2025年, 第56卷, 第8期　刊出日期：2025-08-30

  

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  功能材料. 2025, 56(8): 0-0.

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  磁驱六足微米机器人及其粒子微操控应用

  王富焱, 牟方志

  功能材料. 2025, 56(8): 8001-8007. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.001

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  发展了一种可用于粒子微操控的磁驱六足微米机器人。这种微米机器人可以通过溶剂热法简易制备,采用SEM、亥姆霍兹线圈磁控系统和数值模拟等对六足微米机器人进行了结构与运动性能分析,探究了粒子微操控机理和能力。结果表明:六足微米机器人尺寸在5 μm左右,通过控制聚乙烯吡咯烷酮K30的加入能够实现对其尺寸和二级枝晶的合成调控。六足微米机器人具备良好的磁响应性能,能够在较低场强的磁场驱动下保证在90 Hz及以下的交变磁场频率参数范围内,实现与控制设备的同步响应,并表现出在高粘溶液中的运动适应性和高效性。利用涡旋效应和尾流效应,六足微米机器人可通过旋转频率调整来控制周围流场的强度和稳态,实现了对聚苯乙烯微球的可控捕获、运输及卸载。该六足微米机器人提供了一种在微米尺度上进行粒子精准微操控的新型工具。
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  环氧树脂体系液氢渗透行为分子动力学模拟

  陈泓志, 高畅, 徐浩, 武湛君

  功能材料. 2025, 56(8): 8008-8012. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.002

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  研究探讨了液氢分子在环氧树脂体系中的扩散、吸附及渗透特性,以及不同交联度和拉伸破坏对液氢分子渗透行为的影响。基于Dreiding力场和分子动力学模拟方法,研究了二缩水甘油醚基(DGEBA)环氧树脂中液氢的渗透行为。在-252.87 ℃和1 MPa的工作条件下,模拟了液氢分子在不同交联度环氧树脂体系中的吸附和扩散运动,推测了渗透情况。研究结果显示,随着环氧树脂交联度的增加,液氢的渗透系数呈现先减小后增加的趋势,这一现象与环氧树脂在交联过程中形成的微观结构密切相关。还分析了环氧树脂体系在拉伸破坏过程中液氢渗透系数的变化规律,以及不同拉伸阶段宏观渗透现象与微观结构破坏之间的联系。研究为后续液氢储存相关环氧树脂的研发提供有价值的参考。
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  基于Box-Behnken响应面法优化复合材料制备与热性能研究

  薛智奇, 王汉青, 赵金萍, 吴松林

  功能材料. 2025, 56(8): 8013-8020. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.003

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  沸石(CA)具有较大的比表面积、孔隙度和吸附性能,利用沸石作为吸附石蜡(PA)载体,可以有效的降低石蜡的泄露问题。研究采用石蜡为相变材料、沸石为吸附载体、膨胀石墨(EG)为增强导热材料,采用真空吸附法制备复合相变材料,通过单因素实验确定试验的影响因素与水平,即吸附温度、真空度、石蜡质量分数。利用响应面法得到各个影响因素的大小,从大到小依次为真空度、石蜡质量分数、吸附温度,并对试验进行优化。通过DSC、FTIR测试了复合材料的结构以及热性能。DSC结果显示复合材料的相变温度和相变潜热为32.04 ℃和63.87 J/g可调节室内温度,作为建筑储能材料使用。FTIR测试结果表明各材料之间并未发生化学反应,经200次冷热循环后复合材料仍具有良好的热稳定性和化学稳定性。
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  用于固态电解质的共聚改性聚(丁二酸乙二醇酯)的性能研究

  王思杨, 戴鑫柯, 张馨文, 吴天宇, 叶海木

  功能材料. 2025, 56(8): 8021-8027. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.004

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  聚酯具有较为出色的锂离子传输能力和较宽的电化学稳定性窗口,被认为是一种具有潜力的固态聚合物电解质(SPE)基体材料。设计了一种具有优异电化学稳定性的生物可降解聚(丁二酸乙二醇酯)(PES)型SPE,通过共聚草酸二甲酯单体,使得聚酯结晶度下降和分子链极性增加。所制备的聚酯SPE(PESOx5 SPE)具有5.1 V(vs. Li⁺/Li)的宽电化学窗口,2.94×10^-4 S/cm的离子电导率(90 ℃)和0.83的锂离子转移数。同时,该电解质与锂阳极具有良好的界面稳定性,在高温下具有超过350 h的稳定锂沉积/剥离行为。所组装的Li||LiFePO₄固态电池在90 ℃ 和0.1 C下的首次放电容量为132.8 mA·h/g,经过100次循环后容量保持率高于70%。
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  CoFeMnSi单层膜的电磁微波性能

  曹梦琪, 游才印, 田娜

  功能材料. 2025, 56(8): 8028-8032. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.005

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  以磁控溅射制备的CoFeMnSi (CFMS)薄膜为研究对象,系统研究了退火温度(300 ℃≤T_A≤425 ℃)对CFMS薄膜磁性能与微观结构的影响。结果表明,400 ℃退火30 min可显著优化CFMS薄膜的性能:饱和磁化强度从636.11提升至906.05 emu/cm³,矫顽力从7 283.40降低至6 513.67 A/m,阻尼因子从0.0339急剧降低至0.0069。其主要原因是退火处理适当提升了薄膜中CFMS的结晶状态及表面粗糙度,性能优化后的CFMS薄膜在高速率、低功耗和大容量的电磁微波器方面具有潜在的应用价值。
综述·进展
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  噻吩基导电聚合物在能源储存与光电转化中研究进展

  李玖娟, 谢开彬, 王守绪, 洪延, 周国云, 王翀, 文泽生, 许永强, 蒲泽

  功能材料. 2025, 56(8): 8033-8044. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.006

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  系统性总结了噻吩基导电聚合物在电化学领域的最新研究进展,重点探讨其合成方法、电化学特性及能源领域应用。噻吩基导电聚合物因其优异的电化学特性、环境稳定性和多功能性,已广泛应用于能量存储、光电器件和生物传感等领域。首先对化学聚合法和电化学聚合法的优势与不足进行了详细分析,特别关注最新聚合机理齐聚法的研究进展及其在提高材料性能中的作用。接着,深入探讨噻吩基导电聚合物的导电性和载流子迁移率,并分析其在储能器件、太阳能电池、燃料电池和锂离子电池等具体应用中的性能表现。最后,通过对结构调控与噻吩基导电聚合物材料功能化、纳米结构设计的分析,展望了其在实现高效储能与能量转化方面的潜力。
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  微结构化表面梯度材料的制备方法及应用

  邢诗意, 林萍, 王文杰, 孙巍

  功能材料. 2025, 56(8): 8045-8052. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.007

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  微结构化表面梯度材料的特点在于其表面微观尺寸物理结构沿着特定的方向呈现连续或近乎连续的变化。由于微结构梯度材料的制备步骤可被灵活设计,可以调控所构建结构梯度的结构类型、尺寸跨度和结构参数的变化幅度,由此适配不同的应用场景,在液滴操控、高通量筛选、细胞行为学等领域展现出显著的应用潜力。对微结构化表面梯度材料常见的制备方法进行了总结,然后阐述了微结构化表面梯度材料在液滴操控和生物医学领域的应用研究进展,最后在此基础上总结了微结构化表面梯度材料现阶段面临的挑战,并对其发展方向进行了展望。
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  自组装多肽类纳米材料在生物医疗领域的应用

  蒋志慧, 高敏, 高鹏

  功能材料. 2025, 56(8): 8053-8061. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.008

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  近年来,自组装多肽类纳米材料得到越来越多研究者的广泛关注。这类材料为许多应用提供了有趣的功能平台,例如:肿瘤治疗、组织工程、仿生催化。采用自组装多肽设计有机纳米材料的主要优点包括化学多样性、生物相容性、酶稳定性等。综述了多肽类纳米材料的研究进展,重点介绍了它们的形成机制和在生物医疗领域的应用。
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  生物质炭在锌空气电池中的应用进展

  路妍, 商守龙, 瞿宇帆, 鲁南

  功能材料. 2025, 56(8): 8062-8069. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.009

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  重点探讨了生物质炭的制备方法,特别是炭化和活化工艺对材料孔隙结构、比表面积和活性位点的影响,进而影响其催化活性。此外,还分析了生物质炭与金属、非金属材料复合的策略。研究表明,复合材料可以有效协同不同组分的优势,从而提升整体性能。虽然生物质炭基催化剂在锌空气电池中展现出应用潜力,但仍面临一些挑战。未来的研究应集中于优化生物质炭的制备工艺,调控其孔结构和表面化学性质,并深入研究其催化机制,以及开发新型高效的复合材料,以期最终实现生物质炭基锌空气电池的商业化应用。
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  g-C₃N₄基S型异质结光催化剂的制备方法和应用

  刘志平, 于源, 张德文, 吴荣谦, 吕毅, 刘晓菲

  功能材料. 2025, 56(8): 8070-8079. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.010

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  半导体光催化是一种利用太阳能激发催化剂产生具有氧化还原能力的光生载流子的技术,已在多个领域得到广泛应用。石墨型氮化碳(g-C₃N₄)作为一种无污染的半导体在光催化领域受到研究关注,然而光生载流子复合率高和可见光利用率低限制其光催化性能。构建g-C₃N₄基S型异质结是解决本体载流子易复合的有效方法,促进载流子在空间上的有效分离,抑制载流子复合,进而提高光催化性能。首先介绍S型异质结的机理,继而重点介绍g-C₃N₄基S型异质结制备方法的特点和其在不同领域的应用,最后,提出g-C₃N₄基S型异质结在光催化领域的发展前景和面临的挑战。
研究·开发
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  本征型黑色聚酰亚胺的制备及其结构对性能的影响

  郭昊, 袁慧波, 杜啟源, 戈华, 张晋源, 谭婉怡, 闵永刚

  功能材料. 2025, 56(8): 8080-8086. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.011

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  黑色聚酰亚胺(BPI)具有良好的遮光性、抗静电性、导电性、导热性等性能,广泛应用于光学、电子、航空航天等领域。然而,目前传统的BPI制作方法是添加黑色无机或有机填料,如炭黑、石墨、金属氧化物等。黑色填料的加入会一定程度影响BPI的性能,如添加无机填料会影响到BPI的机械性能,添加有机填料会影响到BPI的热性能等。因此,通过引入刚性结构单体和具有给电子特性的单体,采用共聚的方式合成本征型黑色聚酰亚胺。引入大π共轭平面结构的单体确实可以增强聚酰亚胺的平面性、共轭性以及π-π相互作用,有效加深聚酰亚胺薄膜的颜色。然而,增强给电子特性虽然使得分子链间堆砌更为紧密,但是却使得薄膜光谱蓝移、透光率升高,这可能与堆砌方式有关。增加π共轭平面,增强分子间电荷转移络合物(CTC)效应,有利于获得BPI。
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  双层复合Si-PEDOT-Co₃O₄光阳极的制备及其光电催化解水性能研究

  杨晓宇, 何漩, 赵雷, 陈辉, 方伟, 杜星, 李薇馨, 王大珩

  功能材料. 2025, 56(8): 8087-8095. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.012

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  Si基光电极在中性溶液中进行分解水时存在电荷易复合及反应动力学缓慢的问题。基于此,通过简易的两步电沉积法在n-Si表面构筑具有高导电性的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)(PEDOT)层及高催化活性的四氧化三钴(Co₃O₄)纳米片垂直阵列层的双层复合Si-PEDOT-Co₃O₄光阳极。光电阳极中PEDOT与Si的匹配的能带结构在界面形成内建电场,促进光生空穴的有效提取;另一方面利用PEDOT的高导电性将光生空穴快速迁移至表面的Co₃O₄纳米片垂直阵列层,通过Co₃O₄中大量暴露的反应活性位点,促进表面水氧化反应进行,使其在中性溶液中光电催化析氧速率提升至 23.4 μmol·cm^-2·h^-1,约为原始n-Si电极的3倍,这为高效Si基光阳极的简易制备及规模化应用提供了研究基础。
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  聚酰亚胺基复合薄膜的介电性能及正电子湮没研究

  李卫彬, 张杨, 王晓雪, 李涛

  功能材料. 2025, 56(8): 8096-8101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.013

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  通过在含氟聚酰胺酸(PAA)中加入少量笼状苯基-倍半硅氧烷(POSS)制备了超低介电常数的聚酰亚胺基微孔复合膜。利用正电子湮没技术探测了复合膜的自由体积特征,并研究了POSS掺杂对复合膜自由体积特征的变化及对材料介电性能的影响。在FPI中加入笼型POSS可以有效地提高复合膜的自由体积尺寸和相对体积分数,达到优化其低介电性能的目的,但降低了材料的电击穿强度。掺杂3%(质量分数)POSS的复合膜在10⁴ Hz呈现超低的介电常数(k=1.77)。当掺杂量达到5%(质量分数)时,POSS粒子在复合膜中发生团聚,导致复合膜的介电常数出现反弹现象。实验结果可为今后聚酰亚胺基膜的低介电性能的研究提供有价值的信息。
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  超疏水羟基磷灰石复合涂层的制备及耐蚀性能研究

  杨志儒, 周海, 侯文涛, 杨子, 金超, 何浩

  功能材料. 2025, 56(8): 8102-8111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.014

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  由于镁具有较高的反应性,镁及其合金在潮湿环境中极易腐蚀。为提高镁合金的耐腐蚀性能,采用简单且经济的水热合成和喷涂方法,在AZ31镁合金上制备了一种具有超疏水性能的HA/PDMS@SiO₂复合涂层,接触角为157.6°。该超疏水涂层表现出优异的疏水性和自清洁性能,能够有效抵抗各种污染物的侵袭。此外,涂层稳定性良好,即使经过磨损和耐久性测试后仍能保持高度的疏水性。电化学测试结果表明,超疏水样品在3.5% NaCl溶液中表现出优异的耐腐蚀性能。与镁基体相比,超疏水涂层的腐蚀电流密度(i_corr)降低了两个数量级,而低频阻抗提高了4个数量级,腐蚀抑制效率达到了99.53%。因此,所制备的超疏水涂层在保护镁合金免受各种环境腐蚀方面具有显著优势。
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  MOF-808改性SPEEK基质子交换膜制备及性能研究

  朱颖, 周倩, 牟雨婷, 王贵雯, 张晓灿

  功能材料. 2025, 56(8): 8112-8121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.015

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  通过将2-磺酸基对苯二甲酸单钠和L-组氨酸接枝到MOF-808的金属节点上合成了MOF-808-SBDC和MOF-808-His两种材料,随后将其作为填料分别掺入到SPEEK基质中,制备了一系列复合膜S/808-SBDC-X和S/808-His-X(X表示SPEEK基质中填料的含量)。采用扫描电子显微镜(SEM)和热重分析仪(TGA)对复合膜进行了表征,并测试了复合膜的氧化稳定性和机械稳定性等性能。结果显示MOF-808-SBDC和MOF-808-His在SPEEK基质中分散均匀,填料的引入可以有效地改善复合膜的氧化稳定性和机械稳定性,并使其具有良好的热稳定性。通过对质子电导率的研究发现,在70 ℃、100%RH下,复合膜S/808-SBDC-1.5表现出最佳的质子电导率(166.14 mS/cm),与原始SPEEK相比提高了64%。
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  复合糖醇/水凝胶定形时空相变材料的制备及可控放热研究

  涂龙龙, 谭烨, 陈羽阳, 左雪, 喻林萍, 李传常, 曾巨澜

  功能材料. 2025, 56(8): 8122-8128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.016

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  基于过冷态相变材料(PCMs)储热的定形时空相变材料(FSPCMs)可实现潜热的长期室温储存及可控凝固放热,解决传统PCMs需高温保存引起的热损失、过冷态PCMs放热不可控和液态PCMs的泄漏等问题。综合利用赤藓糖醇(ET)的易触发结晶性能和木糖醇(XY)的过冷稳定性,将二者复配得到具有良好长期室温潜热储热性能的复合相变材料ET-76XY。进而将其封装于水凝胶骨架内得到兼具良好长期室温潜热储存性能和可控凝固放热性能的FSPCMs。研究表明,ET赋予了ET-76XY良好的触发结晶性能,XY则赋予了ET-76XY良好的长期室温潜热储热稳定性,水凝胶骨架对糖醇分子运动自由度的抑制作用使糖醇分子稳定地处于过冷态,进一步增强了FSPCMs的长期室温潜热储热稳定性。所制得的FSPCM80的熔融相变储热容量达143.5 J/g,可在室温下长期存储;且可通过简单的机械刺激使水凝胶骨架发生变形并带动糖醇分子重新定向排列结晶,从而释放出储存的潜热。在实验条件下,FSPCM80放热量可达84.7 J/g,且放热持续时间长,升温幅度适中。此外,FSPCM80还具有良好的光热转换与存储性能,使其可应用于户外保暖及热管理等领域。
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  哌嗪基自催化低温固化聚酰亚胺的制备及性能研究

  张晋源, 袁慧波, 郭昊, 谭婉怡, 闵永刚

  功能材料. 2025, 56(8): 8129-8137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.017

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  先进电子技术领域要求聚酰亚胺(PI)在低温固化条件下具有优异的耐热性和尺寸稳定性,以满足不同材料之间热膨胀系数匹配。合成了一种含六元哌嗪环和柔性醚键的二胺4-(4-(4-(4-aminophenoxy)phenyl)piperazin-1-yl)aniline(PP-bis-NH₂),将其与2,2′-双(三氟甲基)联苯胺(TFMB)和3,3′4,4′-联苯四羧酸二酐(BPDA)共聚,并分别在350和250 ℃下热亚胺化,研究了其对PI亚胺化程度和综合性能的影响。另外,研究发现由于大分子链段运动的温度依赖性,在低温固化条件下更容易获得高尺寸稳定性的PI。验证了PP-bis-NH₂二胺促进低温亚胺化的有效性,为推动低温固化聚酰亚胺应用于微电子领域提供了新的途径。
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  聚多巴胺介导磺化壳聚糖修饰细菌纤维素血管补片的血液相容性和细胞相容性研究

  付玲, 李萌, 张艺川, 王捷, 杨志伟

  功能材料. 2025, 56(8): 8138-8145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.018

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  以高度仿生天然细胞外基质纤维网络结构的细菌纤维素(BC)构建血管移植物呈现出广阔的应用前景。良好血液相容性和细胞相容性对于血管移植物的应用至关重要,而生物活性分子修饰被认为是提高血管移植物血液相容性和细胞相容性的重要策略之一。在研究中,以多巴胺自聚合形成的强黏附性和高反应活性的聚多巴胺(PDA)为介导层,将具有良好的血液相容性和细胞相容性的磺化壳聚糖(SCS)通过PDA和SCS之间的迈克尔加成反应和席夫碱反应成功修饰到BC血管补片的纳米纤维,获得了PDA-SCS/BC血管补片。研究结果表明,PDA-SCS/BC血管补片保留了BC血管补片固有的三维纳米纤维网络结构,而相比于BC血管补片,却能够显著降低血小板黏附、提高抗凝血活性,并且促进人脐静脉内皮细胞的增殖、黏附和铺展。PDA介导的SCS修饰为改善BC血管移植物的血液相容性和细胞相容性提供了一种简便而有效的手段。
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  联苯型动态聚氨酯电子胶的制备及性能研究

  孙菲, 何家欢, 尚保亚, 陈明清, 施冬健

  功能材料. 2025, 56(8): 8146-8151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.019

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  以生物来源的糠醇(FA)和N,N′-(4,4′-二苯基甲烷)双马来酰亚胺(BMI)作为原料,通过一步Diels-Alder(DA)反应,成功合成了带有动态可逆DA键的二元醇扩链剂DABF。将DABF先与聚己内酯二醇(PCL)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)反应,得到初始预聚物溶液;接着与4,4′-对羟基联苯(DHB)扩链后,再与三乙醇胺(TEA)进行交联反应,制备得到一种热固性联苯型动态聚氨酯 (LCDRPU)。通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射等测试方法对LCDRPU的结构进行表征,通过万能试验机、热重分析仪等对其热力学性能、粘附性、导热性进行测试。结果表明,通过改变可逆单元和联苯单元比例,可对LCDRPU的各项性能进行调控。当DABF和DHB的摩尔比为1∶1时,LCDRPU-1/1的各项性能最优,韧性为153.39 MJ/m³,搭接剪切强度达到2.82 MPa,并可以实现二次粘结;且热导率为0.2704 W/mK,相比不含有联苯结构的LCDRPU-1/0提升了90%。
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  不同Ca/Si比对M型锶铁氧体结构及磁性能的影响

  张云川, 王琴, 马毅龙, 罗现福, 罗琳, 孙建春, 张昌建

  功能材料. 2025, 56(8): 8152-8158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.020

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  采用固相反应法并结合高能球磨工艺制备M型锶铁氧体,详细研究了添加剂CaCO₃/SiO₂比例对磁体结构、形貌和性能的影响。结果表明,利用直径为4 mm钢球进行球磨,可获得大小均匀且分布集中的粉末颗粒;固定CaCO₃和SiO₂添加总量为1%(质量分数),随着CaCO₃/SiO₂比值增大为2时,磁体具有较高的磁能积,其综合磁性能达最佳:B_r=415.2 mT,H_cj=339.6 kA/m,(BH)_max=32.7 kJ/m³;磁体晶粒尺寸不断增加,且比值较大时出现了Ca和Si元素的富集。实验结果表明选择合适的钢球直径以及添加剂CaCO₃/SiO₂比例可以促进锶铁氧体磁体的致密化,进而改善其磁性能。
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  基于第一性原理研究空位缺陷对单层二硫化钨光学性质的影响

  尹开慧, 朱洪强, 吴泽邦, 罗磊, 谭毅, 辜永红, 岳远霞, 杨英, 冯庆, 贾伟尧

  功能材料. 2025, 56(8): 8159-8163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.021

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  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,研究了空位缺陷对单层二硫化钨光学性质的影响,计算了单层二硫化钨含单个硫原子缺陷(Vs)、两个硫原子缺陷(Vs₂)和单个钨原子缺陷(Vw)的功函数、电荷密度、能带结构、电子态密度和光学性质。计算结果表明,引入3种缺陷的单层二硫化钨功函数、带隙值均降低。材料表面电荷在空位缺陷处发生不同程度的聚集,且材料表面对电子的束缚能力减弱,带隙类型均由直接带隙转变为间接带隙。在可见光范围内,3种缺陷的引入均能不同程度地提高单层二硫化钨的光学性能,其中Vs₂的效果最佳。Vs₂的介电函数虚部、吸收系数和反射率峰值较本征单层二硫化钨的峰值分别提高了1.82、1.47和1.48倍。研究通过引入缺陷提高了单层二硫化钨在可见光范围内的光学性能,为该材料在光学传感领域的运用提供了理论支持。
工艺·技术
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  氮掺杂碳负载空心立方铁催化剂制备及其氧还原反应性能

  黄媚佳, 伍海艺, 胡茂从, 姚振华

  功能材料. 2025, 56(8): 8164-8170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.022

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  作为质子交换膜燃料电池(PEMFCs)氧还原反应(ORR)中非常有前途的催化剂,Fe/N-C催化剂因其具有良好ORR催化活性和成本低等优势而受研究者们的广泛研究。以生物质材料明胶为前驱体合成Fe/N-C催化剂。采用原位掺杂法将明胶与九水硝酸铁混合加热,冷冻干燥去除水分,在3个不同温度下热解得到催化剂。TEM表明高温热解的催化剂呈现典型的空心立体结构。其中900 ℃下热解的催化剂,实现了-3.87 mA/cm^-2的电流密度,并为4电子反应路径,比其他两个温度热解的催化剂有着更显著的稳定性和更优异的ORR活性,且其具有更好的耐甲醇和稳定性。研究为制备Fe/N-C催化剂提供了新思路。
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  AlN-石墨管复合材料的原位合成及其作为导热填料的应用

  邓宇强, 邹慧娟, 张维斌, 吴启煌, 刘杰聪, 程艳玲, 左飞, 聂光临, 林华泰

  功能材料. 2025, 56(8): 8171-8178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.023

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  聚合物基导热材料受限于低的热导率,复合填料多维结构能够在聚合物中形成有效的导热通道。有效利用含氮有机物合成氮化铝(AlN)过程中的残余碳,在催化剂的作用下,采用一步合成工艺原位获得了AlN-石墨管复合材料多维结构,并将该材料作为导热填料应用于石蜡基复合材料中。结果表明,随着煅烧温度的升高,复合材料的结晶性和碳的石墨化程度明显增加。煅烧温度大于1 000 ℃后,原位获得了结晶性良好的AlN和有序的石墨管复合结构,该结构BET比表面积达到161.17 cm²/g,孔隙主要为介孔结构。随着填料含量的增加,AlN-石墨管/石蜡复合材料的热导率线性增加,丰富的孔隙起到明显的抑制泄露的作用。当填充量达到60%时,热导率为0.745 W·m^-1·K^-1,相对于纯石蜡增长了2倍,同时具有良好的形状稳定性。所制备的AlN-石墨管多维复合材料仅能够有效促进复合材料的热量传输,还能维持良好的形状稳定性,在电子材料的热管理方面具有潜在的应用前景。
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  SiO₂/PTFE平板复合膜的制备及膜蒸馏性能研究

  王平, 陈子维, 何嘉诚, 陈颖

  功能材料. 2025, 56(8): 8179-8185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.024

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  通过在聚四氟乙烯(PTFE)平板微孔膜表面沉积SiO₂纳米颗粒,构筑SiO₂/PTFE平板复合膜。考察了纳米颗粒胶体悬浮液浓度、颗粒粒径对平板膜表面沉积结构的影响,并研究其膜蒸馏性能。结果表明,SiO₂纳米颗粒在跨膜水蒸气压差作用下,能够嵌入并附着在平板膜表面。在膜两侧水蒸气分压差为17 kPa时,与原膜相比,直接接触式膜蒸馏(DCMD)性能最高可提升31.58%;并通过长达10 h的水通量实验表明,改性膜具备优异的稳定性;并利用浓度为3.5%的NaCl溶液作为模拟海水充当膜蒸馏进料液,发现沉积改性后的SiO₂/PTFE平板复合膜,在海水淡化过程中能够维持其高水通量的特性。
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  聚丙烯腈纤维-SiO₂气凝胶复合材料的制备及性能研究

  靳艳萍, 乔宏霞, 马永炯

  功能材料. 2025, 56(8): 8186-8192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.025

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  以原位聚合法结合超临界干燥法制备了聚丙烯腈纤维-SiO₂气凝胶复合材料,研究了聚丙烯腈(PAN)纤维掺杂量对SiO₂气凝胶复合材料微观形貌、物相结构、光谱性能和保温性能的影响。结果表明,气凝胶复合材料为无定型结构,具有海绵状多孔网络,聚丙烯腈纤维被SiO₂气凝胶紧密包裹。在800 ℃进行高温裂解测试时,复合材料中Si-O-Si特征峰依旧存在,气凝胶骨架结构保持较好,具有优异的耐高温裂解性能。随着纤维掺杂量的增多,复合材料的比表面积、孔容、抗压强度和最大变形量均先增大后减小,孔径和导热系数先降低后增大。PAN-5%试样的比表面积、孔容、抗压强度和最大变形量均达到了最大值,分别为30.85 m²/g,0.1132 cm³/g,1.051 MPa和5.05 mm;孔径和导热系数达到最低值,分别为14.05 nm和0.0196 W/(m·K)。可见,PAN-5%试样具有优异的力学性能和保温性能。
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  体育器材用石墨烯铝基复合材料的制备及耐久性能研究

  徐纪珂, 李想

  功能材料. 2025, 56(8): 8193-8198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.026

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  以不同质量分数(0.0%,0.3%,0.6%和0.9%)的石墨烯为增强相,采用真空热压工艺制备出石墨烯铝基复合材料,深入研究了Al-20Si-0.3Mg、Al-20Si-0.3Mg-0.3GNPs、Al-20Si-0.3Mg-0.6GNPs和Al-20Si-0.3Mg-0.9GNPs试样的物相结构、微观形貌、力学性能和耐磨性能。结果表明,石墨烯的掺杂并未在铝基复合材料中生成新的产物,晶体结构未发生变化,适量石墨烯的掺杂细化了初晶硅的尺寸,使针状的共晶硅数量减少,整体分布更均匀。适量石墨烯的掺杂显著改善了复合材料的力学性能和耐磨性能,随着石墨烯掺杂量的增加,复合材料的维氏硬度、拉伸强度、断裂延伸率和弹性模量均先增大后降低,摩擦系数先降低后增大。当石墨烯的掺杂量为0.6%(质量分数)时,Al-20Si-0.3Mg-0.6GNPs试样的维氏硬度、拉伸强度、断裂延伸率和弹性模量达到最大值,摩擦系数达到最小值,分别为126.4 HV、262.4 MPa、6.25%、135.8 GPa和0.09,具有优异的力学性能和耐磨性能。综合分析可知,石墨烯的最佳掺杂量为0.6%(质量分数)。
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  温拌高黏沥青胶浆流变性能研究

  马峰, 马行远, 李川, 董文豪, 傅珍, 杨宇锋, 侯英杰, 黄锐哲

  功能材料. 2025, 56(8): 8199-8204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.027

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  为探究表面活性剂类温拌剂对高黏沥青胶浆流变性能的影响,选用表面活性剂类温拌剂LKW,制备温拌高黏沥青胶浆,采用温度扫描试验、频率扫描试验、多重应力蠕变恢复试验(MSCR)以及低温剪切松弛试验评价其流变性能。结果表明,随着LKW掺量增加,温拌高黏沥青胶浆车辙因子先增后降,0.3%掺量时已低于原样水平,表明过量LKW会对其高温性能产生不利影响。MSCR试验进一步表明,导致高黏沥青胶浆高温性能下降主要原因是LKW降低了胶浆高温环境下抗变形及变形恢复能力。LKW使高黏沥青胶浆残余应力百分比下降,改善高黏沥青胶浆低温松弛性能,从而提高其低温抗裂性。
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  挤压法制备石墨烯-铜复合材料及其理化性能和电性能研究

  余贤旺, 江雄英, 黄光临, 陈华强, 王吉应, 许周峰, 陶应啟, 袁阳, 潘君益

  功能材料. 2025, 56(8): 8205-8211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.028

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  研究以化学气相沉积法制备的石墨烯包覆铜粉为原料,采用冷等静压-烧结-挤压工艺,制备出石墨烯-铜基复合材料。结果表明,挤压后微观组织呈纤维状定向排列,晶粒沿轴向被拉长,径向晶粒尺寸减小。材料各项性能相较挤压前大幅度提升,其中密度和电导率分别达8.90 g/cm³和58 MS/m,与纯铜相当;硬度和抗拉强度分别为提升至82.7 HB和372 MPa;断裂方式由颗粒界面断裂转为界面和韧窝混合型断裂;摩擦系数由纯铜的0.45降低至0.43,磨损量仅为纯铜的72%。采用石墨烯-铜复合材料制备的触头在400 V,200 A的满容量开断条件下,电寿命超过24 780次,较纯铜触头提升近一倍,这归因于石墨烯的添加会抑制触头在电弧作用下的喷溅。研究表明石墨烯-铜基复合材料可以显著提升高压直流接触器性能,为其工程化应用提供关键依据。
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  水性环氧树脂改性水泥浆液流变性及力学性能研究

  张嘉凡, 余泽洋, 覃祥瑞, 张慧梅

  功能材料. 2025, 56(8): 8212-8218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.029

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  为改善传统水泥基注浆材料强度低、稳定性差、能耗高等缺点,制备了水性环氧树脂(WER)改性水泥基注浆浆液。通过室内试验,探讨了水灰比和WER掺量对水泥浆液流变性能和物理力学性能的影响规律,以确定WER最佳掺量。研究结果表明:WER对浆液泌水率的降低作用在高水灰比和高掺量下更为显著。改性浆液流动度随WER掺量的增加先增大后减小,最高可达352 mm。其流变曲线符合修正的Bingham模型。浆液结石体单轴抗压强度呈先增大后减小的趋势,当水灰比为0.6、0.8和1.0,WER掺量为5%时,单轴抗压强度最大,分别为23.9 MPa、18.9 MPa和15.1 MPa,比对照组增长了79.6%、104.6%和148.1%。WER有利于提升水泥基材料的刚度和韧性。WER掺量在5%以内,该注浆材料表现出优异的流变性能和物理力学性能,具有广阔的应用前景。
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  过硫磷石膏固废混凝土的力学性能和碳化性能研究

  高丹丹, 孟睿君, 秦春丽, 刘学瑞, 张鸿

  功能材料. 2025, 56(8): 8219-8227. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.030

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  以过硫磷石膏(PPG)、矿渣、粉煤灰和水泥熟料作为胶凝材料,通过调整过硫磷石膏的占比,制备出一系列过硫磷石膏固废混凝土,系统研究了过硫磷石膏掺杂量对固废混凝土力学性能、物相结构、水化反应速率以及抗碳化性能的影响。结果表明,过硫磷石膏固废混凝土的磷元素溶出量符合水体污染国家排放标准,随着过硫磷石膏占比的增加,混凝土在前期的水化过程更加温和,减少了因水化反应过快而导致的自收缩,加速了二次水化的进行,累积放热量增加。PPG-46%试样在168 h时的自收缩率达到了最小值1 856 μm/m,在7 d时相对湿度达到最大值87.8%。随着过硫磷石膏掺杂比例的增加,在养护龄期28 d时,混凝土的抗压强度和抗折强度先增大后轻微降低,PPG-46%试样的抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为66.62和6.08 MPa。当碳化35 d时,PPG-46%试样碳化面积超过了50%,碳化深度最低为9.8 mm,抗碳化性能最佳。
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  应用于太阳能PV/T系统的癸酸-二十二烷复合相变流体的制备与性能研究

  陈红兵, 李青浩, 王聪聪, 于凤娇, 高雪宁, 胡慧珍, 张一冰

  功能材料. 2025, 56(8): 8228-8236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.08.031

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  针对太阳能PV/T系统中相变流体存在的相变区间窄、导热系数低等问题,使用癸酸(CA)和二十二烷(DE)制备了一系列二元复合相变流体,并对其热物性、稳定性、流动性及微观形态进行了分析,以探究最佳制备方案。研究结果表明,CA与DE的最佳质量比为5∶5,流体相变温度区间为21.2~42.7 ℃,潜热为34.75 J/g。此外,采用Tween 80与Span 80/乙二醇作为复合乳化剂及助乳化剂,其HLB值为12,添加质量分数为8%的复合乳化剂能够有效解决二元复合相变流体的不稳定性。当癸酸-二十二烷(CA-DE)的质量分数为20%时,复合相变流体的稳定性、流动性和热物性综合表现达到最优。研究为推动相变流体在太阳能PV/T系统中的应用提供了理论基础,并为研发具有宽相变区间和高导热系数的复合相变流体提供了实验依据。