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功能材料. 2025, 56(5): 0-0.

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高导热聚酰亚胺基石墨膜的制备及其性能研究

刘琪瑞, 但沁松, 王坤峰, 崔若伟, 李静, 杨光智

功能材料. 2025, 56(5): 5001-5007. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.001

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随着电子元器件的高密度集成化、轻量化,聚酰亚胺基石墨膜凭借其优异的导热性能得到广泛的关注。研究使用4,4,-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐作为单体进行共聚,磷酸钙为化学亚胺化试剂,研究了化学亚胺化试剂添加量对聚酰亚胺(PI)薄膜性能的影响,再进一步炭化、石墨化处理得到高导热PI基石墨膜,通过对石墨膜的微观形貌、晶型以及性能进行分析。结果显示,采用化学亚胺化法制备的PI薄膜经过石墨化处理后,所得石墨膜的微观形貌更加平整且致密有序、石墨化程度更高以及具有较大的晶粒尺寸和较小的晶格缺陷。当磷酸钙添加量为0.1%时,PI薄膜的拉伸强度达98.42 MPa,石墨膜的热导率达1 623.9 W·m^-1·K^-1。在模拟散热测试过程中,仅需60 s即可将石墨膜表面温度从60 ℃快速降温24 ℃,在现代集成化先进电子元器件和高端电子产品等热管理领域都具有很好的应用潜力。

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PTFE浓度对气体扩散层用碳纸性能的影响

徐怡珺, 卢雪峰, 刘城, 冯勇, 田合鑫

功能材料. 2025, 56(5): 5008-5015. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.002

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质子交换膜燃料电池(PEMFC)在运行过程中产生的液态水无法及时排出会导致孔隙堵塞进而影响电池运行效率的问题,因此排水性能对气体扩散层(GDL)用碳纸至关重要。以聚四氟乙烯(PTFE)为疏水剂,采用5种不同质量浓度(5%、10%、15%、20%、25%)(质量分数)的PTFE乳液对气体扩散层用碳纸进行疏水处理。通过SEM、孔隙率、垂直平面(TP)透气率、接触角、机械性能、TP电阻率,系统表征了碳纸的结构与性能,并通过组装成膜电极测试了气体扩散层的单电池性能。结果显示,当PTFE浓度从5%(质量分数)增加到25%(质量分数)时,碳纸的TP渗透率大幅下降,从197.62 mL·mm/(cm²·h·Pa)降至102.07 mL·mm/(cm²·h·Pa),与未处理的碳纸相比经25%(质量分数)PTFE处理的碳纸透气性能降低了53.4%。随着PTFE浓度增加,碳纸的接触角从125°提升至152°,其疏水性能显著提升。PTFE浓度对碳纸力学性能的影响不明显,随着PTFE浓度的提高,碳纸拉伸性能有轻微下降,弯曲性能轻微提升。在相同压力(1MPa)下,碳纸的TP电阻率随着PTFE浓度的增加而变大,当PTFE浓度从5%(质量分数)增加到25%(质量分数)时,碳纸的TP电阻率从9.02 mΩ·cm²增加到 15.8 mΩ·cm²,增加了75.15%。组装的单电池性能测试结果表明PTFE浓度为10%性能最佳,此时碳纸的接触角为133°,TP透气率为181.80 mL·mm/( cm²·h·Pa),TP电阻率为10.07 mΩ·cm²。

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TA-MoS₂复合纳滤膜的制备及性能研究

陈俊, 丰桂珍, 张火梅, 方圳生, 胡小杰, 莫凯琳, 崔志成

功能材料. 2025, 56(5): 5016-5023. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.003

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为了改善纳滤膜的渗透分离性能,通过界面聚合(IP)反应将液相超声剥离法制备的TA-MoS₂纳米片引入聚乙烯亚胺(PEI)和均苯三甲酰氯(TMC)为水相和有机相单体形成的聚酰胺(PA)活性层中,制备带正电的TA-MoS₂复合纳滤膜,并研究膜表面形貌和结构、表面特性及渗透分离性能。结果表明,TA-MoS₂复合膜表面出现山峰状凸起结构,粗糙度增大,亲水性增强,抗污染性能提高。在0.4 MPa的操作压力下,纯水通量为91.5 L/m²·h·MPa,是PA膜的2.13倍,MgCl₂截留率高达92.78%,且在24 h连续运行过程中性能保持稳定。为制备渗透通量高的复合纳滤膜提供了思路。

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Fe/Ce-ZnO复合光催化剂制备、表征及应用

孙铖, 王远港, 班禹彤, 郭志杰, 赵显一

功能材料. 2025, 56(5): 5024-5034. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.004

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以乙酸锌作为锌源,硝酸铁作为铁前驱体,硝酸铈作为铈前驱体,通过水热合成法制备了不同铈掺杂量的Fe/Ce-ZnO复合光催化剂。将合成的样品在紫外光照射下用于降解RhB,研究不同铈掺杂量对复合材料光催化性能的影响。采用XRD、SEM、TEM、BET、XPS、ERS、PL、EIS和M-S等表征方法测试样品的相组成、微观形貌、元素价态、光学性质和电化学性质。以RhB为目标污染物,汞灯为光源,研究3种样品在不同煅烧温度下的光催化效果,并基于自由基捕获实验和ESR测试,提出Fe/Ce-ZnO光降解RhB过程的可能机理。在光催化反应结束后,对Fe_0.02Ce_0.1ZnO样品进行了循环使用寿命实验,经过4次循环回收实验得出结论,循环4次后降解率为95.5%,仅下降3.6%。

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水性导电银浆溶剂优化设计及其综合性能研究

李伟, 李冬辉, 王英慧, 曹国俊

功能材料. 2025, 56(5): 5035-5040. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.005

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导电银浆主要由银粉、溶剂、树脂和添加剂组成,按溶剂性质可分为水性和油性导电银浆,而前者因绿色环保的特点使其在柔性电子技术领域具有极高的应用潜力。使用控制变量法对比实验,发现溶剂配比及种类不仅能提高银浆的导电性同时影响其干燥速率和烧结温度,其中丙三醇能显著提高银浆导电性、乙醇会提高银浆自然干燥速率;最终确定导电银浆配比为n(银粉)∶n(树脂)∶n(溶剂)=125∶55∶53,水性溶剂的配比为n(乙醇)∶n(丙三醇)=161∶339,该银浆具有高导电性(ρ=2.25×10^-5 Ω·cm)、粘附性(5B)、优良的综合性及绿色环保等特性,同时可实现RFID的应用。

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Ti-Mn基AB₂型合金储氢性能影响规律研究

吴然, 赵鑫, 邓沅, 可丹丹, 刘晶晶, 胡锋, 皇甫益, 李瑞晗

功能材料. 2025, 56(5): 5041-5051. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.006

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Ti-Mn基AB2型Laves相合金在室温下具有可接受的储氢能力(~2%),良好的氢吸收/解吸动力学,良好的循环性能,易于活化和低成本等优势。研究表明,对于均匀单相,TiMn2具有最好的储氢性能。然而也存在循环稳定性弱、吸氢和脱氢平台坡度较大、吸氢解吸滞后严重等问题。从众多的研究与实际化的应用要求来看,元素替代仍然是改善合金储氢性能的主要方法。其中,V的添加可以使得氢原子间隙位置增多以及在不降低储氢容量的情况下有效降低平台压力。因此,以Ti-V-Mn基储氢合金的相结构为基础,阐述了C14Laves相和体心立方(BCC)相的变化规律以及两者之间的关联,系统总结了元素添加或替代、制备工艺以及热处理工艺等对Ti-V-Mn基合金储氢性能的影响规律。

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碱金属电池正极用高熵材料研究进展

刘镒民, 刘雪枫, 丁丽香, 张海军, 雷文

功能材料. 2025, 56(5): 5052-5060. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.007

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高熵材料因其多元组分间的协同效应展现出优异的力学性能、高温稳定性和化学稳定性,在高性能储能材料领域具有很大的应用前景。近年来,高熵材料在碱金属二次电池正极中的应用受到了广泛关注。高熵氧化物、高熵普鲁士蓝及高熵合金等做为锂离子、钠离子、钾离子及锂硫电池的正极材料时,不仅显示出优异的电化学活性,而且具备良好的循环稳定性。基于此,综述了近年来高熵正极材料在碱金属二次电池中应用的研究进展,分析了这些材料的性能特点,并对高熵材料在该领域的未来发展趋势和潜在应用前景进行了展望。

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高熵氧化物制备研究进展

赵宇昂, 张海军

功能材料. 2025, 56(5): 5061-5073. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.008

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近年来,由五种或五种以上金属元素以等摩尔或近等摩尔比构成,具有各组元高度分散且混乱无序结构特征的高熵氧化物受到了研究人员的广泛关注。高熵氧化物主要有岩盐型、尖晶石型、钙钛矿型和萤石型等几种类型,在储能、催化、吸波及隔热领域均有很好的应用前景。综述了近年来固相反应法、喷雾热解法、共沉淀法、水热合成法、溶胶-凝胶法、溶液燃烧合成法和激光脉冲法等制备高熵氧化物的最新研究进展,详细比较了这些方法的优缺点。在此基础上,归纳总结了目前高熵氧化物的各类改性方法;提出了目前高熵氧化物的合成过程中出现的问题,并对高熵氧化物的未来发展趋势进行了展望。

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植物纤维素基泡沫材料的研究进展

卢新宇, 阿丽旦·如扎洪, 孙科, 王玉璞, 谷硕, 苏琼, 王彦斌

功能材料. 2025, 56(5): 5074-5085. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.009

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在全球石化资源和能源紧缺的环境下,传统材料所开发的泡沫展现出了良好的性能和稳定性等,但是此类材料具有来自石化资源、污染严重以及不可再生等缺点,会造成资源浪费且加重对环境的负担。纤维素基泡沫材料具有绿色、可再生、无污染等环境友好性的特点,受到广泛关注。综述了近年来纤维基泡沫的研究进展,着重从纤维的预处理、发泡工艺、发泡配方和潜在应用对其进行了系统的综述,并对未来纤维素基泡沫材料的优化设计、大规模生产及推广应用进行了展望。

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剪切增稠材料的研究现状及其在人体防护领域的应用

代文文, 张朋旗, 张凯, 霍阿茜, 张欣悦, 吴燕

功能材料. 2025, 56(5): 5086-5094. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.010

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随着防护技术的持续发展以及人体防护意识的日益提高,先进的人体防护材料受到广泛关注。传统防护材料因存在穿着笨重、缓冲能力差等问题,已无法满足人们对防护的需求,研究开发新型轻质化、柔性化、智能化及具有优异防护性能和舒适穿戴性能的人体防护材料迫在眉睫。剪切增稠材料(STM)作为一种新型功能材料,因其独特的柔韧性和冲击响应性,在人体防护领域展现出广阔的应用前景和发展潜力。重点针对近年来STM的研究现状,总结并分析了STM的剪切增稠机理及影响因素,综述了其在人体防护领域的国内外研究进展,并对未来STM的研究和发展进行了初步展望。

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钨青铜-钙钛矿复合陶瓷的结构与储能性能研究

蔡婉莹, 汪青, 杨玲, 许积文

功能材料. 2025, 56(5): 5095-5102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.011

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电介质陶瓷对储能电容器来说非常重要,复合陶瓷是电介质改性的重要方法之一。提出了钨青铜结构的Ba₅LaTi₃Ta₇O₃₀ (BLTT)复合钙钛矿结构的(Bi_0.5Na_0.5)TiO₃ (BNT)陶瓷,并用Sm₂O₃对其进一步改性。研究发现,在BLTT和Sm₂O₃的作用下,BNT陶瓷在室温下实现了从铁电到弛豫铁电的相变。随着Sm₂O₃掺杂固溶于BNT-BLTT晶格中,引起晶格畸变,陶瓷的棒状晶粒生长受到促进,球形晶粒的生长受到抑制。介电温谱表明陶瓷为弛豫铁电体,其储能密度和储能效率均得到提高。在Sm₂O₃含量为1.2%(质量分数)和电场为160 kV/cm条件时,复合陶瓷获得了高可回收储能密度(1.6 J/cm³)和储能效率(74%)。在Sm₂O₃含量为1.2%(质量分数)和电场为150 kV/cm条件时,获得了高的实际放电能量密度(1.56 J/cm³)和功率密度(63.4 MW/cm³)。因此,由Sm₂O₃掺杂改性的钨青铜-钙钛矿复合陶瓷在储能电容器中具有一定的发展潜力。

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石膏改性固废基胶固粉的制备及性能研究

王磊, 王旭刚

功能材料. 2025, 56(5): 5103-5109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.012

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以电石渣和芒硝等为原料,采用石膏作为掺杂材料,制备了石膏改性固废基胶固粉。探究了石膏掺杂量对固废基胶固粉的晶格结构、微观形貌、力学性能和破坏形态的影响。结果表明,掺入适量的石膏后,有效延缓了胶固粉的凝结时间,降低了流动度;并显著促进了胶固粉中水化反应的进行,加速了水泥熟料的消耗,减少了胶固粉的孔隙数量,提高了密实度。随着石膏掺杂量的增多,胶固粉的化学结合水量、抗压强度和劈裂抗拉强度均先增大后降低。28 d龄期下,当石膏的掺杂量为5%(质量分数)时,胶固粉的化学结合水量、抗压强度和劈裂抗拉强度达到了最大值,分别为9.3%,3.06和2.82 MPa,且其最大应力和最大应变分别达到205.3 N和3.9 mm。该试样在破坏实验中的结构完整性最高,裂纹数量和表面脱落现象最少,力学性能最佳。综合可知,石膏的最佳掺杂量为5%(质量分数)。

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含畴NiTiNb合金的变温拉伸力学行为与机制

孙祎帆, 李彦, 张强, 高鹏飞, 于开元

功能材料. 2025, 56(5): 5110-5114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.013

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纳米畴是热弹性马氏体相变材料中的非周期性畸变区,深刻影响材料的相变行为,但其对力学行为的影响规律不清。采用真空感应熔炼、锻造、冷变形及退火制备出不同成分的含畴NiTiNb合金丝材,利用透射电镜(TEM)表征微观组织,采用变温电阻仪测试相变行为,利用万能拉伸试验机表征变温拉伸力学行为。结果表明,NiTiNb合金降温相变与力学行为均与合金成分密切相关。通过调控Ni含量与Ti+Nb含量(原子百分比)差值,可在较宽温域内获得纳米畴;当测试温度T<M^σ_s时,上述差值越大,合金屈服应力的温度依赖性(dσ/dT)越小,可在更宽的温域内展现出高强度;当测试温度T>M^σ_s时,更大的上述差值对应于合金的屈服强度与塑性同时提升。

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Mg-Ni体系共晶储氢材料的双团簇模型

窦月辉, 陈季香, 李仕龙, 许伯, 王天宇

功能材料. 2025, 56(5): 5115-5119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.014

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非晶储氢材料有着优异的吸放氢能力,其微观结构与对应的合晶相之间存在着密切的联系,但目前无法在原子尺度上具体描述该种联系。引入并拓展了团簇加连接原子模型,提出双团簇模型即:C₁{[主团簇]₁(连接原子)_1或3}+ C₂{[主团簇]₂(连接原子)_1或3},其中C₁、C₂满足杠杆定律,从团簇尺度上解释非晶材料与其对应合金相的结构遗传性。每个合金相可构建出多种团簇,需选取最能体现合金相结构的团簇作为主团簇。首先根据相对原子数密度准则选取密堆度最高的第一近邻配位多面体作为主团簇,然后根据杠杆定律计算深共晶成分两侧合金相的比例并构建双团簇式,最后选取成分最接近且价电子数符合八隅律定律的单团簇式组合作为储氢材料的双团簇式。利用该模型对Mg-Ni体系中储氢材料进行解析,解析值与实验结果吻合度高,研究揭示了深共晶成分与共晶相之间的相关性。

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Janus β-Te₂S单层缺陷的第一性原理研究

余航, 钱国林, 柳琼, 谢泉

功能材料. 2025, 56(5): 5120-5127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.015

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Janus β-Te₂S被预测为一种可运用在光电领域的新型二维材料。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统研究了单空位、双空位和Stone Wale(SW)缺陷对Janus β-Te₂S单层电子结构和光学性质的影响。研究表明,β-Te₂S中不同类型缺陷的形成能为0.45~1.12 eV,总体低于相似结构二维材料中对应的缺陷形成能,这表明实验条件下β-Te₂S更易产生缺陷结构。缺陷形成后,β-Te₂S发生不同程度的结构畸变,其能带结构中出现与缺陷类型相关的局域能级,局域能级的孤立性则进一步受缺陷浓度影响。其中,含有一种SW缺陷的β-Te₂S在不引入局域能级的情况下,由间接带隙半导体转变为直接带隙半导体。此外,缺陷结构还对β-Te₂S的光吸收性能产生了显著影响。缺陷不同程度上减小了β-Te₂S在紫外光波段的光吸收峰值,部分类型缺陷使其在极紫外光和可见光波段产生了新的吸收峰。研究为β-Te₂S的实验制备给予了理论支持,并为其利用缺陷工程设计光电子器件提供了参考。

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D314树脂的SEA改性及其对镓离子的吸附性能研究

刘馥瑶, 王雪莲, 石敏感, 冯晓琴, 安富强

功能材料. 2025, 56(5): 5128-5134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.016

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随着科技的发展,稀散金属镓在半导体、磁性材料、医疗器械等领域被广泛应用,但由于镓在自然界中含量很低,且无独立矿床可以直接提取镓,因此,寻求新的且有效的方法提取回收镓逐渐成为人们关注的焦点。针对上述问题,本工作利用2-氨基乙磺酸(SEA)中的磺酸基可与Ga(Ⅲ)之间形成配位作用,以D314大孔阴离子交换树脂为载体,采用自由基聚合法将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝到D314树脂上,得到D314-g-PGMA;其次,利用SEA能与PGMA发生开环反应将二者键合在一起,制得新型吸附材料SEAD314,通过红外对其结构进行表征,探究改性条件对吸附量的影响并考察了SEAD314对Ga(Ⅲ)的吸附性能。结果表明,SEAD314对Ga(Ⅲ)表现出优异的吸附性能,在SEA用量2 g,改性温度60 ℃,反应时间8h时改性条件最佳。在25 ℃,pH为2的条件下反应22 h达到吸附平衡,对Ga(Ⅲ)的平衡吸附量为288.81 mg/g,吸附过程符合Lagergren准一级模型,等温拟合曲线表明该材料吸附过程属于Langmuir单分子层吸附。除此以外,该吸附材料重复使用性良好。

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稀土镨、钆离子掺杂改性纳米TiO₂的制备及光催化研究

何雪薇, 周晟戎, 李光照, 贺攀, 况文, 任建, 田德斌, 韩锐

功能材料. 2025, 56(5): 5135-5142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.017

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采用Pr(NO₃)₃·6H₂O、Gd(NO₃)₃·6H₂O对纳米TiO₂进行稀土离子掺杂改性,制得Pr/TiO₂和Gd/TiO₂光催化剂,利用MB溶液模拟印染废水光催化降解实验,探讨了稀土掺杂改性纳米TiO₂对光催化活性的影响与最佳掺杂量。结果表明,掺杂Pr、Gd后,Pr/TiO₂和Gd/TiO₂的光吸收边带均出现红移现象,其能带宽度(E_g)均接近3.0 eV,比未改性TiO₂的E_g降低了约7%,有效提高了光催化活性。在光催化降解实验中,当Pr和Gd掺杂量分别为1.0%和1.5%时,印染废水的降解效果最佳。Pr/TiO₂和Gd/TiO₂光催化剂在紫外光环境中的平衡降解率分别是未改性纳米TiO₂的1.45倍和1.64倍,在可见光环境中的平衡降解率分别是未改性纳米TiO₂的1.67倍和1.73倍,证明经稀土Pr、Gd离子掺杂改性纳米TiO₂的光催化活性显著提高。

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钼掺杂纳米多孔高熵氧化物用于提升电解水析氢性能

顾先涛, 陈晓春, 高宇祥, 张洁, 赵骞, 秦少瑞, 李章溢, 高忠辉, 朱胜利

功能材料. 2025, 56(5): 5143-5151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.018

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析氢反应是电解水制氢过程中的核心步骤,但由于传统贵金属催化剂成本高昂且资源稀缺,其广泛应用受到了限制。为了解决这一问题,研究通过化学脱合金化合成了纳米多孔高熵氧化物,该催化剂具有较高的比表面积和丰富的活性位点。Mo掺杂的高熵金属氧化物催化剂能够有效促进过渡金属原子之间的协同作用,显著提高了电荷转移效率。密度泛函理论计算进一步揭示了催化剂表面电子结构得到了优化,以及其对活性位点的增强作用。电化学测试表明,该催化剂在-50 mA cm^-2的电流密度下具有低至138 mV的过电位,并表现出优异的耐久性,突显了高熵金属氧化物在碱性介质中作为高效、低成本电催化剂的巨大潜力,特别是在电解水析氢反应中的应用前景。

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硼掺杂氧化锌电子传输层对有机太阳能电池性能影响研究

叶天弘, 任昕瑜, 侯达, 孙旭飞, 陈迪春, 陶龙晨, 郑灵灵, 李保君, 孔丁峰, 云大钦

功能材料. 2025, 56(5): 5152-5159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.019

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有机光伏器件(organic photovoltaics, OPVs)相比较于晶硅电池,具有彩色轻柔、半透明和低成本大面积制造等优点而被广泛关注。氧化锌(ZnO)由于在电子输运、环境友好和低温溶液加工等方面的优势而成为OPVs电子传输层(electron transport layer,ETL)的关键材料之一。但是,ZnO纳米颗粒通常有大量的表面缺陷而影响其载流子传输性,其电学性能有待进一步提升。因此,通过混合溶液法利用不同浓度硼酸与氧化锌溶液直接混合涂覆成膜,调节与优化两者混合比例,研究硼掺杂ZnO作为ETL(B-ZnO)对OPVs光电性能的影响。当掺杂比例为8%时,B-ZnO基OPVs在一个标准太阳光下的最高能量转换效率达到了8.76%,相比于ZnO基器件(8.10%)提升了8.2%。这归因于硼酸的掺杂使ZnO ETL获得了更好的表面形貌和更优的电学性质,减少了界面缺陷态密度和增加了器件的内建电势,从而进一步提高了OPVs性能。该研究为便捷的ZnO元素掺杂在高效OPVs中的应用提供了新的思路和方法。

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水热法直接合成超细四方相BaTiO₃纳米粉体的研究和表征

司留启, 应红, 朱胜利, 崔振铎

功能材料. 2025, 56(5): 5160-5166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.020

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四方相钛酸钡(BaTiO₃)粉体具备极高的介电常数,是制造薄电介质层高容量多层陶瓷电容器(MLCC)的基础材料。水热法制备的钛酸钡粉体具有杂质少、颗粒均匀、易分散、化学均一性好、结晶性好等优点。研究了反应条件(水热反应温度、反应时间、钡钛前驱体投料比例、反应体系的碱度等)与钛酸钡纳米粉体性能之间的关系,探讨了水热法制备钛酸钡粉体的机理,优化了水热反应工艺。通过优化后的工艺制备的超细四方相BaTiO₃粉体平均粒径约为150 nm,轴率c/a为1.0106,结晶度为10.6。

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退火温度对钴发射体制备性能的实验研究

王焱辉, 冯邻江, 唐会毅, 王云春, 谢勇, 周寻, 严俐, 谢雨辰

功能材料. 2025, 56(5): 5167-5172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.021

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为研究不同退火温度对钴发射体的显微组织和力学性能的影响,利用高纯钴粉进行了熔炼和热加工制备出自给能中子探测器用钴发射体,并采用电子背散射衍射(EBSD)技术对样品进行了表征。实验结果表明,在600~900 ℃,随退火温度上升钴发射体晶粒尺寸从2.69 μm增加到19.79 μm;FCC相随退火温度的升高晶粒取向随机,无明显的择优取向;且随温度的上升FCC相占比从29.7%下降到5.4%,而HCP相随退火温度的升高,随呈现出随机织构,但在600~800 ℃范围FCC相存在{110}〈111〉织构。钴发射体GND值随退火温度升高,变化范围为(0.37~0.81)×10¹⁴m^-2,抗拉强度、屈服强度和硬度呈现降低趋势,延伸率从3.2提高到8.7%。

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高强度耐水环保木纤维复合材料的制备和性能研究

朱黎明, 范丽敏, 兰珊, 杨芳, 邹献武

功能材料. 2025, 56(5): 5173-5179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.022

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以杨木纤维和聚乳酸为原料,通过硅烷偶联剂KH-550对杨木纤维提前进行表面改性,随后通过熔融共混工艺将改性后的杨木纤维与聚乳酸进行混合,制备出了木纤维-聚乳酸复合材料。研究了KH-550处理时间对杨木纤维的物相结构、微观形貌、光谱性能和水接触角的影响,并分析了KH-550处理时间对木纤维-聚乳酸复合材料微观形貌、力学性能和耐水性能的影响。结果表明,随着KH-550处理时间的增加,木纤维的结晶度得到了提高,表面出现了大量凸起,水接触角逐渐增大,润湿性降低。当KH-550处理时间为9 h时,硅烷偶联剂与木纤维表面的反应逐渐达到了饱和状态,木纤维表面的粗糙度趋于稳定。随着KH-550处理时间的增加,木纤维-聚乳酸复合材料的冲击强度、静曲强度和弹性模量均先增大后降低,吸水率和吸水厚度膨胀率均先快速增大后逐渐趋于平缓。当KH-550处理时间为9 h时,复合材料的冲击强度、静曲强度和弹性模量达到最大值,分别为8.5,31.5 MPa和40.3 GPa;该试样的吸水率和吸水厚度膨胀率在75 h时达到饱和状态,分别为最低值12.7%和6.9%,耐水性能最强。

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月桂酸钠溶液制备超疏水混凝土及其自清洁性能

肖岳伟, 王功勋, 黄博, 刘福财, 肖敏, 祝明桥

功能材料. 2025, 56(5): 5180-5186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.023

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以月桂酸钠溶液为超疏水改性剂,采用浸渍法制备了超疏水混凝土。研究了月桂酸钠溶液浓度、浸渍时间对混凝土接触角、耐沾污性能、抗剥离性能的影响,确定了月桂酸钠的最佳浓度及浸渍时间,并采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)等手段表征了混凝土表面微观形貌和化学键合。结果表明,当月桂酸钠掺量为1.5%、浸渍时间为1 min时,制得的超疏水混凝土接触角为155.2°、滚动角为8.4°。与普通混凝土相比,经月桂酸钠溶液改性后的混凝土具有良好的自清洁性能、耐沾污性能;经30次强力胶带抗剥离测试后,混凝土接触角减至140.6°,仍保持良好的疏水性能。

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纳米微晶纤维素增强聚脲的制备及性能

黄志波, 侯传金, 刘彦军

功能材料. 2025, 56(5): 5187-5191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.024

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以二苯基甲烷二异氰酸酯、聚丙二醇、聚氧化丙烯二胺、二乙基甲苯二胺和4,4′-二仲丁氨基二苯甲烷为主要原料,3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷改性纳米微晶纤维素为增强材料制备了纳米微晶纤维素增强聚脲。采用傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和冲击试验机等对纳米微晶纤维素增强聚脲进行了表征。研究结果表明,聚脲中纳米微晶纤维素含量为0.4%时聚脲拉伸强度达到85 MPa,断裂伸长率43%,冲击强度达40.3 kJ/m²,纳米微晶纤维素增强后的聚脲表现出良好的力学性能。

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Ti₃C₂T_x@CNTs/Ni空心球复合材料的制备及其吸波性能研究

陈宏刚, 雷俊, 何巍, 祁伟健, 李小娟

功能材料. 2025, 56(5): 5192-5198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.025

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Ti₃C₂T_x材料以其卓越的导电性能在电磁波能量耗散方面展现出显著潜力,为了构建具有高吸收特性的Ti₃C₂T_x复合材料,静电自组装方法制备了一种具有双壳结构的Ti₃C₂T_x@CNTs/Ni-HS空心球复合材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪、矢量网络分析仪等手段研究了复合材料的微观形貌、物相结构、电磁性质及吸波性能。结果表明,此结构巧妙地构建了一个受限的耗散笼,其中外层CNTs/Ni结构限制了球体间的电子转移,有效防止了自堆叠现象,而且紧密接触的Ti₃C₂T_x内层结构形成了连续的导电路径,从而显著增强了电磁波能量的耗散效率。结果表明,Ti₃C₂T_x@CNTs/Ni-HS-600空心球复合材料在质量比仅为15%(质量分数)的条件下,实现了-59.88 dB的最小反射损耗,显著优于同类材料。这一优异的性能归因于受限耗散笼中合理设计的导电路径,其在确保材料轻量化的同时,实现了高效的电磁波吸收。此项研究不仅为高性能电磁波吸收器的设计提供了新的思路,也为相关领域的研究提供了有价值的参考。

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常温下废食用油与老化沥青的扩散行为分析

石靖文, 刘梦梅, 周智勇, 范毜仔, 吴泳豪, 杨杰, 魏必成

功能材料. 2025, 56(5): 5199-5206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.026

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探究常温下再生剂在老化沥青体系中的扩散行为有助于沥青混合料冷再生的研究。通过浸泡法、傅立叶变换红外光谱试验(FTIR)与旋转流变仪试验,从宏、微观尺度研究不同扩散时间下,废食用油对老化沥青针入度、官能团、复数模量与相位角变化规律的影响,并将试验结果进行对比分析。同时基于分子动力学理论,建立废食用油与老化沥青分子模型,构建其界面扩散模型,根据扩散系数揭示二者在体系中的扩散行为。研究结果表明,在常温下废食用油能一定程度上恢复老化沥青的基本技术性能,补充因老化缺失的轻质组分,还原其流变性能。此外,分子动力学模拟得出废食用油分子运动速度快于老化沥青分子,说明废食用油可在较短时间内软化老化沥青。由此可知,在常温下废食用油浸润软化老化沥青效率良好。

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土壤修复用高吸水树脂的制备及性能研究

宋莉芳, 张云星, 徐楚彭, 赵小宇, 潘玉玲, 崔利英, 夏慧芸, 牛艳辉

功能材料. 2025, 56(5): 5207-5213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.027

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为研究高吸水树脂对土壤修复方面的应用,以丙烯酸(AA)为单体,豌豆秸秆粉(RS)、腐殖酸(HA)和尿素(Urea)为主要原料,采用水溶液聚合法制备了Urea@PAA/RS/HA高吸水树脂。采用红外光谱、扫描电镜和热重分析对树脂的结构、形貌和热稳定性进行了测试。研究了丙烯酸、腐殖酸、尿素、引发剂、交联剂用量和中和度等合成条件对树脂吸液能力的影响,最佳合成条件下制备的树脂的吸水性能为473 g/g,吸盐水性能为62.7 g/g。利用准二阶动力学模型分析了Urea@PAA/RS/HA在去离子水中的吸水溶胀行为。研究了树脂在土壤滤液和重金属离子溶液中的吸液性能,以及树脂种类和用量对土壤理化性质、持水和保水能力的影响。

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宇航用乙烯－四氟乙烯共聚物绝缘材料表面改性研究

刘智伟, 路伟涛, 黄倩, 路涛, 李朦

功能材料. 2025, 56(5): 5214-5219. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.028

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使用常压空气等离子体对ETFE表面进行处理,实现对ETFE的表面改性,并研究了处理后ETFE的粘接性能。采用全反射红外光谱(ATR-FTIR)、X射线衍射光谱(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量散射光谱(EDS)、水接触角(WCA)和力学性能测试分析了等离子处理前后ETFE的组成、结构、润湿性和粘接性能的变化;探究了不同处理时间、功率、放置时间对ETFE表面润湿性和粘接性能的影响。结果表明,等离子体处理会对ETFE表面进行刻蚀形成粗糙结构,最佳处理条件为650 W等离子体处理30 s,处理后ETFE与环氧树脂的粘接强度从0.22增加至1.78 MPa。此外,将等离子体处理后的ETFE放置336 h后接触角虽升至84°,其粘接强度仍保持在0.93 MPa以上,表明等离子体处理可有效提升ETFE的粘接性能并具有长时效性。

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精密铸造用弱碱性硅溶胶稳定性影响因素的研究

王帅, 吕永乐, 王磊

功能材料. 2025, 56(5): 5220-5225. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.029

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通过透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和Zeta电位分析仪等方法,研究了电解质浓度和pH值对精密铸造用弱碱性硅溶胶稳定性的作用。研究结果表明,随着电解质浓度的增加,硅溶胶的稳定时间显著缩短,胶凝速度加快,并且根据动力学分析,K⁺比Na⁺更容易引起硅溶胶的凝聚。在pH值为6.0至9.0范围内,由于胶粒表面存在足够的静电排斥力,硅溶胶能够比较稳定地存在。然而,当pH值低于4.0或高于10.0时,H⁺浓度的波动会减弱胶体粒子之间的静电排斥力,导致硅溶胶的稳定性下降。综上所述,电解质浓度和pH值对硅溶胶的稳定性有显著影响,研究结果为优化精密铸造工艺提供了重要的理论依据。

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聚环氧琥珀酸衍生物的合成及在天然海水中对碳钢材料的缓蚀性能

刘会媛, 柳鑫华, 张源, 石晓宇, 罗宝晶, 张红霞, 李彦哲, 马楠, 古林艳, 杜嘉瑞

功能材料. 2025, 56(5): 5226-5236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2025.05.030

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为了拓宽聚环氧琥珀酸的应用范围,用L-半胱氨酸和氨基乙磺酸对聚环氧琥珀酸改性制备了一种新型聚环氧琥珀酸衍生物(PESA-Lcy-Sea)。将得到的PESA-Lcy-Sea及其四元复配物作为海水介质中Q235碳钢(QCA)材料的缓蚀剂。实验结果表明,当PESA-Lcy-Sea、HAPP、Zn²⁺和Na₂WO₄分别为0.65、0.01、0.004和0.04 g/L时,他们之间有着良好的协同缓蚀效果,且缓蚀率可以达到94.59%。PESA-Lcy-Sea四元复配物对阴、阳极反应均有抑制作用,腐蚀电流降低。EIS证明了四元复配物的加入增强了QCA表面电荷转移的阻力。SEM、AFM、XPS和CA检测可知,缓蚀剂通过在Q235钢表面形成保护膜来抑制腐蚀,从而PESA-Lcy-Sea四元复配物有更好的缓蚀效果。研究为天然海水作为冷却水缓蚀剂的开发提供技术支持。

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2025年, 第56卷, 第5期　刊出日期：2025-05-30

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