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2023年, 第54卷, 第7期　刊出日期：2023-07-30
  

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  • 本期中英文目录、封面
    功能材料. 2023, 54(7): 0-0.
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    • 热点·关注 (2022年度重庆市出版专项资金资助项目)
  • 3D打印再生粗骨料混凝土抗冻性能试验研究
    刘超, 张治宁, 刘化威, 张韦
    功能材料. 2023, 54(7): 7001-7009. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.001
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    3D打印技术在建筑领域得到显著发展,为解决混凝土3D打印行业实现可持续发展。通过对再生粗骨料(RCA)取代率为0%、50%、100%的3D打印试件和铸模试件进行抗冻性能研究,结合3D打印再生粗骨料混凝土(3DPRAC)界面过渡区的电镜扫描分析其劣化成因。结果表明,在前200次冻融循环中RCA的掺入并没有明显降低3D打印混凝土的质量和动弹模量;在600次冻融循环后RCA为100%掺量的3D打印再生混凝土抗冻性能表现优于RCA掺量为50%。基于3D打印再生混凝土逐层堆叠的建造特点,提出了3DPRAC孔隙区域集中分布模型,揭示了3DPRAC冻融损伤劣化机理。建立的冻融损伤模型能够较好地反映3DPRAC抗冻性能变化规律。
  • 低损耗ZrO2@CIPs核壳型软磁复合粉体制备及磁感应性能研究
    刘懿莹, 周晟, 初其源, 何思哲, 费嘉维, 张勇, 黄昊
    功能材料. 2023, 54(7): 7010-7017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.002
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    利用正丁醇锆(TBOZ)溶液对羰基铁粉(CIPs)进行了表面改性处理。通过调整原料中TBOZ的添加量,合成了3组不同锆含量的二氧化锆包覆羰基铁粉(ZrO2@CIPs)复合材料。分析了CIPs和ZrO2@CIPs复合材料的静态磁性能以及绝缘性能,结果表明,使用温度提高至200 ℃时,ZrO2的存在能有效抑制CIPs的氧化所导致的静态磁性恶化;且ZrO2@CIPs复合材料的电阻率得到大幅度提升。比较包覆前后CIPs的磁损耗能力的变化,发现随着原料TBOZ添加量的增加,ZrO2@CIPs复合材料降低磁损耗的能力增强,直流偏置特性提高。当TBOZ添加量为15.57 mL时,在频率为1 MHz时,ZrO2@CIPs磁导率虚部仅为0.05,品质因数为116.7,饱和电流达到17.10 A。而且相较于CIPs的-0.91 V,ZrO2@CIPs的腐蚀电位提高至-0.33 V,这无疑提高了传统CIPs的耐腐蚀性。总的来说,上述实验结果为电感领域内传统CIPs的改性处理提供了技术方案参考。
  • 微晶形状对锐钛矿型TiO2材料超级电容器性能的影响
    王小东, 张研研, 许春香, 王红霞, 张王刚, 李涛涛
    功能材料. 2023, 54(7): 7018-7025. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.003
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    研究了晶粒各向异性对锐钛矿型TiO2电化学性能的影响,这对超级电容器材料性能提升具有显著的意义。利用水热合成法,以HF和H2SO4为不同的酸性形貌诱导剂,钛酸四丁酯为钛源制备了片状和球状微晶的TiO2,两者会暴露不同的晶面。经X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)证实片状TiO2暴露的晶面是高活性{001},而球状TiO2暴露的晶面具有随机性。采用X射线光电子能谱(XPS)和比表面及孔隙度分析(BET)以及相应的电化学性能测试:结果表明片状TiO2的比表面积(112.76 m2/g)是球状TiO2比表面积(46.88 m2/g)的2.41倍,片状TiO2超级电容器的比电容(174.0 F/g)是球状TiO2超级电容器比电容(67.00 F/g)的2.59倍,同时片状TiO2超级电容器与球状TiO2超级电容器相比,表现出更高的循环稳定性。片状TiO2优异的性能主要归因于高比面积以及暴露的高活性{001}晶面.
  • 微波辅助熔盐法制备SrFe12O19及其磁性能的研究
    刘琳, 刘建兴, 杨合
    功能材料. 2023, 54(7): 7026-7031. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.004
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    以钢厂副产的氧化铁红作为含铁原料,采用微波辅助熔盐法制备了SrFe12O19铁氧体,研究了Fe/Sr摩尔比和微波煅烧温度对样品的物相组成、微观结构及磁性能的影响。采用FullProf软件对样品的XRD数据进行了精修拟合分析,利用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品的形貌,用振动样品磁强计(VSM)对样品的磁性能进行了表征。结果表明,Fe/Sr摩尔比对样品的物相组成及样品的晶胞参数有重要影响,当Fe/Sr摩尔比为10.5时,样品获得了较好的磁性能。随着煅烧温度的增加,SrM相的厚度也随着增加,在1373.15 K下微波煅烧2 h,SrM相的厚度最大,此时样品矫顽力最大达到2.69×105 A/m,饱和磁化强度为63.04 A·m2/kg,而在1273.15 K 制备的样品最大磁能积最大为9.47×103 J/m3。
  • 疏水性KH550-TiO2@PDMS@PU海绵的简单制备及油水分离性能
    王心阁, 袁章福, 赵林飞, 杨肖
    功能材料. 2023, 54(7): 7032-7041. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.005
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    在钢铁产品的生产流程中,不可避免地产生含油废水,若不加以处理,会对生态环境造成严重的破坏,进而威胁人类健康。以TiO2纳米颗粒,3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)为主要化学试剂,通过简单的一步浸渍法,制备了一种疏水亲油的KH550-TiO2@PDMS@PU改性海绵。低表面能PDMS层与KH550改性的TiO2微米颗粒形成的粗糙结构,能显著提高海绵的疏水性能,接触角为(147.25±1.44)°。改性后的海绵经过胶粘、挤压、酸碱、超声等复杂条件下仍能保持稳定的疏水性和耐久性。改性海绵的吸油能力高达自身质量的20~25倍,可通过吸附-挤压循环的方式进行吸油。优秀的油水分离性能表明,KH550-TiO2@PDMS@PU海绵具有无毒、易制备、稳定、疏水等优点,在钢铁行业具有广阔的应用前景。
    • 综述·进展
  • 糖醇类相变材料热稳定性研究进展
    库尔班江·乌丝曼, 戴晓业, 史琳
    功能材料. 2023, 54(7): 7042-7049. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.006
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    糖醇类普遍具有较高的熔化焓值,比起常用无机和其他有机材料综合性能凸显而被作为中温相变候选材料备受关注。但是目前糖醇类作为相变材料在工程实际应用却很少,其主要原因除了过冷度大,导热性能低以外,糖醇类熔化焓的热稳定性是决定其应用的关键基础因素,而之前多数研究对此关注度不够。因此,重点围绕对糖醇类熔化焓热稳定性的相关研究,阐述了糖醇类熔化焓在储热过程中衰减的原因,相关机理分析,提升熔化焓热稳定性的方法,熔化焓动力学预测模型对熔点调控延长糖醇类相变材料预期使用寿命的相关研究进展,为重新评估糖醇类作为相变材料的适用性提供了思路和方法,也为糖醇类实现工业应用提供了研究方向。
  • 碳量子点在光催化降解水中有机污染物的应用
    靳彦岭, 任鹏刚, 王佳一, 耿家慧, 陈争艳, 任芳, 孙振锋
    功能材料. 2023, 54(7): 7050-7059. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.007
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    光催化技术是解决当今人类社会中环境问题和能源危机两大问题的有效方式,开发高效的光催化剂成为本领域研究的热点。碳量子点是一种新型碳纳米材料,因其独特的上转换发光特性和优异的光生电子传递特性,在光催化领域受到广泛关注和研究。介绍了光催化降解污染物的机理,碳量子点的性能,着重综述了碳量子点在光催化降解水环境中有机污染物的研究进展,探讨了碳量子点在光催化降解中的研究目前存在的问题及未来的发展方向。
  • 铋基光催化剂在有机废水降解中的研究
    何颖香, 李阿丹
    功能材料. 2023, 54(7): 7060-7068. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.008
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    水资源污染正严重危害着人类的健康,铋基光催化材料在治理有机污染方面也显现出了巨大的潜力,具有绿色、高效、清洁、成本低的优点。介绍了研究者们对多种铋基光催化材料在降解有机废水方面的研究进展,总结各种铋基光催化剂的改性方法和铋基光催化剂对各种有机污染的降解效果,分析了影响铋基光催化材料降解水中有机物效率的因素。对光催化技术在降解有机废水方面的发展进行了展望,并对铋基光催化材料研究领域的发展提出了建议。
  • 合成氨电催化剂及其设计策略的研究进展
    王如意, 胡国艳, 王雪, 郭忠诚, 何亚鹏
    功能材料. 2023, 54(7): 7069-7079. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.009
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    传统的工业合成氨主要利用高温高压条件下的Haber-Bosch技术,该过程能耗高、污染大。以电能为能源,水为质子和电子源,通过电压和催化剂协同作用的电催化氮气还原技术逐渐发展为合成氨的有效途径之一。电催化氮气还原的关键在于电催化剂和催化反应体系的优化,从而改善过程面临的低产氨速率及法拉第效率等局限。综上所述,从电催化合成氨技术的发展历程和反应机理出发,探讨了电催化氮气合成氨催化剂的主要分类(贵金属、过渡金属、单原子及非金属基催化剂)和研究进展。综述了电催化合成氨催化剂活性提升的具体策略,包括表面形貌优化、晶体缺陷工程、复合材料组成、物相界面调控、额外助剂添加等。最后,进一步对该领域目前存在的问题、挑战及未来发展趋势进行了展望。
  • 柔性电子聚合物表面金属化工艺的研究进展
    张超, 马迅, 王静静, 刘平, 马凤仓, 张柯, 李伟
    功能材料. 2023, 54(7): 7080-7092. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.010
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    柔性聚合物具有低密度,极高的柔韧性和可变形等特点,可作为柔性电子器件的基材广泛应用于射频通讯天线、传感检测、医疗健康和微电子等领域。由于柔性聚合物的低导电性和较差的机械特性,限制了其进一步的发展。化学镀、激光成型和真空沉积镀膜等工艺方法可有效改善柔性聚合物的电学、光学等物理性能,成为近几年的研究热点,为柔性电子器件制备的图案化、微型化和可定制化提供了有效的解决方案。总结近年来在柔性电子领域常见的表面金属化工艺的研究进展,详细论述了工艺参数对柔性电子材料在性能上的影响规律及作用机制,指出其具备的优势和不足,并对未来的发展方向做出展望。
    • 研究·开发
  • 稀土元素Y、La、Sm掺杂对钛酸钡陶瓷介电性能的影响研究
    张云飞, 梁博, 万淇通, 张梦雅, 黄祺薇, 邴丽娜, 沈振江
    功能材料. 2023, 54(7): 7093-7100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.011
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    稳定的介电常数和低介电损耗是评估材料介电品质的重要参数。采用研磨－退火工艺将3种稀土元素Y、La、Sm分别掺杂入分析纯级钛酸钡中,评价了不同比例掺杂钛酸钡的介电性能,并取得了较好的结果。制备了掺杂比例为2%、4%、6%、8%、10%(摩尔分数)的3组样品,对其进行了表征和介电损耗测量、介电常数的计算。结果表明,在分析纯级钛酸钡掺杂这3种稀土元素结晶性较好,不会抑制晶粒的生长。3组样品中B位受主掺杂形成氧空位补偿,抑制了电子浓度,从而有效地降低了介电损耗,且全频率范围内稳定性较好,<0.05;介电常数相比于纯钛酸钡陶瓷1 500~1 600均有所下降,其中La元素掺杂钛酸介电常数最小100~400。该研究能够很好地为钛酸钡在实际元器件的生产应用中提供参考。
  • 混杂纤维高延性水泥基复合材料高温后的压缩性能
    周宗伯, 陈泽辛, 余志辉, 张聪
    功能材料. 2023, 54(7): 7101-7107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.012
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    对单掺聚乙烯醇(PVA)纤维高延性水泥基复合材料(PVA-ECC)、钢纤维/PVA纤维混杂ECC(HyFRECC)以及钢纤维/PVA纤维/碳酸钙晶须多尺度混杂ECC(MsFRECC)在常温(20 ℃),200,400,600和800 ℃高温作用后的压缩性能进行了研究和对比。结果表明,常温下不论掺入钢纤维还是同时掺入钢纤维和碳酸钙晶须均能够提升试件的抗压强度、压缩韧性和弹性模量;在200 ℃作用下由于水泥基复合材料内部进一步水化,材料的抗压强度会显著提高,而压缩韧性的提升不明显;当温度超过200 ℃后,高温对材料的压缩性能劣化明显,其抗压强度和压缩韧性持续衰减,但钢纤维和碳酸钙晶须对峰后抗压强度和韧性的提高发挥了积极作用。各组中MsFRECC组的压缩性能最好,说明钢纤维和碳酸钙晶须的混杂掺入可以显著改善水泥基复合材料在高温作用后的压缩性能;800 ℃作用后各组的压缩性能具有一定离散性,残余强度以及韧性基本不足45%。
  • NiCl2催化生长SiC纤维机理及吸波性能研究
    郝稳定, 张新月, 王高远, 张靖博, 关莉, 张锐
    功能材料. 2023, 54(7): 7108-7114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.013
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    以工业煤和正硅酸乙酯为原料,NiCl2为催化剂,采用微波诱导催化合成SiC纤维,讨论了催化剂浓度、不同温度对SiC纤维的影响,研究了SiC纤维的吸波性能。利用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、矢量网络分析仪对合成产物进行了表征和吸波性能测试。结果表明,不同浓度的NiCl2催化剂可生成多种形貌的SiC,当催化剂浓度为5%时,生成纳米SiC纤维;5% NiCl2催化剂作用下,微波加热在900 ℃保温30 min即可制备出SiC,制备过程中形成的磁力线状Si-Ni化合物可促进SiC纤维的快速生成;SiC纤维厚度为4 mm毫米、频率为4.06 GHz时RL达到了-36.74 dB,表现出优异的电磁波吸收性能。研究结果为微波诱导制备高性能吸波SiC纤维提供理论和试验依据。
  • 拓扑半金属FeSn2的单晶生长及电磁阻效应研究
    吴林, 王胜, 陈浩泽, 成立, 邹雨宸, 周文杰, 张莉
    功能材料. 2023, 54(7): 7115-7118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.014
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    联合使用助熔剂法和气相输运法生长了FeSn2单晶,尺寸约为2 mm×0.8 mm×0.8 mm。XRD和EDS分析表明单晶中Fe:Sn配比为33.3%∶66.7%=1∶2。PPMS和MPMS分析发现:FeSn2的电阻效应为:(1)具有大的剩余电阻率,为RRR=320;(2)非费米液体行为;(3)不符合Kohler准则。FeSn2的磁阻效应为:(1)具有大的非饱和磁阻——磁场为6.4×106 A/m时,MR=6.8;(2)具有大的角磁阻——B与I夹角为90°,磁场为6.4×106 A/m时,MR=6.7;(3)在低温区间(2,10 K)能观察到明显的sdH振荡现象。这些显著的拓扑输运特征从实验上表明FeSn2单晶是拓扑磁性半金属,其奇异的电磁阻效应未来可望制成低能耗电子器件。
  • 高体积比容量二氧化锰半固态液流电池的研究
    董昀赫, 刘常, 杨建华, 刘宇
    功能材料. 2023, 54(7): 7119-7125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.015
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    二氧化锰(MnO2)具有储量丰富、成本低廉等优点,被广泛应用于水系锌锰电池中。液流电池可以实现能量组件与功率组件的解耦,在长时规模储能领域受到研究者们的广泛关注。研究以MnO2为活性物质设计了半固态电极,实现了高体积比容量的液流电池。首先以黄原胶为悬浮介质、科琴黑为导电剂制备了半固态电极,并通过表征电极的电化学性能与流变性能来确定MnO2半固态电极的最佳配比。科琴黑导电渗透的临界浓度为9 g/L,以此浓度制备的半固态电极具有良好的倍率性能和循环稳定性,MnO2添加浓度为300 g/L时,半固态电极体积比容量达到32.5 Ah/L。半固态电极表现出非牛顿流变性,屈服应力约为2 Pa,保证悬浮液具有机械稳定性的同时降低了泵送的机械能损失。应用了半固态电极的锌锰液流电池体积比容量可达22.3 Ah/L,具有良好的发展前景。
  • 硫酸改性g-C3N4的制备及其光催化产氢性能研究
    陈书航, 郝亚超, 赵阳灿, 杨潘, 王斯琰, 徐宏妍
    功能材料. 2023, 54(7): 7126-7130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.016
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    采用硫酸水热处理改性g-C3N4材料。使用扫描电镜、X射线衍射仪、紫外-可见漫反射仪、比表面积仪和电化学工作站等设备测试材料的形貌和性能。研究了不同硫酸浓度对其形貌、结构、比表面积,进一步探究影响期光催化产氢性能的原因。结果表明,0.4 mol/L硫酸处理的g-C3N4具有优异比表面积、孔径以及可见光响应从而光催化产氢性能高,而当硫酸浓度>0.4 mol/L时,的结构发生改变,被剥离的太严重,导致介孔的减少不利于光催化产氢。
  • Ca3MgSi2O8陶瓷:烧结行为、晶格振动和介电性能研究
    邓炼, 杨清岚, 何颖晗, 韦小利, 韦孝鹏, 张海林, 周焕福
    功能材料. 2023, 54(7): 7131-7138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.017
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    采用传统的固态反应法制备了单斜晶系的Ca3MgSi2O8(CMSO)陶瓷。XRD表明1350～1425 ℃烧结的CMSO均为单相结构(空间群:P21/a)。SEM发现,当烧结温度为1 400 ℃时,CMSO陶瓷具有最佳的表面形貌和优异的微波介电性能:εr=13.62,Q×f=42 292 GHz,τf=-48.36 ×10-6/℃。讨论了CMSO陶瓷的Q×f值与填充分数和共价键的关系。通过拉曼光谱研究了晶格振动对CMSO内部介电损耗的影响,计算出MgO6八面体畸变,从而解释了τf变化的内在机制。综上所述,CMSO陶瓷在移动通信基站、卫星导航和雷达通信领域具有良好的应用前景。
  • 构建Z型C-TiO2/Pt/g-C3N4催化剂及其催化性能研究
    卢照, 魏慧欣, 宋武林
    功能材料. 2023, 54(7): 7139-7144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.018
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    以尿素为前驱体,利用热缩聚法合成g-C3N4纳米片,再先后利用热还原法和水热法负载Pt纳米颗粒及C-TiO2纳米颗粒,由此成功制备出Z型C-TiO2/Pt/g-C3N4光催化剂。采用多种表征手段对其形貌、结构及光学性质进行了分析,并评估了其在可见光下降解甲基橙和盐酸四环素的性能。研究结果表明,该光催化剂对降解污染物表现出优异的性能。这主要归功于较强的可见光吸收能力、较高的光生电子-空穴对分离效率以及光生电子的强还原性、光生空穴的强氧化性。为了进一步探讨其光催化机理,对C-TiO2/Pt/g-C3N4催化剂进行ESR测试。结果表明,在光催化过程中,具有强氧化性的·OH和·O-2都起到了重要的作用。
  • 乙酰丙酮镍催化聚酰亚胺石墨化及其导热性能研究
    罗旭良, 吴嘉豪, 刘靖, 王子青, 闵永刚, 刘屹东
    功能材料. 2023, 54(7): 7145-7151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.019
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    聚酰亚胺(PI)材料因其具有六元环分子结构和较高的含碳量,成为近年来制备石墨散热膜的热门前驱体。而镍作为过渡族金属元素,常被用做石墨烯催化生长基底,将镍元素掺杂在聚酰亚胺基底中可以有效提高其碳化和石墨化程度,改善其导热率。然而纯镍金属颗粒在PI前驱体聚酰胺酸(PAA)中会发生沉积导致难以分散均匀,通过在PI基体中添加可溶于有机溶剂的金属络合物乙酰丙酮镍(Ni(acac)2),制备了PI复合薄膜并在2700 ℃对其进行石墨化得到石墨膜。Ni(acac)2在高温下分解得到的镍,能够对聚酰亚胺的碳化起到促进作用,且可溶于有机溶剂也显著提高了镍在PI基体中的分散性,最终制备了表面平整的聚酰亚胺碳膜,其导热系数可达到782 W/(m·K),对比纯PI制备的碳膜其导热系数提升了30倍。分析了金属络合物Ni(acac)2催化聚酰亚胺碳化过程以及最终得到的碳膜结构,探究最终制备高导热石墨膜的可能性。
  • 不同缺陷对二维MoSi2N4的电子结构及光学性质影响
    王广, 黄泽琛, 罗子江, 郭祥, 王一
    功能材料. 2023, 54(7): 7152-7157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.020
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    二维材料以优良性能在各领域表现出巨大潜力,单层MoSi2N4材料具有非磁性半导体和良好的稳定性。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究在氮、硅、钼空位下二维MoSi2N4的光电性质。研究结果显示:和本征二维MoSi2N4相比,外层氮和钼原子缺陷结构的禁带宽度缩减极大,而内层氮和硅原子缺陷结构的禁带宽度分别为0.781和0.736 eV,均有所减小。在导电类型方面,二维MoSi2N4因为内层氮缺陷由p型半导体转变为n型半导体。同时,各个缺陷结构均使二维MoSi2N4发生了不同程度的红移。二维MoSi2N4以材料性能优异,研究光电性能对新一代光电器件具有重要意义。
  • 细矿粉混凝土的制备及耐久性能研究
    秦修云
    功能材料. 2023, 54(7): 7158-7164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.021
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    选择以S95级细矿粉为外掺料,制备了不同细矿粉掺杂量(0%,5%,10%,15%,20%(质量分数))的混凝土,通过XRD、SEM、力学性能、抗冻性能、电通量测试等分析了细矿粉掺杂量对混凝土性能的影响。结果表明,掺入适量的细矿粉后加速了水化反应的进行,促进了水泥熟料的消耗,使混凝土的密实度提高,裂纹和孔隙的数量减少。随着细矿粉掺杂量的增加,混凝土的抗压强度和抗弯强度均先增大后降低,当细矿粉的掺杂量为15%时,混凝土的抗压强度和抗弯强度达到最大值,分别为40.1和5.79 MPa。混凝土受压的峰值应力随细矿粉掺杂量的增加而先增大后降低,掺杂15%细矿粉的混凝土的峰值压力最大。适量细矿粉的添加改善了混凝土的抗冻性能,在冻融循环次数达到100次,当细矿粉的掺杂量为15%时,混凝土的相对动弹性模量最大为82.48%,质量损失率最低为-0.282%,其抗冻性能最佳。混凝土的电通量随着细矿粉掺杂量的增加先降低后轻微增大,掺杂15%细矿粉的混凝土的电通量最低为1 914 C,其抗氯离子渗透性能最优。综合分析强度和耐久性可知,细矿粉的最佳掺杂量为15%。
  • Cu基SAPO-34催化剂的制备及其脱硝性能研究
    律娅婧, 苟丽媛, 彭雨
    功能材料. 2023, 54(7): 7165-7170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.022
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以吗啉为模板剂,基于原位水热法制了备Cu-SAPO-34催化剂,在催化剂评价装置上探究了的分子筛催化剂催化还原NO的能力。通过XRD、SEM、NH3-TPD和H2-TPR等分析手段测试了不同摩尔比的Si源量对Cu-SAPO-34的微观形貌、晶格结构和催化活性的影响。结果表明,Cu-SAPO-34分子筛颗粒的晶粒为均匀规整的立方结构,颗粒的尺寸在15~30 μm之间,过量或过少的Si源摩尔比都会影响Cu-SAPO-34催化剂的结晶度。当温度在250 ℃时,Si源摩尔比为0.3的Cu-SAPO-34催化剂的脱硝活性达到了最大值86%;当温度超过300 ℃后,Cu-SAPO-34催化剂脱硝活性开始降低;当温度达到600 ℃时,Si源摩尔比为0.3的Cu-SAPO-34保持率达到81.4%, Cu-SAPO-34催化剂具有优异的耐高温性和宽的工作温度。总耗氢量随着Si源摩尔比的增大而先增大后减小,Si源摩尔比为0.3的Cu-SAPO-34催化剂总耗氢量达到最大值为415.61 mmol/g,总NH3脱附量达到最高为1.56 mmol/g。综合可知,Si源摩尔比为0.3的Cu-SAPO-34具有最高的活性。
    • 工艺·技术
  • 钴铬表面聚烯丙胺/多巴胺共价固定磷酰胆碱涂层的制备及抗凝血性能
    赵琳琳, 董旭峰, 齐民
    功能材料. 2023, 54(7): 7171-7179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    密网支架是治疗巨大动脉瘤时的首选治疗方法,但由于其网孔较为密集、植入后血流流体力学条件异常,导致血栓栓塞风险增加。表面接枝磷酰胆碱(PC)可以提高植入支架抗凝性能,但传统生物分子偶联方法制备过程复杂。首先在碱性条件下将聚烯丙胺(PAa)通过席夫碱反应和迈克尔加成方式接枝在多巴胺(PDA)涂层表面,构建出富氨基涂层(PDA/PAa),然后利用迈克尔加成反应将2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)共价固定于富氨基涂层表面。通过X射线光电子能谱测试(XPS)证明成功制备了PDA/PAa/MPC涂层。血小板粘附实验以及全血实验证明PDA/PAa/MPC涂层具有良好的抗凝血性能。细胞实验证明PDA/PAa/MPC涂层具有良好的细胞相容性,并且可以抑制平滑肌细胞(A7r5)的粘附和增殖。
  • 磁性含碘生物炭的制备及其水处理应用
    王俊宏, 莫凤敏, 张影星, 张洁兰, 田光辉
    功能材料. 2023, 54(7): 7180-7185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以农业废弃物秸秆为原料,首先通过热解制备了磁性生物炭,然后通过溶剂热法制备了具有光响应特性的磁性含碘生物炭纳米复合材料,并以所制备的材料为吸附剂和光催化剂,以水中的染料罗丹明B为模拟污染物进行污染物的吸附和光催化降解反应,以此来检验所制备材料的应用效果。结果表明,制备的复合材料具有磁铁矿Fe3O4的结构特性,结合碘后,样品的饱和磁化强度降低,但仍能够被外磁场所吸收;制备的样品具有较大的比表面积、总的孔容以及较大的孔径;材料具有不规则的形状结构,Fe、O、I等元素均匀地分布于主体生物炭的矩阵结构中。吸附-光催化实验结果表明,制备的复合材料具有较高的吸附和光催化效果,使得罗丹明B的最大降解率可达94.71%。实现了“变废为宝”、“以废治废”的目的,也为其它农林废弃物以及城市垃圾的有效利用提供了方法和指导,具有较好的实际应用前景。
  • 十四醇@聚苯胺微胶囊相变材料的制备及性能研究
    林传煌, 孙赛玲, 宁宇豪, 谭烨, 喻林萍, 曾巨澜, 喻赛波
    功能材料. 2023, 54(7): 7186-7192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    以聚苯胺(polyaniline,PANI)为壳材的微胶囊相变材料(MePCMs)是一类重要的多功能MePCMs。为拓宽聚苯胺包覆的多功能MePCMs的来源,选择十四醇(tetradecanol,TD)为芯材,通过苯胺原位聚合的方法制备了TD@PANI MePCMs,探索了乳化剂种类和芯壁比等因素对所制备的MePCMs性能的影响。结果表明,乳化剂的加入不利于TD@PANI MePCMs的形成。在不加入乳化剂的反应体系中,所制备的MePCMs的包覆率和球形规整度随芯壁比的增加呈先增后减的趋势,在芯壁比为4.8∶5.2时,包覆效果最佳。优选条件下制备得到的TD@PANI MePCMs的起始相变温度为32.44 ℃,相变焓为102.3 J/g,包覆率为46.4%,并具有良好的热稳定性能。此外,芯材十四醇被聚苯胺包覆后其化学性质与晶体结构未发生变化。研究结果可为开发基于聚苯胺的多功能相变微胶囊打下坚实的基础。
  • 水性环氧树脂膨胀型防火涂料的制备及性能研究
    孙鹏, 崔凯圆, 张诚, 欧阳密
    功能材料. 2023, 54(7): 7193-7199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    研究了水性环氧树脂膨胀型防火涂料配方中各组分及其添加量(质量分数/%)对涂层防火性能的影响;对膨胀型阻燃剂(IFR):聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺(MEL)、季戊四醇(PER)进行了正交试验并对膨胀石墨(EG)进行了单因素变量实验。采用TG-DTG、DSC和FT-IR等手段分析研究了防火涂料的热稳定性及燃烧后的炭层组分,得到优化的防火涂料配方。结果表明,选用水性环氧树脂复配(m(E51)∶m(E20)=3∶2)为成膜物质,膨胀型阻燃剂和膨胀石墨的添加量分别为ω(APP)=26%、ω(MEL)=12%、ω(PER)=10%、ω(EG)=4%时涂层的极限耐火时间可达到31.7 min,膨胀倍率11.7倍,膨胀炭层完整、致密;防火涂料最大分解速率对应的温度为331.4 ℃,膨胀型阻燃剂在200~350 ℃间完成分解,800 ℃时残碳量为49.9%,主要由聚芳环、磷酸酯类有机化合物及焦磷酸钛等无机物构成。添加钛白、氢氧化镁及矿物纤维能有效提高涂层的防火性能和膨胀炭层的强度。
  • 原位反应合成B4C@TiB2粉体及其介电吸波性能
    邹鑫, 陈平安, 朱颖丽, 李享成
    功能材料. 2023, 54(7): 7200-7206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.027
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    以钛酸四正丁酯和B4C粉体为原料,采用化学包覆结合热处理在B4C表面原位生成TiB2,制备了具有核壳结构的B4C@TiB2复合粉体。结果表明,利用原位反应构建了B4C-TiB2核壳界面,使碳化硼由计量比B4C转变为富硼相B13C2,使碳化硼产生晶格畸变。因此,当TiB2含量由0 %(质量分数)增加至20%(质量分数)时,复合粉体的最低反射损耗值(RLmin)由-9.76 dB增至-19.94 dB。这是由于原位生成的TiB2改善了B4C粉体的阻抗匹配性;B4C的晶格畸变增强了偶极子极化,核壳结构增强了界面极化,二者协同作用提高了复合粉体的介电损耗能力,使B4C粉体的电磁波吸收性能得到明显提高。
  • MCA@ADP协效膨胀阻燃热塑性聚氨酯制备及性能分析
    冉镒柠, 欧红香, 温凯越, 涂喆, 潘梦丽, 薛洪来
    功能材料. 2023, 54(7): 7207-7214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.028
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    热塑性聚氨酯(TPU)易被点燃,为提高其热稳定性能、抑制传统磷系阻燃剂二乙基次磷酸铝(ADP)高温时磷化氢气体(PH3)的产生,采用分子自组装技术制备了三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)包覆的二乙基次膦酸铝阻燃剂(MCA@ADP),并与双季戊四醇(DPER)按不同比例复配,经熔融共混制备膨胀阻燃TPU复合材料。通过氧指数、垂直燃烧、热重分析、锥形量热仪、力学性能测试等对阻燃TPU复合材料性能进行研究。结果表明,阻燃剂添加总量为25%(质量分数),MCA@ADP和DPER的质量比为1∶1时,阻燃复合材料TPU-3的极限氧指数(LOI)达到34.5%,垂直燃烧测试达到UL-94 V0级别,与纯TPU相比,TPU-3的热释放速率峰值(pHRR)以及总热释放量(THR)分别降低了76.91%和58.19%,拉伸强度降低了38.5%。表明MCA@ADP与DPER组成的氮-磷协效膨胀阻燃体系可有效提高TPU复合材料的阻燃性能。
  • 碳纤维增强SiC陶瓷复合材料的制备及性能研究
    蔡康, 李恩颖, 孙冠华, 谢翔宇
    功能材料. 2023, 54(7): 7215-7220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.029
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    以不同掺杂量(0,3%,6%和9%(质量分数))的碳纤维作为增强体,采用先驱体浸渍裂解法(PIP)制备了碳纤维增强SiC陶瓷复合材料,通过XRD、SEM和密度、孔隙率、力学性能测试等,研究了复合材料的晶格结构、微观形貌及力学性能。结果表明,碳纤维可以较好地与SiC陶瓷基体进行结合,并未改变SiC的主相,掺入适量的碳纤维后,可以提高复合材料的结晶度和致密度;掺入碳纤维后,复合材料的颗粒之间变得相对更加紧密,有着明显的体积收缩,当碳纤维掺杂含量为6%(质量分数)时,样品表面的裂痕最少,形貌最佳;随着碳纤维含量的增加,复合材料样品的密度、抗弯强度和断裂韧性均呈现出先升高后降低的趋势,而孔隙率表现出先降低后升高的趋势,当碳纤维掺杂含量为6%(质量分数)时,样品的密度、抗弯强度和断裂韧性达到了最大值,分别为2.91 g/cm3,233.7 MPa和3.48 MPa·m1/2,而孔隙率达到最小值,为62.18%。综合可知,当碳纤维掺杂含量为6%(质量分数)时,碳纤维增强SiC陶瓷复合材料的综合性能最佳。
  • 基于3D打印构筑的高面间热导率氮化硼陶瓷的制备
    肖兵, 任燕, 郑新梅, 赵阳, 杜雨恒, 韩锐, 赵必科, 陈刚, 黄冰雪, 李光照, 彭必友
    功能材料. 2023, 54(7): 7221-7229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.030
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    氮化硼(BN)陶瓷具有高纵横比、耐高温、高导热和电绝缘性等优异性能,广泛应用于电子信息、航天航空、冶金、机械等领域。3D打印技术与传统加工方式相比具有低成本和省时等特点,是制备具有复杂三维结构陶瓷制件的重要成型技术。为此,基于自主研发的气压式新型直写3D打印材料成型平台,使用BN和聚乙烯醇(PVA)作为原料和粘结剂,制备了不同BN含量的陶瓷浆料,利用逐层堆积原理,设计并制备具有不同三维结构的陶瓷预制件,通过改变浆料的流变学特性,在打印过程中实现了BN二维纳米片在剪切力作用下的取向,得到了高面间热导率的陶瓷材料。研究了BN含量对陶瓷制件成型质量的影响,并且采用了XRD和SEM对打印得到的陶瓷材料的结构和微观形貌进行了表征。结果表明,BN/PVA 85浆料有着良好的剪切变稀特性和黏弹性,在线性黏弹性区的屈服应力达到240 Pa,适配于直写成型3D打印技术。BN在制件内部的水平取向度提高有助于增强陶瓷材料的面间热导率,其中,BN/PVA 85陶瓷制件的面间热导率约为4.3 W/(m·K)。
  • MXene/柿单宁复合薄膜的制备及其超级电容器性能研究
    樊凡, 王仲民, 甘伟江, 林振琨
    功能材料. 2023, 54(7): 7230-7236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-9731.2023.07.031
    摘要 ( ) PDF全文 ( ) 可视化 收藏
    过渡金属碳/氮化物(MXene)是一种具有高电化学活性、高电导率、高堆积密度以及优异的力学柔性的二维纳米层状材料,这种特性使其广泛应用于超级电容器领域。但是,Mxene材料容易产生自堆叠问题,影响其作为电极材料的性能。通过溶剂热处理、抽滤等步骤将柿子单宁(PT)掺杂到Ti3C2Tx Mxene中制备了Ti3C2Tx/PT复合薄膜材料,并对其形貌、结构以及电化学性能进行了详细表征,证明了少量PT掺杂可有效改善Ti3C2Tx的堆叠性质,使得电解液离子快速扩散,有利于复合薄膜电容的提升,但是过多的PT引入会导致电容性能降低。电化学测试结果表明,在电流密度为1 A/g时,Ti3C2Tx/PT0.01复合薄膜电极的质量比电容最高达到448 F/ g,相比未掺杂的Ti3C2Tx薄膜提升了23.8%,并且表现出更好的倍率性能。证明了所提出的PT掺杂策略是提升Ti3C2Tx Mxene电容性能的有效手段,这种策略未来有望进一步拓展到其他相似的二维纳米材料当中。
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