2025年, 第56卷, 第6期　刊出日期：2025-06-30

  

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  本期中英文目录、封面

  功能材料. 2025, 56(6): 0-0.

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  高温处理硅基气凝胶力学性能规律与动态分析

  周玉贵, 陈之伟, 苏冬, 季惠明

  功能材料. 2025, 56(6): 6001-6006. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.001

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  以硅溶胶为前驱体,经酸碱催化与莫来石纤维毡浸渍复合,通过凝胶老化、超临界干燥等工艺制备莫来石纤维增强硅基气凝胶隔热材料,采用SEM、XRD、红外光谱和数字图像相关技术等方法,研究高温处理硅基气凝胶材料力学性能规律与动态响应,并表征高温下微观结构变化等。结果表明,硅基气凝胶隔热材料表现出轻质(0.39 g/cm³)、较低热导率(1 000 ℃时0.068 W/(m·K)及良好的高温力学性能,其压缩强度及模量随着热处理温度升高而增大,在1 000 ℃测试时形变10%的压缩强度约0.4253 MPa,比室温时提高了43.3%,压缩应变-位移场分布情况说明了压缩力在材料内部传递过程中逐渐递减。室温时拉伸强度约为1.39 MPa,在1 000 ℃拉伸试验时其拉伸强度比室温时提高了102.2%,高温处理有助于拉伸应变场分布更为均匀。
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  高保温超轻质发泡水泥的制备及性能研究

  屈万英, 刘凯璐, 王黎, 曾浩洋

  功能材料. 2025, 56(6): 6007-6013. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.002

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  纳米SiO₂气凝胶发泡水泥具有保温性能好,轻质,施工方便等优点,作为建筑保温材料具有广泛的适用性,但其轻质性及保温性能仍有待提高。通过改变发泡剂掺量来探究纳米SiO₂气凝胶发泡水泥各项性能变化,结合光学显微镜研究了纳米SiO₂气凝胶发泡水泥气孔结构的变化并通过软件Image pro plus对其孔径进行表征。结果表明,当发泡剂掺量为0.66%时,纳米SiO₂气凝胶发泡水泥的流动度降低至132 mm、导热系数降低至0.121 W/( m·K)、干密度降低至515 kg /m³、导热系数和干密度分别下降了31.2%和25.2%,而吸水率逐渐增大;同时,随着发泡剂掺量的增多,纳米SiO₂气凝胶发泡水泥中的大尺寸气孔占比增加,力学性能逐渐下降。
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  银基复合材料在不同工况条件下的电摩擦磨损性能研究

  范贤捷, 鲁俊, 刘国海, 杨乐庭, 王秀娟, 包梦婷, 王炳棠, 张天源, 刘铸汉, 凤仪

  功能材料. 2025, 56(6): 6014-6021. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.003

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  采用真空热压烧结法制备出Ag-G-La₂O₃-WS₂(75∶15∶4∶6)复合材料。在电流密度为5 A/cm²的情况下,研究了不同滑动速度(2.5、5、7.5、10 m/s)和不同表观接触压力(1.25、2.5、3.75、5 N/cm²)对Ag-G-La₂O₃-WS₂复合材料电摩擦磨损性能的影响。结果表明,Ag-G-La₂O₃-WS₂复合材料随着滑动速度的升高,摩擦系数逐渐降低,电磨损率和接触电压降逐渐升高;随着表观接触压力的升高,接触电压降逐渐降低,摩擦系数和电磨损率均先下降后升高。采用热场发射扫描电子显微镜、三维激光共聚焦扫描显微镜和白光干涉仪研究了电摩擦磨损实验后的表面形貌,分析了组织结构,探讨了电摩擦磨损机理。
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  三水醋酸钠定形复合相变材料制备及性能研究

  刘俊杰, 盛鑫鑫, 陈健勇, 陈颖, 罗向龙

  功能材料. 2025, 56(6): 6022-6029. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.004

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  三水醋酸钠(sodium acetate trihydrate,SAT)是一种极具潜力的水合无机盐相变材料,适用于热水和供暖系统;但较大过冷度和相分离大大限制了其应用。采用无水钨酸钠(sodium Tungstate,ST)作为成核剂,可得然胶(curdlan,CUR)作为增稠剂,以及聚甲基丙烯酸钠(sodium polymethacrylate,Na-PMAA)作为结晶调节剂,制备出SAT复合材料,过冷度为0.6 ℃,相变焓值为205.02 J/g;同时在400次充/放热后焓值仅减少0.4%,具有优异的循环稳定性。进一步添加碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs),并通过紫外光固化技术制备出形状稳定的蓄热单元,在65 ℃恒温加热下无材料泄露,导热系数为0.2288 W/(m·K),为SAT的应用提供了一种高效的蓄热单元封装方法。
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  碳填充量调控泡沫铁酸铋/碳复合材料的制备及其微波多频段吸收性能研究

  谢雨洁, 陈俊宇, 潘骏宇, 崔奎斌, 何成龙, 李雍, 冯晟熙, 韩沛, 訚哲

  功能材料. 2025, 56(6): 6030-6038. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.005

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  随着电子通信设备的快速发展,电磁污染问题愈加严重。微波吸收材料在减轻电磁污染方面发挥着积极作用。三维大孔泡沫结构的吸波材料由于其结构效应在高效吸波领域备受关注,尤其是航空航天等极端领域。采用固相法制备泡沫状的前驱体BiFeO₃(BFO),随后利用涂覆技术制备了BFO/C复合材料,并系统探讨了不同碳填量对复合材料的形貌、介电损耗和微波吸收性能的影响。实验结果表明,BFO/C复合材料呈现规则的球型泡沫状,且随着碳填量的增加,球型孔洞被逐渐填充满。泡沫BFO/C复合材料的微波吸收性能随着C填量的增加呈现先增高后降低的趋势,其中BFO/C6表现出最佳的微波吸收性能,在1.90 mm的匹配厚度下,其最小反射损耗可达-54.73 dB,有效吸收带宽为3.08 GHz,并具有多频带吸收特性。研究揭示了泡沫BFO/C复合材料在微波吸收方面的卓越性能,表明其在电磁污染防护领域具有广泛的应用潜力。
综述·进展
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  高性能铝钨复合材料制备及性能研究进展

  蒋存慧, 庞晓轩, 程亮

  功能材料. 2025, 56(6): 6039-6049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.006

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  铝钨复合材料作为高性能轻质结构材料具有良好的综合力学及优异的伽马射线屏蔽性能,在核工业、航天领域等领域受到了广泛的关注和应用,介绍了高性能铝钨复合材料的制备途径、界面反应、力学性能影响因素、屏蔽性能以及铝钨复合材料在航空航天、电子通讯、核领域等的应用,分析了铝钨复合材料存在的不足,为制备高性能铝钨制品提供了参考。
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  减摩耐磨激光熔覆涂层的研究进展

  陈赞聪, 陈文刚, 李祖阳, 冯金明, 杨志金, 尹玫月

  功能材料. 2025, 56(6): 6050-6060. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.007

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  激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性手段,其所制备的涂层不仅具备组织结构紧密且均匀的特点,还能与基材实现冶金级的牢固结合,同时由于激光照射过程中的高能量密度导致的表面粗糙度降低,使得涂层具有优异的物理和机械性能。此外,该技术还能有效改善涂层的表面质量,如抗腐蚀性、耐磨性等。在改善材料表面减摩耐磨性能及拓宽基体材料应用领域方面发挥着至关重要的作用。涂层材料的选择对激光熔覆涂层性能有着至关重要的影响。介绍了减摩耐磨激光熔覆层的常见材料系统(自熔性合金粉、陶瓷粉、稀土元素),利用激光熔覆法在基材上制备耐磨涂层,通过在合金粉中加入一定的合金成分和化学成分,可以改善其耐磨性,但在制备金属陶瓷复合涂料时,除加入碳化物陶瓷粉和氧化物陶瓷粉以外,还可以通过优化工艺参数,陶瓷粉末的配比来提高材料的减摩耐磨特性,除此之外,还可以在基体材料表面加入一定量的稀土元素,达到改善涂层缺陷,增加减阻抗磨特性的效果,但添加稀土元素的量要有一个限值,超过这个限值则会诱发新的涂层缺陷。最后重点阐述激光熔覆涂层在农业机械、航空航天、汽车等工业领域中的应用,并在现有的研究成果上对其未来发展进行了展望和总结。
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  吸波材料在水泥混凝土微波除冰领域的应用研究现状

  张涪民, 李宗方, 洪扬基

  功能材料. 2025, 56(6): 6061-6069. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.008

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  微波除冰技术具有冰层除净效率高、对路面损害低、绿化环保等优点,在路面冬季除冰中具有良好的应用前景。传统水泥混凝土路面对微波的吸收效率低,导致微波除冰速度慢。因此,研究者们将吸波材料引入混凝土微波除冰领域中,以提高混凝土的微波加热效率。结合国内外研究现状,分析了吸波材料在混凝土微波除冰领域中应用的3种方式:外掺料、吸波骨料和吸波涂层。在此基础上,综述了碳系吸波材料、铁系吸波材料和陶瓷系吸波材料在混凝土微波除冰领域中的应用研究现状,并分析了其应用前景及限制。最后,对吸波材料在混凝土微波除冰领域中的发展进行了展望。
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  BiFeO₃-SrTiO₃复合材料的研究进展

  柳豪, 陈德权, 宋文斌, 韩梦娟, 黄娜, 张青树, 田赛, 邓永刚, 杨鑫

  功能材料. 2025, 56(6): 6070-6081. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.009

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  对铁酸铋-钛酸锶(BiFeO₃-SrTiO₃,BFO-STO)复合材料进行了系统研究,涵盖材料的制备、结构、性能以及在多个领域的应用。通过对比分析固相反应法、溶胶-凝胶法等常见制备方法,探究不同合成工艺对材料结构和性能的影响。BFO-STO复合材料兼具优异的介电、铁磁、铁电、储能和光学特性,这些特性可以通过不同的合成方法、成分比例、元素掺杂、引入晶体缺陷等方式进行调控。在电容器领域,多层膜结构的设计和掺杂改性显著提升了材料的介电常数、储能性和循环稳定性。在光伏领域,BFO-STO复合材料表现出优异的光电转换性能,通过掺杂、缺陷工程和固溶体优化,优化提升了其光电转换效率。在储能系统中,通过掺杂、结构调整和优化制备工艺等方法,提高了材料的能量密度和效率,使其成为具有潜力的储能材料。最后,对BFO-STO未来的研究方向进行了简单展望。
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  钛酸钡纳米材料在生物医学中的研究进展

  马俊男, 李发丹, 张立豪, 刘晓燕

  功能材料. 2025, 56(6): 6082-6090. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.010

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  生物医学关系到人类健康和医疗水平,与人类社会、环境、生存等都密切相关。钛酸钡(BaTiO₃)纳米材料具有优异的压电/铁电性能,且具有良好的生物相容性和可降解性,在生物医学领域展现出巨大的应用潜力。BaTiO₃纳米材料在生物医学中的应用涉及材料科学、生物医学、化学和物理学等多学科交叉融合,目前这一新兴学科正处于起步阶段。综述了基于BaTiO₃纳米材料的压电特性在杀菌灭菌、组织工程和生物传感系统中的研究进展;然后论述了基于BaTiO₃纳米材料的铁电特性在伤口愈合、生物成像等生物医学领域的应用;最后对BaTiO₃纳米材料在生物医学应用中面临的挑战和发展前景进行了总结和展望。
研究·开发
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  氧化石墨烯基固废再生混凝土的制备及性能研究

  李新, 孟祥瑞

  功能材料. 2025, 56(6): 6091-6099. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.011

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  以普通硅酸盐水泥 P.O 42.5和氧化石墨烯(GO)为原料,固废材料选择再生钢渣和碎砖粗骨料,以钢渣取代水泥胶凝材料,碎砖取代混凝土中的碎石,制备了不同钢渣和碎砖取代率的氧化石墨烯基固废再生混凝土,测试了固废材料对再生混凝土力学性能、耐久性和破坏形态的影响。结果表明,钢渣取代率20%的再生混凝土的抗压强度和抗折强度达到了最大值,分别为41.50和4.50 MPa;碎砖取代率30%的再生混凝土的抗压强度和抗折强度均达到了最大值,分别为40.40和4.12 MPa。所有试样的破坏形态均为四角棱锥体外形,随着钢渣取代率的增加,裂纹数量减少,碎砖取代率增大后降低了混凝土整体的强度,破损严重。随着钢渣取代率的增加,混凝土的干缩率先降低后增大,钢渣取代率20%的混凝土干缩率最低为85.1×10^-6;碎砖取代率的增加持续增大了混凝土的干缩率,收缩现象加剧。碎砖和钢渣取代的再生混凝土的氯离子扩散系数均随取代率的增加先降低后增大,钢渣和碎砖取代率为30%时,两种混凝土的氯离子扩散系数均为最低值,分别为1.33×10^-8 和1.47×10^-8 cm/s。
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  结构可调控的酚醛树脂分子及其光催化生产H₂O₂研究

  王瑞宇

  功能材料. 2025, 56(6): 6100-6109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.012

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  H₂O₂作为一种优良的氧化剂,在许多领域有着广泛的应用。利用由阳光驱动的氧气和水的反应,被认为是应用价值最广的、绿色的H₂O₂制造方法。通过在水热聚合反应中选用不同共轭程度的酚化合物作为原料,将部分具备给电子性质的羟基转化为具有吸电子性质的羰基,从而得到不同D-A结构特征的酚醛树脂,进而调节平面共轭结构,优化光生电子与空穴的分离效率。结果表明,酚醛树脂中类苯型的酚单元作为电子供体,类醌型的酚单元作为电子受体,通过分子结构的设计与调变,形成含有不同电子供体与电子受体的树脂材料,从而改变了材料的吸光性、载流子分离特性和氧化还原性等。随着类醌型酚结构中C=O含量的提升,光催化H₂O₂生成速率升高。其中间苯二酚-甲醛树脂(RF)具备最佳的催化效率,在全光谱照射下,RF523产过氧化氢的速率高达598 μmol/h。从分子水平上对树脂材料的结构调控提升其光催化性能的研究,可作为有机半导体光催化性能提升的有效手段。
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  多维度调控Mg-Ni固态储氢合金的研究

  康田田, 王龙刚, 焦栋茂, 何旭阳, 韦欣婷, 陈文革

  功能材料. 2025, 56(6): 6110-6118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.013

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  针对Mg-Ni储氢合金储氢量低、吸放氢温度高以及吸放氢速率慢等问题,通过电弧熔炼制备Mg-Ni合金块体,再通过熔体急冷和高能球磨制得含rGO的Mg-Ni储氢合金粉体,运用XRD、TEM和吸放氢实验观察分析其微观结构和储氢性能。结果表明,rGO-Mg-Ni储氢合金由Mg、Mg₂Ni晶相/非晶相两相组成,吸放氢后则由Mg₂NiH₄、MgH₂等相组成。该复合粉体在3.5 MPa下,553和623 K时储氢容量(质量分数)分别为4.10%、4.32%;吸氢速率分别为3.34%、1.57%/min。吸氢MgH₂的焓变和熵变分别为79.62 kJ/mol、142.13 J/(mol·K)。rGO以单质形式负载在Mg基体表面,起到良好的分散效果并阻止了Mg-Ni合金粉体的团聚,容易让H₂通过与基体发生反应,降低活化能20%。
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  In₂O₃/W₁₈O₄₉异质结纳米纤维的制备及其光催化析氢性能研究

  李佳乐, 陶然, 徐洋, 慕永琪, 朴天阳, 王彦欣, 范晓星

  功能材料. 2025, 56(6): 6119-6127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.014

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  为了开发清洁、可持续的再生能源,利用太阳能光催化分解水产氢成为研究热点。通过溶剂热法将W₁₈O₄₉纳米片负载在In₂O₃电纺纳米纤维上,成功制备了氧化铟(In₂O₃)/钨十八氧四十九(W₁₈O₄₉)复合纳米纤维。由于W₁₈O₄₉本身具有较强的光吸收能力,以及特殊的局域表面等离子体共振效应(localized surface plasmon resonance,LSPR),所获得In₂O₃/W₁₈O₄₉异质结纳米纤维的光吸收能力也很大程度上得以提升。光催化析氢测试研究结果表明,与纯W₁₈O₄₉纳米片和In₂O₃纳米纤维相比,In₂O₃/W₁₈O₄₉复合纳米纤维在光催化过程中的H₂释放速率分别比纯In₂O₃和W₁₈O₄₉的速率高15.9倍和4.7倍。光催化性能的提升归因于In₂O₃/W₁₈O₄₉异质结的构建,不但提升了载流子的分离效率,还增加了样品的比表面积和反应活性位点。4次循环试验后,In₂O₃/W₁₈O₄₉-2光催化析氢性能没有明显降低,说明其具有良好的稳定性。In₂O₃/W₁₈O₄₉复合纳米纤维易于制备且光催化活性高,可以广泛应用于光催化析氢领域。
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  硝酸表面改性对纤维混凝土力学性能及抗盐冻性能的影响

  刘畅, 魏玲

  功能材料. 2025, 56(6): 6128-6135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.015

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  采用硝酸对聚丙烯纤维(PP)进行表面改性处理,通过调整硝酸处理时间(1,2,3,4 h),制备了4种聚丙烯纤维混凝土(PP-1、PP-2、PP-3、PP-4)。研究了硝酸处理时间对聚丙烯纤维形貌和结构的影响,并探究了硝酸表面改性对聚丙烯纤维混凝土力学性能和抗盐冻性能的影响。结果表明,硝酸对聚丙烯纤维表面改性处理后引入了更多的羟基和酰胺官能团,使纤维的表面粗糙度增加,水接触角降低,亲水性能提高。硝酸处理后的聚丙烯纤维混凝土的界面形貌和破坏形态得到改善,当硝酸处理时间为3 h时,PP-3试样的抗压强度、抗折强度和断裂韧性达到了最大值,分别为27.6,8.5和39.7 MPa,力学性能最优。经过100次复合盐冻循环后,PP-3试样的质量损失率最低为0.974%,相对动弹性模量最大为82.24%,抗冻性能最强。EDS测试表明,相比于骨料,砂浆的孔隙率更高,结构更疏松,更容易被盐类离子侵蚀。
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  硅烷接枝凹凸棒土协效膨胀阻燃热塑性聚氨酯的制备及性能研究

  涂喆, 欧红香, 蒲丽阳, 冉镒柠, 舒中俊

  功能材料. 2025, 56(6): 6136-6143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.016

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  为平衡热塑性聚氨酯(TPU)的防火性能和力学性能,通过硅烷接枝制备了有机改性凹凸棒土(OATP)作为协同阻燃剂。将焦磷酸哌嗪(PAPP)与三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)按照质量比3∶1复配构建膨胀阻燃(IFR)体系,经熔融共混制备膨胀阻燃TPU复合材料。采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧测试、热重分析、锥形量热仪、拉曼光谱和力学性能测试等方法考察TPU复合材料的综合性能。25%(质量分数)的IFR和3%(质量分数)的OATP使TPU-4获得33%的LOI值和UL-94 V-0级别,峰值热释放速率(pHRR)和峰值烟气释放速率(pSPR)仅为122 kW/m²和0.018 m²/s。此外,得益于OATP与TPU基体间良好的界面相容性,TPU-4的拉伸强度和断裂伸长率相比TPU-2分别提高了27.3%和39.7%。结果表明,适量的OATP能够与PAPP/MPP膨胀阻燃体系形成良好的协同阻燃作用。
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  纳米SiO₂/聚酯纤维改性沥青及混合料性能研究

  田小革, 谢振, 李光耀, 陆劲州

  功能材料. 2025, 56(6): 6144-6151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.017

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  为探究纳米SiO₂掺量和聚酯纤维掺量及长度对沥青混合料路用性能的影响,通过动态剪切流变试验和低温弯曲蠕变劲度试验对不同掺量纳米SiO₂改性沥青的温流变性能进行评价并确定其最佳掺量。然后将不同掺量和长度的聚酯纤维掺入到纳米SiO₂改性沥青混合料中制备AC-13进行车辙试验、低温弯曲试验及浸水马歇尔试验,借助Design—Expert软件对试验结果进行响应分析及最优配比设计。结果表明:通过综合比选沥青流变试验数据,推荐纳米SiO₂掺量为4%;相比于纳米SiO₂,聚酯纤维对沥青混合料低温抗裂性的提升效果更好,同时也能显著提升高温稳定性和水稳定性;根据预估模型及响应曲面优化分析得到聚酯纤维最佳掺量及最优长度分别为0.26%、7.97mm,与基质沥青混合料相比,该掺量下混合料的动稳定度、抗弯拉强度和马歇尔残留稳定度分别提升了177.14%、37.39%、10.88%。
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  Na₂HPO₄·12H₂O少辅料新型复合相变材料制备与性能分析

  汪永杰, 曹士博, 罗孝学, 韩晓春, 王强强, 王天任

  功能材料. 2025, 56(6): 6152-6158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.018

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  Na₂HPO₄·12H₂O具有35++++36 ℃相变温度,与人类体温相近,且具有较高的潜热为230++++280 J/g,运用于与人类活动密切相关的领域具有较大潜力。为了制备成核剂和增稠剂等辅料含量较低的Na₂HPO₄·12H₂O复合相变材料,通过对成核剂筛选找到一种新型成核剂磷酸二氢钾(PDP),并进一步研究了添加较低含量为的纳米TiO₂能有进一步改善过冷;通过分析研究增稠剂种类与添加量对基材性能影响,并进行筛选;制备出了一种以Na₂HPO₄·12H₂O为基材,质量分数配比为Na₂HPO₄·12H₂O+1.25%PDP+1.5%纳米TiO₂+1%PSSA(聚丙烯酸钠)的新型热稳定良好的复合相变材料。结果表明,改性后复合Na₂HPO₄·12H₂O体系,相变温度为35 ℃,过冷度为1.5 ℃,潜热值为203.19 J/g;100次循环后过冷度与相变温度无明细变化,潜热值下降为192.85 g/J,约为初始的97.5%,表现出优良的热稳定性,具有较高的使用价值。
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  利用金属Mn修饰提高石墨烯吸附有毒气体敏感性的理论计算研究

  岳远霞, 罗磊, 朱洪强, 杨英

  功能材料. 2025, 56(6): 6159-6166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.019

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  为了研究NO,NO₂,CO,H₂S,SO₂气体在Mn修饰的石墨烯表面的吸附行为,利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法模拟了其吸附过程,计算了吸附能、Mulliken分布、差分电荷密度、总电子电荷密度和恢复时间并与未经修饰石墨烯吸附性质进行了比较。结果表明,与未经修饰的石墨烯表面相比,Mn修饰的石墨烯表面对吸附的5种气体表现出了更高的敏感性。Mn原子修饰的含有一个C原子空位与两个C原子空位的石墨烯吸附NO,NO₂,CO,H₂S,SO₂后,气体与基底之间形成了化学键,为化学吸附。同一吸附基底吸附能大小排序为:NO>NO₂>CO>SO₂>H₂S,吸附后电荷转移量大小排序为:NO₂>NO>CO>SO₂>H₂S。并且C空位的增加降低了Mn原子修饰的石墨烯表面与气体之间的相互作用。利用过渡态理论预测了室温下Mn原子修饰的石墨烯基底作为5种有毒气体的传感器的恢复时间,为基于石墨烯基底的有毒气体检测传感提供了理论支撑和实验指导。
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  多交联聚乙烯醇基导电水凝胶的制备及性能

  赵佳, 朱海燕, 杨伟, 白绘宇, 东为富

  功能材料. 2025, 56(6): 6167-6172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.020

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  将导电聚合物添加到水凝胶基体中,是构建具有良好导电和柔韧性水凝胶的简单有效方法。然而,导电聚合物的疏水性限制了导电水凝胶的发展。因此,研究了通过冷冻界面聚合法将吡咯(Py)聚合到纳米晶纤维素(CNC)上,合成CNC-PPy复合物,改善了PPy在水中的分散性。随后,将聚乙烯醇(PVA)和CNC-PPy混合,经过冻融循环形成导电水凝胶,之后浸泡在氯化铁(FeCl₃)溶液中,形成有多重交联作用的PVA/CNC-PPy/FeCl₃离子-电子导电水凝胶。CNC-PPy与FeCl₃的独特协同作用使水凝胶具有高强度(拉伸强度(465±28)kPa),较好柔韧性(断裂伸长率239%±39%)和优异导电性(2.89 mS/cm)。此外,该水凝胶传感器可以监测人体变形,如关节弯曲,和声带振动。为开发具有优异力学性能和导电性PVA基水凝胶提供了一种有前途的策略。
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  不同形貌二硫化钼对环氧涂层摩擦性能影响

  喻岚, 邵卫欣, 彭晓晓, 王琳, 熊兴, 唐华, 雷武, 郝青丽

  功能材料. 2025, 56(6): 6173-6179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.021

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  采用超声剥离法、水热法以及高温煅烧法制备了3种不同形貌的纳米MoS₂,分别为片状、花状和球状。通过硅烷偶联剂对这些纳米MoS₂进行改性,制备了改性后的纳米MoS₂(KMoS₂),并将其作为润滑剂加入到环氧树脂中,制备成不同MoS₂含量的润滑涂层。利用扫描电子显微镜对纳米材料及其涂层断面进行了表征。球-盘摩擦测试结果表明,改性后的球状MoS₂涂层具有最低的摩擦系数和最小的磨损量,显示出最佳的抗磨减摩性能。相较于纯环氧树脂涂层,2%的球状KMoS₂涂层的平均摩擦系数和磨损量分别降低了51.7%和22.2%,显微硬度提高了14.9%。球状MoS₂纳米颗粒更容易进入接触区,形成有效的润滑膜,其摩擦机理表现为滚动摩擦和滑动摩擦的共同作用。
工艺·技术
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  大尺寸铝基高硼复合材料制备与中子屏蔽性能研究

  沈华亚, 韩毅, 李国栋, 张鸿宇, 刘宇辰, 杨仲田

  功能材料. 2025, 56(6): 6180-6185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.022

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  采用金属粉末冷压热烧方法制备了规格为700 mm×500 mm×50 mm、含硼70%(质量分数)、密度1.87 g/cm³的大尺寸铝基高硼复合材料板材;基于蒙特卡洛软件MCNP6对比研究了高硼铝基复合材料、聚乙烯、钨、铁、铅在Watt谱中子源辐射条件下的中子屏蔽性能;利用²⁵²Cf中子源对铝基高硼复合材料进行中子屏蔽效果验证。研究结果表明,铝基高硼复合材料的试验值与模拟计算值能较好符合,5种材料中单位厚度铝基高硼复合材料的中子屏蔽性能最弱,在紧邻中子放射源10 cm厚度范围内单位质量铝基高硼复合材料的中子屏蔽效果仅次于聚乙烯材料,紧靠核动力反应堆的高温高辐射屏蔽层使用铝基高硼复合材料能够有效减轻屏蔽层整体质量。
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  正辛酸-十六醇/膨胀石墨复合相变材料制备与性能

  沈天锋, 孙志高

  功能材料. 2025, 56(6): 6186-6194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.023

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  以正辛酸(CA)、十六醇(HD)为原料,采用熔融共混法,制备了正辛酸-十六醇(CA-HD)二元共晶相变材料。针对脂肪酸、脂肪醇在实际应用中导热性能差、熔融状态易泄漏等问题,选用具有高导热性能和多孔结构的膨胀石墨(EG),采用真空吸附法制备了正辛酸-十六醇/膨胀石墨(CA-HD/EG)复合相变材料。通过泄漏性观察、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、红外光谱仪(FT-IR)、冻/熔循环和热重(TG)测试等对正辛酸-十六醇/膨胀石墨复合相变材料的结构和性能进行了表征。正辛酸-十六醇二元相变材料的共晶质量配比为86∶14,共晶相变材料的相变温度和相变潜热分别为10.26 ℃和158.83 J/g,导热系数为0.23 W/(m·K)。添加膨胀石墨质量分数为10%的复合相变材料,经热处理后不发生泄漏,相变温度为9.27 ℃,相变潜热为139.29 J/g。当样品制备密度为800 kg/m³时,复合相变材料的导热系数为2.05 W/(m·K),与正辛酸-十六醇共晶相变材料相比提高了7.91倍。FT-IR测试表明膨胀石墨和正辛酸-十六醇为物理吸附结合。500次冻/熔循环实验表明复合相变材料循环稳定性良好。TG测试表明正辛酸-十六醇/膨胀石墨起始失重温度为143.98 ℃,远高于实际应用温度,具有良好的耐热性。
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  有机改性凹凸棒土协同膨胀型阻燃剂增强低密度聚乙烯的阻燃性能和抑烟性能

  刘孟龙, 欧红香, 冉镒柠, 薛洪来, 朱方

  功能材料. 2025, 56(6): 6195-6204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.024

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  通过将聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)和三(2-羟乙基)异氰尿酸酯(THEIC)按3∶1∶1质量比混合构建膨胀型阻燃剂(IFR),并将有机改性凹凸棒土(OATP)作为协同阻燃剂,采用熔融共混法制备膨胀阻燃LDPE材料。采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧试验、热重分析(TGA)和锥形量热仪(CCT)对材料的阻燃性能、热稳定性、力学性能等进行了测试。结果表明,复合材料LDPE2的LOI值达到30.5%,UL-94达到V-0级别。与原始LDPE相比,LDPE2的峰值烟气释放率(pSPR)和总烟气释放量(TSR)分别下降了82%和65%。与未添加OATP的LDPE1相比,LDPE2的断裂伸长率提高了67.2%,拉伸强度提升了17.3%。在IFR体系中适量添加OATP,不仅显著提升了LDPE材料的阻燃性能,还有效抑制了烟气的释放,同时提高了膨胀阻燃材料的机械强度,展现良好的协同阻燃和抑烟效果。
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  改性二乙基次膦酸铝对NR/BR复合材料阻燃、导热性能的影响

  边子唯, 徐文总, 余世源, 解云龙

  功能材料. 2025, 56(6): 6205-6215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.025

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  天然橡胶(NR)与顺丁橡胶(BR)容易燃烧,导热系数低,限制了其应用范围。通过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包覆二乙基次膦酸铝(ADP),并掺杂碳纳米管(CNTs),制备了具有核壳结构、高导热性的阻燃剂PMMA@ADP-CNTs。将其加入到天然橡胶、顺丁橡胶(NR/BR)中共混制得NR/BR复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)实验、透射电子显微镜(TEM)实验、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)分析了阻燃剂的结构和热性能。采用锥形量热仪(CCT)、极限氧指数(LOI)、导热系数、拉伸试验等分析了橡胶复合材料的阻燃性能、力学性能和导热性能。研究结果表明,CNTs成功地镶嵌在阻燃剂的PMMA壳层中。橡胶复合材料的LOI由纯样的19.4%提高到了23.9%,热释放速率峰值(pHRR)与总的热释放量(THR)由1465.6和142.3 MJ/m²下降到562.4和83.1 MJ/m²,导热系数由0.32上升到0.43 W/(m·K),具有良好的阻燃和导热性能,同时PMMA@ADP-CNTs可以改善ADP对橡胶复合材料力学性能的影响。
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  静电纺丝法制备Pr³⁺掺杂BaTiO₃纳米纤维及其光学性能研究

  陈铃, 关员路, 刘昊宇, 王娇, 裴清豪, 杨柳, 刘少辉

  功能材料. 2025, 56(6): 6216-6220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.026

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  为了提升钛酸钡材料的发光性能,基于稀土元素掺杂的理念,采用静电纺丝工艺制备出Pr³⁺掺杂BaTiO₃一维纳米纤维,分析了稀土元素Pr掺杂浓度对一维纳米纤维相结构、形貌、发光性能的影响,并对其影响因素及机理进行分析。测试结果表明:静电纺丝制备出的Pr³⁺掺杂BaTiO₃纳米粉体具有良好的一维纳米纤维形貌,在较低Pr³⁺掺杂浓度时,稀土元素Pr³⁺能够进入BaTiO₃粉体的晶格,并不形成新的杂相,荧光性能测试结果表明:Pr³⁺掺杂可以显著提高BaTiO₃一维纳米纤维的发光性能,Pr³⁺掺杂可以提供相关的电子跃迁能级,荧光峰发射峰位于497、502、539、613、659 nm可以归因于³P₀→³H₄、³P₁→³H₅、³P₀→³H₆、³P₀→³F₂的能级跃迁,并且随着稀土元素Pr³⁺掺杂浓度的逐渐增加,Ba_1-xPr_xTiO₃一维纳米纤维的荧光发光强度呈现先提高后降低,此现象可以归因于当较低Pr³⁺浓度掺杂时,BaTiO₃晶格与Pr³⁺间的相互作用,而Pr³⁺浓度掺杂较高时,BaTiO₃晶格内与Pr³⁺之间的距离变小,导致部分能量转移到猝灭中心,从而导致Pr³⁺掺杂BaTiO₃一维纳米纤维荧光发光强度降低。
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  时效处理对Ni-Ti形状记忆合金马氏体相变行为与超弹性的影响

  章涛, 顾嘉俊, 孔永华

  功能材料. 2025, 56(6): 6221-6228. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.027

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  为富镍Ni-Ti合金冷拔前预处理工艺提供依据,以50.8Ni-Ti合金为对象,通过不同温度时效处理工艺对50.8Ni-Ti合金马氏体相变行为与超弹性的影响规律的研究。结果表明,350 ℃时效时效5 h后Ni-Ti合金由于析出相诱发R相变,Ms逐渐升高但升温幅度不大;450 ℃时效后,随着时效时间增加,析出相大量析出且均匀富分布导致时效态Ni-Ti合金相变类型由两步相变转变为(B2→B19′/B19′→R→B2)型相变。Ms整体提高但仍未达到室温,Ms从-60 ℃(1 h)最终升至11.1 ℃(20 h);550 ℃时效后,由于析出相尺寸随着温度升高而增大,时效态Ni-Ti合金相变类型由(B2→R→B19′/B19′→R→B2)型相变转变为(B2→B19′/B19′→B2)型相变,Ms从-32.53 ℃(1 h)最终升至29.17 ℃(20 h)。时效温度为350 ℃,时效时间分别为1、2、5 h与450 ℃时效1 h时,Ni-Ti合金时效处理样品具备超弹性;时效温度为450 ℃时效5 h和550 ℃时效5 h时,合金部分具备超弹性条件;其他时效条件下,合金在加载过程中,除部分马氏体弹性变形恢复,残余应变为3%~5%,合金在常温(25 ℃)下无超弹性。综上并结合冷拔生产工艺,不同温度短时间时效无法获得室温马氏体相,可选择时效处理引入R相去除超弹性。550 ℃时效1 h为50.8Ni-Ti合金冷拔预处理最佳方案。
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  基于PI迟滞模型和蠕变算子的SMA驱动模型辨识与实验验证

  张铖, 路秋英, 谭峻然, 王晓明, 吴志刚

  功能材料. 2025, 56(6): 6229-6236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.06.028

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  形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)因其驱动行程高、能量密度大、环境适应性强等独特优势,在智能结构、智能驱动领域内具有广阔发展前景。然而,SMA材料所固有的迟滞、蠕变等非线性特性会严重影响驱动效果和控制精度。为此,以SMA丝材驱动器为对象,开展基于PI迟滞模型和lgt蠕变算子的驱动模型辨识和实验验证。首先,基于Liang-Rogers本构方程构建了SMA丝材的理论模型,为模型辨识提供理论数据;然后采用Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞建模方法,构建了SMA迟滞特性模型;针对传统PI模型对奇对称、非凸迟滞特性拟合效果差的问题,在传统PI模型中引入lgt蠕变算子,以增加其拟合精度,并通过理论模型模拟数据验证了算法有效性;最后,搭建了SMA驱动测试实验平台,利用实验数据对建立的迟滞、蠕变驱动模型的在线辨识能力进行检验。结果表明,所提方法能够有效提升SMA驱动模型的辨识精度,可为提升SMA驱动精度和控制效果提供新的理论支撑。