): 11136-11143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.017

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采用经过优化的熔融拉丝技术成功制备了新型连续且均匀的(Co_0.7Fe_0.05Si_0.15B_0.1)_95-xNb₅Ni_x (x=0,1,3,5)非晶微丝,并利用10~30 mA范围内的直流电流对其进行热处理,系统地研究了铁磁性元素Ni与过渡族元素Nb的共掺对微丝的磁性能的影响。研究结果表明,Ni、Nb的共掺将未掺杂时的矫顽力H_c从3 184 A/m降低至x=3时的362 A/m。进一步电流退火也能显著增强微丝的软磁性能,x=3样品未退火时H_c为362 A/m,经过30 mA电流退火后H_c下降至159.2 A/m;同时饱和磁化强度M_s显著提升,从60 A·m²/kg增加至73.5 A·m²/kg。还深入探究了外部因素(如激励频率、激励电压、外加磁场、退火电流)对微丝GMI效应的具体影响。x=3样品经30 mA电流退火后在10 MHz-0.2V_pp的激励电压下最大GMI效应高达505%,表明其作为高性能GMI传感器的潜力。

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分级纳米多孔碳材料的制备及电化学性能研究

李阳, 周庆亚, 叶长怀

功能材料. 2025, 56(11): 11144-11152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.018

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分级纳米多孔碳材料因其高比表面积、多级孔结构以及三维互通的导电网络,在优化电极材料的离子传输路径和电荷存储能力方面展现出显著优势,是超级电容器电极材料的理想候选之一。研究用热塑性弹性体聚苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SEBS)为前驱体,通过湿法纺丝制备SEBS纤维,并经过高温退火、浓硫酸磺化及碳酸钾活化碳化方法,制备了兼具微孔、有序介孔和大孔的分级多孔结构的碳材料。电化学性能测试表明,当磺化SEBS与碳酸钾的质量比为1:3时,碳化SEBS多孔材料比表面积高达1 844.5 m²/g,表现出最佳的电化学性能,在4 A/g电流密度下,其比电容高达430.8 F/g,相较于活化前的84 F/g,性能显著提升。基于分级多孔碳组装的对称超级电容器,在1 A/g电流密度下仍然有146.8 F/g比电容,显示出5.09 Wh/kg的能量密度与250 W/kg的功率密度。通过在2 A/g恒定电流密度下进行600次循环仍然有接近100%的电容保持率。

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高耐湿热聚氨酯涂层的制备及其抗湿热性能研究

焦刚伟, 徐会文, 魏华成, 金显贺, 花超, 孙友谊

功能材料. 2025, 56(11): 11153-11158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.019

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通常防腐涂层由富锌粉环氧底漆和聚氨酯面漆组成,聚氨酯面漆是第一层防护涂层,其防护性能直接决定了防腐涂层优劣。另外,现有防腐涂层在湿热环境使用寿命较短,这主要根源在于现有聚氨酯面漆在湿热环境下容易降解破坏。为此,研究开发了一种新型高耐湿热的聚氨酯面漆,主要由NL387-6-70聚酯树脂、PVR-102聚酯树脂、TiO2纳米粒子和固化剂组成,并通过表征该涂层高压湿热加速老化前后的附着力、黏接力和红外光谱图,研究了组分配方与耐湿热之间关系。研究结果显示,NL387-6-70聚酯树脂和PVR-102聚酯树脂比例为3:1,涂料与固化剂质量比例为15:1时涂层抗湿热抗老化性能最好,PCT前后的平均剥离力分别可以达到137和66 N,划格试验等级都为0级。这些研究不仅证明制备得到一种新型高耐湿热的防腐面漆,且为进一步设计制备在复杂环境中使用的防腐涂层提供新思路。

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基于Al掺杂SnO₂纳米线制备透明抗静电压敏胶薄膜

李晓东, 张钰钒, 刘左欣

功能材料. 2025, 56(11): 11159-11165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.020

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透明抗静电压敏胶薄膜兼具透明特性与抗静电功能,在多领域展现出显著应用价值。然而,该薄膜存在透明度与抗静电性能难以兼顾、生产工艺复杂、成本高昂、部分成分存污染等问题。SnO₂纳米线具有高长径比、低制备成本的优势,是良好的导电颗粒的载体。采用共沉淀法制备了高长径比的Al掺杂的SnO₂纳米线并采用化学沉积法包覆银。通过涂布工艺在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基材上制备了基于Al-SnO₂@AgNWs的薄膜。结果表明,3%浓度的Al掺杂下的长径比(150)最大、镀银后电阻率(0.46 mΩ·cm)最小。薄膜形成了网状的导电通路,导电填料添加量2.5%时表面电阻最小(3.35×10⁵ Ω/sq),可见光透过率可达到75%。

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Ni₂V₂O₇电子结构与光学性质的研究

温云, 蔡宗英, 曹卫刚, 王欣平, 墨云鹤

功能材料. 2025, 56(11): 11166-11171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.021

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采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,系统研究了Ni₂V₂O₇的晶体结构、电子态密度及其光学性质。通过优化晶体集合结构,计算结果表明Ni₂V₂O₇存在1.492 eV的直接带隙,价带顶主要由O2p和V3d轨道杂化构成,而导带底则源于Ni的3d轨道和和V的3d轨道以及少量的O2p轨道贡献。光学性质计算揭示了该材料在可见光区的吸收系数和折射率较低,在紫外区具有显著的光吸收性,在61.7 nm(对应能量约为20.3 eV)处,吸收系数达到最大值。在反射光谱图中,其静态值达0.678,表现出半导体的特性,并展现了Ni₂V₂O₇在不同波段下对光的响应特性。研究结果为Ni₂V₂O₇在光催化、光电探测器及新能源器件领域的应用提供了理论依据,同时为过渡金属钒酸盐体系的设计优化建立了计算模型参考。

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环氧树脂的增韧隔热一体化研究

彭博文, 李骁, 龚成凯, 钟权, 楚珑晟, 陈晓浪

功能材料. 2025, 56(11): 11172-11177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.022

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针对环氧树脂固有脆性及有限隔热性能的缺陷,以聚氨酯预聚体(PUs)为增韧剂,环氧树脂(EP)为基体,制备了系列增韧复合基体。通过结构表征与力学性能测试优选出10%(质量分数)的PUs添加量的复合基体作为最优配比,在保留92%的拉伸强度的情况下提升了23.3%的弯曲强度与149%的冲击强度。以不同方法在PUs/EP中引入二氧化硅气凝胶制备增韧隔热一体化复合材料,其中以干法引入疏水性气凝胶对整个体系的隔热性能最优,在7%(质量分数)引入量下可提升35%隔热性能。

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二维外尔半金属WTe₂的各向异性磁电阻

李硕, 王平, 张德林

功能材料. 2025, 56(11): 11178-11182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.023

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WTe₂作为典型的II型外尔半金属,展现出不饱和磁电阻、高温相变特性、高压超导特性以及线性、各向异性磁电阻等独特输运行为。基于其显著的量子调控特性与潜在应用价值,该材料已成为凝聚态物理领域的重要研究对象。研究通过四端法测量了WTe₂的磁电阻与磁场大小、磁场方向和温度的依赖关系。实验结果表明,WTe₂表现出显著的正磁电阻效应,其磁电阻随外加磁场的增强呈现典型的抛物线型增加趋势,归因于WTe₂中较强的自旋-轨道耦合作用。WTe₂还具有显著的各向异性磁电阻效应,其物理机制源于WTe₂的费米面结构,该结构由两对电子型口袋和空穴型口袋组成,并且不同类型口袋在各个方向半径不同,每个口袋的载流子浓度也不同,这导致不同方向的磁场对载流子输运产生了不同影响,从而产生各向异性磁电阻。此外,WTe₂的各向异性磁电阻表现出对温度的依赖性,这可能是由于温度影响了其载流子的散射机制和费米面的各向异性。研究WTe₂的磁电阻有助于揭示其独特的拓扑电子结构和磁电阻效应的物理机制,为新型自旋电子器件的设计提供理论依据。

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Zr掺杂对氧化铟锡(ITO)靶材载流子迁移率影响的研究

赵天豪, 文浪, 龙神峰, 朱归胜, 徐华蕊, 黄誓成

功能材料. 2025, 56(11): 11183-11188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.024

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随着显示器件的高性能发展,对ITO靶材的迁移率提出了更高的要求。采用1%的Zr离子掺杂量在烧结温度为1 500 ℃,保温时间为4 h的条件下制备出载流子迁移率为62.8 cm²/Vs、致密度为99.38%、电阻率为1.778×10^-4 Ω·cm 的高载流子迁移率和高相对密度ITO靶材。研究发现,Zr掺杂过程会引入缺陷,这些缺陷可以使得部分电子被释放出来成为自由载流子,进而提高了载流子浓度,体现在电学性能上为降低了电阻率。同时Zr 掺杂有效降低了靶材的烧结温度及烧结时间,极大程度的减少了能耗。

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CO₂气体浓度对矿用泡沫充填材料性能影响研究

孙英华, 孙会婷, 管学茂, 张海波

功能材料. 2025, 56(11): 11189-11198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.025

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煤矿采空区空间巨大,且伴随着大量CO₂的排放,导致严重的生态和环境挑战。提出将泡沫混凝土(FC)与CO₂相结合的方案,制备一种新型CO₂原位封存的CO₂发泡充填材料(CFC)。研究了不同CO₂浓度对CFC试样浆液性能、力学性能以及微观结构演化的影响规律。结果表明,CO₂浓度为60%时,干密度、抗压强度最高,3 d抗压强度较对照组增加了26.1%。微观测试结果显示,CO₂引入形成CaCO₃晶体,使CFC孔壁增厚,骨架结构致密,且根据CaCO₃的失重峰面积计算得出60% CO₂浓度的CFC试样固碳量可以达到239 g CO₂/m³。此外,随CO₂浓度升高,对泡沫液膜产生影响,导致CO₂发生逃逸,固碳效果变差。研究为大规模使用CO₂矿化封存充填技术提供见解,也为煤炭绿色利用作出贡献。

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热处理工艺对1J85合金磁性能提升研究

吴旻

功能材料. 2025, 56(11): 11199-11202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.026

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系统研究了热处理温度与保护气氛对1J85合金样品微观组织改变及磁性能的调控作用。通过SEM、XRD 、TEM和磁性能测试等手段分析发现,适当的热处理可有效促进1J85合金的晶粒长大,消除轧制过程中产生的残余应力,同时减少晶界杂质与晶体缺陷,使得磁导率和磁化强度明显提高,而矫顽力与磁滞损耗显著降低。此外,随着热处理温度升高,样品的组织均匀化与再结晶程度进一步提升,磁性能改善效果更为显著。在对比不同气氛的处理效果时发现,氢气气氛因具备良好的还原性,能更有效地去除杂质和氧化物,从而获得更纯净的晶界与更理想的晶体结构。因此,在相同温度下,氢气环境处理的样品磁性能优于真空处理样品。在1 050 ℃、氢气气氛中进行热处理后,样品中形成尺寸为80～300 μm的均匀大晶粒,晶界平直清晰,展现出优异的软磁特性,可见高温氢气热处理是提升1J85合金磁性能的有效工艺路径。

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灰铸铁表面Fe-Cr-Mo熔覆层多场耦合模拟及耐蚀性研究

谢吉祥, 朱洨易, 孙正, 陈洁, 李慧, 叶勇, 王勇

功能材料. 2025, 56(11): 11203-11215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.027

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灰口铸铁的耐腐蚀性有限,严重限制了其应用范围。采用激光熔覆技术在灰铸铁表面制备耐腐蚀Fe-Cr-Mo涂层。通过有限元模拟系统揭示了激光熔覆温度场和应力场的动态分布特征,并基于正交试验优化获得最佳工艺参数组合(激光功率1 500 W、扫描速度5 mm/s、送粉速率18 g/min),熔覆层显微硬度可达到620.3HV,较基体提升约2.8倍。此外,结果表明多道熔覆层与基底间冶金结合良好,熔覆层铬元素富集。相较于灰铸铁基底,Fe-Cr-Mo熔覆层的自腐蚀电流密度由114.2 μA/cm²下降至3.98 μA/cm²,耐腐蚀性能显著提升。最后系统研究了Fe-Cr-Mo熔覆层的腐蚀机理。研究成果对灰铸铁表面改性技术的发展具有一定的指导意义。

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固相反应法制备Ti掺杂镍锌铁氧体的磁性能研究

赵璇, 李解, 张英德, 周维娜, 皮斯文

功能材料. 2025, 56(11): 11216-11223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.028

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通过固相反应法,在1 150 ℃下合成了Ti元素掺杂的镍锌铁氧体Ni_0.6Zn_0.4Ti_xFe_2-xO₄(x=0.00、0.03、0.06、0.09、0.12、0.15)。利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和场发射扫描电子显微镜(SEM),并结合GSAS软件对XRD数据进行全谱修正拟合,分析了镍锌铁氧体的微观结构及化学组成证实了铁氧体尖晶石相的形成。通过振动样品磁强计(VSM)和精密阻抗分析仪对磁性能和磁导率进行了表征。研究结果表明,当Ti掺杂量x=0.09时,材料表现出最佳性能,保持了较高的饱和磁化强度M_s=73.69 Am²/kg同时得到了较低的矫顽力H_c=1.75×10³ A/m,也展现出较好的损耗控制能力。

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添加剂比例对热熔法制备气体扩散层用碳纤维纸的性能影响

张一夏, 卢雪峰, 张孟飞, 李蓉, 刘城, 何岳

功能材料. 2025, 56(11): 11224-11230. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.029

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作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)核心材料,碳纤维纸兼具导电与传输水气的功能。采用热熔法替代浸渍法,将酚醛树脂热熔胶膜与碳纤维原纸复合,经过热压固化、碳化、石墨化后获得碳纤维纸,探究热熔胶膜中添加剂的含量对碳纤维纸结构与性能的影响。结果表明,相对其他样品,当酚醛树脂:PVA的固体质量比为96:4时,碳纤维纸的压缩性能、导电性能最佳,疏水性能较优;此时,在20%压缩形变下的碳纤维纸压缩应力为0.471 MPa,在1 MPa压力下电阻为5.48 mΩ·cm²,接触角为118.005°。

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TbH₂+Al晶界扩散对高铈Nd-Ce-Fe-B烧结磁体永磁特性的影响

刘喜辰, 王帅, 冯凯, 韩婷, 雍辉, 胡季帆

功能材料. 2025, 56(11): 11231-11236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.11.030

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研究了TbH₂+Al对 (PrNd)_17.96Ce_13.54Fe_balM_0.9B_0.92 (M=Al,Cu,Ti,Zr,Nb,Ga)烧结铈磁体的晶界扩散。发现Tb_100-xAl_x (x=20、40)的晶界扩散提高了磁体的矫顽力,同时剩磁、磁能积略微降低。分析了Tb₈₀Al₂₀在920 ℃下不同时间的晶界扩散,发现在扩散时间为5 h时其扩散磁体永磁性能达到最优。通过对不同深度的微观结构分析, 发现Tb元素会替换PrNdCe形成高各向异性的壳层。在Tb₈₀Al₂₀扩散磁体中,观察到Tb扩散较深,甚至到了磁体的中部;作为低熔点元素Al的微量加入,可增加扩散源的流动性和润滑性,进一步促进了Tb的深度扩散,这对于磁体矫顽力的提高有着积极的作用。TbAl的扩散同时降低了磁体矫顽力和剩磁的温度系数, 提升了磁体永磁性能的热稳定性。

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2025年, 第56卷, 第11期　刊出日期：2025-11-30

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