西科大材料合成与制备总复习

1、1、材料合成与制备 合成：原子、分子结合 而构成材料 的化学与物理过程 制备：研究 如何控制原子与分子使之构成有用的材料，包括更宏观或更大规模控制材料的结构，使之具备所需的性能和使用效能， 即包括材料的 加工 、处理、 装配和制造。材料合成与制备：合成材料的 合理方法和手段 以及获得材料的 过程。2、溶胶凝胶法的基本概念溶胶凝胶法：用含 高化学活性组分 的化合物作 前驱体 ，在液相下将这些原 料均匀混合，并进行水解、缩聚 化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系， 溶胶经陈化、胶粒间缓慢聚合， 形成三维空间网络结构的凝胶， 凝胶网络间充满 了失去流动性的溶剂， 形成凝胶。凝胶经过老化、 干燥和

2、热处理固化制备出分子 至纳米亚结构的材料。3、溶胶凝胶合成方法的适用范围 (块、多、纤、复、粉、薄、涂)块体材料，多孔材料，纤维材料，复合材料，粉体材料，薄膜及涂层材料4、溶胶稳定的基本理论(1)双电层与 电位 ：溶胶体系中，由于静电引力的存在会使溶液中的反 离子向颗粒表面靠拢， 并排斥同离子， 固体表面电荷与溶液中反电荷形成了双电 层结构。被吸附的离子与固体表面结合牢固， 固体和液体相对运动时， 固体带动 部分反离子一起滑动。 AB 面是发生电动现象时的实际滑动面，滑动面上的电位 即电位。 电位等于零时的 pH点成为等电点。(2)范德华力 和双电层的静电排斥能 ：溶胶是固体或大分子颗粒分散于

3、液 相的胶体体系，具有很大的界面存在，界面原子的吉布斯自由能比内部原子高， 粒子间便有相互聚结从而降低表面能的趋势。 增加体系中粒子间结合所须克服 的能垒可使之在动力学上稳定。增加粒子间能垒通常有三个基本途径：(1)使胶粒带表面电荷； (2) 利用空间位阻效应； (3)利用溶剂化效应。溶胶颗粒表面电荷来自胶粒晶格离子的 选择性电离 ，或选择性吸附 溶剂中的离子 根据 DLVO理论，胶粒受到双电层斥力和长程范德华引力二种作用，此外，胶粒间相互作用还有分子间的范德华力和由表层价电子重叠引起的短程波恩斥力。5、水热与溶剂热合成方法的概念水热法：是指在 特制的密闭反应器 （高压釜 ）中，采用水溶液 作

4、为反应体系，通 过对反应体系 加热、加压（或自生蒸气压），创造一个相对高温、 高压的反应环境， 使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且 重结晶 而进行无机合成与材料处理。溶剂热法：将水热法中的 水换成有机溶剂或非水溶媒 （例如：有机胺、醇、氨、 四氯化碳或苯等），采用类似于水热法的原理，制备在水溶液中无法长成、易氧 化、易水解或对水敏感的材料。6、？超高无机合成的基本原理（同素异型相转变）7、晶体成核与生长的基本原理（三个阶段）（1）生长基元与晶核的 形成 ：环境相中由于物质的相互作用，动态地形成不同 结构形式的生长基元。它们不停的运动，相互转化，随时产生或消灭。当满足线 度和几何构型要求时，晶核

5、即生成。（ 2）生长基元在固 -液生长界面上的 吸附与运动 ：由于对流、热力学无规则运动 或原子吸引力，生长基元运动到固 -液生长界面并被吸附，在界面上迁移运动。（ 3）生长基元在界面上的 结晶或脱附 ：在界面上吸附的生长基元，经过一定距 离的运动，可能在界面某一位置结晶并长入晶相，使得晶相不断向环境相推移， 或者脱附而重新回到环境相中，最终形成晶体。8、化学气相沉淀的基本概念基本概念：通过 化学反应的方式 ，利用 加热、等离子激励 或光辐射等各种能源， 在反应器内 使 气态或蒸汽状态 的化学物质在 气相或气固界面上 经化学反应形成 固态沉积物 的技术。热动力学原理：把含有构成薄膜元素的气态反

6、应剂的蒸气及反应所需其他气体引入反应室，在衬底发生化学反应，并把固体产物沉积到表面生成薄膜的过程。热力学反应类型 ：（ 1）热分解反应。氢化物分解 Ga（CH3）3 +AsH3 （630-675） GaAs +3CH4 金属有机化合物分解 SiH4 +2O2 （325-475）SiO2 +2H2OSiCl4 +2H2（1150-1200） Si + 4HCl氢化物和金属有机化合物体系分解3SiH4 + 4NH3 （750） SiN4 + 12H2其他气态络全物及复合物的分解 （ 类似催化反应 ）（ 2）氧化还原反应 （3）化学合成反应（ 4）化学输运反应 （5）等离子体增强的反应9、获得高温的

7、方式设备及主要工艺流程电，燃料，新能源（光、等离子、电子束）等。电阻炉 ：应用不同的电阻发热材料可以达到不同的高温限度。感应炉：由于导体电阻小， 所以涡流很大； 又由于交流的线圈产生的磁力线不断 改变方向。因此感应涡流也不断改变方向，新感应的涡流受到反向涡流的阻滞， 就导致电能转换为热能，使被加热物很快发热并达到高温。电弧炉 ：电流由直流发电机或整流器供应，产生电弧进行加热高温电子束 ：高速电子流轰击被加热的金属表面， 将它的动能转化成热能， 从而 金属被加热，融化并流入冷铜模内。10、非化学计量比化合物的理论基础，及其在无机功能材料方面的应用原理 理论基础： 多数原子或离子晶体化合物并 不符

8、合定比定律 ，其正负离子的比不是 一个简单、 固定的值。它们呈现范围很宽的组成， 并且组成和具体结构之间没有 简单的对应关系 （或化学同一性 ）。应用原理：由于各种 缺陷 的存在，往往给材料带来了许多特殊的光、 电、声、磁、 力和热性质，使它们成为很好的功能材料。11、纳米材料的基本概念及常见的制备方法 基本概念：在三维空间中至少有一维处于 纳米尺度范围 （1-100nm）或由它们作为 基本单元构成的材料。 （大约相当于 10100个原子紧密排列在一起的尺度。 ） 制备方法：气相法（蒸汽法，化学气相，凝聚法，溅射法）液相法（沉淀法，水热法，溶胶 -凝胶，微乳液法）固相法（高能球磨法，热分解法，固相反应法，火花放电法） 纳米材料的形式（六种） ：纳米粒子、纳米线、纳米带、纳米管、纳米膜、纳米 固体材料12、常用的材料测试方法与表征手段及其基本原理质谱仪：提供该化合物的分子量和元素组成的信息化学成分 红外光谱分析（化学成分分析） ：官能团的种类及防治分子材料的表征核磁共振 ：对聚合物的构型及构象进行分析X射线衍射：确定样品的晶体相和测量