功能材料设计作业

《功能材料设计与制备》作业第一章绪论1、名词解释功能材料：指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。光电效应：在光的照耀下，物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电现象。外形记忆合金：即拥有“记忆效应的合金压电陶瓷：指某些陶瓷介质在力的作用下，产生形变，能引起介质外表带电的陶瓷超导材料：指具有在肯定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。智能材料：是一种能感知外部刺激，能够推断并适当处理且本身可执行的型功能材料。非晶态合金：合金原子呈长程无序的非结晶状态的合金。2、请简述功能材料进展特点〔结合实例进展论述〕。金属功能材料进展特点：开发比较早；被广泛应用，金由于具有优异的物理、化学性能，极有进展前景。

或具有广泛应用的前景；非晶态合无机非金属功能材料进展特点： 以功能玻璃和功能陶瓷为主；型功能玻璃的进展以光功能玻璃为代表；功能材料之间的界限开头变得模糊。其次章材料设计1、材料设计：是指通过理论与计算预报材料的组分、构造与性能，或者说，通过理论设计来“订做”具有特定性能的材料。2、材料设计主要包含哪几个环节？建立材料性质数据库：确定材料功能特性和效用成分和组织构造设计：有阅历法，半阅历法与根本计算法合成和加工工艺设计：从微观到宏观尺度对构造予以掌握使用性能设计第三章粉体制备1.a

选择适宜的工艺分别制备片状-Al2O3粉体，写出制备方法、过程及如何掌握粒径和纯度。a-AI2O3:以硫酸铝［AI〔NO3〕3•9H2O］〔分析纯〕和水溶性高分子为原料。将硫酸铝与水溶性高分子混合研磨均匀，面包状黄色蓬松状产物，该产物在a

150C30min,得到1000C~1200C1~2h,a-AI2O3。可以-AI2O3。a-Al2Qa-AI2O3的前驱物-氢氧化铝，经过煅烧过程晶型转变及a -AI2O3晶粒；其中通过在氧化铝前驱体里混入隔离相,得到需要的a-AI2Q纳米颗粒的粒径、分散性。2.分别用沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳法、水热法和熔盐法设计制备SnO2纳米粉体，给出制备方法、试验流程和XRD及电镜图，并比照这五种方法的优缺点。水热合成法0.126g草酸(1mmoL)0.36gCTAB(1mmoL),搅拌溶解于25mL水中,力口入0.225gSnCl2•2H2O(1mmoL),搅拌得到乳白色溶液，将溶液移入容积为100mL的压力反应釜内，160C分别加2h、6h、24h。待反响釜冷却至室温后将产物离心分别，用蒸馏水、无水乙醇分别洗涤三次，常温枯燥即得到SnO2纳米粉体。3Q413Q416Ci100heutdcgrre向SnCI4水溶液中参加肯定比例的有机分散剂，在适当温度下渐渐低价 NH3 H20直接形成SnO2溶胶为止，在该温度下静止老化后得到凝胶，将此凝胶离心分别，用蒸馏水洗去承受有机试剂脱水和超声分散后，再经枯燥、煅烧等热处理，研磨后得到要流程见以下图。

CI-,SnO2纳米粉。主I_*_TSrrfh唐腔I--------------------------■［商心我集I丽匹銷菲转休Z--辻邸烷_卜 随亂睨见圈3ShQ的XRDit S5W>的SFM 囲微乳液法

图7 的TEM^片与选远电子祈射花祥微乳液通常由外表活性剂，助外表活性剂、油和水或电解质水溶液在适当的比例下自发形成的透亮或半透亮的、低黏度和各向同性的热力学稳定体系。潘庆谊等争论了阴离子外表活性剂组成的微乳液在纳米 SnO2气敏材料合成中的应用。试验结果说明，由AES〔丙烯腈/三元乙丙橡胶/苯乙烯共聚物〕或K12〔十二烷基硫酸钠〕和丁醇组成的微乳液可得到平均晶粒粒度只有的气敏元件无需掺杂即具有较高的气体灵敏度。

6nm左右的均匀分散SnO2粉体,用这种材料组成化学沉淀法化学沉淀法是将沉淀剂参加到包含一种或多种离子的可溶性盐溶液中，使溶液发生水解反响，形成不溶性的氢氧化物，水合氧化物或盐类从溶液中析出，然后将溶剂和溶液中原有的阴离子洗去，经过热分解或脱水处理，就可以得到纳米尺度的粉体材料。承受超声-沉淀法，以五水合四氯化锡为主要原料，氨水为沉淀剂，20〜30Hz的超声场中辐射。得到的氧化锡粉体的平均晶粒尺寸为13nmSnO2粉体分散良好，粒子分布均匀，团聚现象较少。这四种方法的优缺点比较如下表：IIM凤析CILMJ-好喘探棘摘筑地itS?!札珂摊品林成掠生ft过出比做加人摘有机试：＞40椅株將枪尺寸均、It族面和心燒鲂軽反怆鬲兰品化.11血渭脫-3生咁聚外表活性剂的分类及CMC、HLB的定义。按极性基团的解离性质分类：1、 阴离子外表活性剂：硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠2、阳离子外表活性剂：季铵化物3、两性离子外表活性剂：卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型4、非离子外表活性剂： 脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦，聚山梨酯。HLB亲水亲油平衡，用以衡量外表活性剂分子中极性基、非极性基两局部的相对强度。CMC临界胶束浓度，外表活性剂在溶液中形成胶束时的最低浓度。熔盐法制备粉体时，盐的选择很关键，需要留意哪些问题？熔盐法中盐的种类对所制备粉体的形貌和性质格外关键，选择盐的种类时要遵循以下原则：对晶体材料应具有足够大的溶解度，一般应为 10〜50wt%。在尽可能宽的温度范围内，不会形成稳定的其它化合物，所要的晶体是唯一的稳定相。熔盐在晶体中的固溶度应尽可能小，为避开熔盐作为杂质进入晶体，应选用与晶体不易形成固溶体的化合物作熔盐。应具有尽可能小的粘滞性，以利于溶质和能量的输运，从而有利于溶质的集中和潜熟的释放，这对于生长高完整性的单晶是极为重要的。应具有尽可能低的熔点和尽可能高的沸点，以便选择便利的和较宽的生长温度范围。应具有很小的挥发性〔除熔盐挥发法外〕、腐蚀性和毒性。应易溶于对晶体无腐蚀作用的某种液体溶剂中，如水、酸或碱性溶液等，以便将生长得到的晶体从凝固的熔盐中分别出来。在熔融状态时，其比重应尽量与结晶材料相近，否则上下浓度不均一，引起晶粒生长的不均匀。简述球磨、振动磨、搅拌磨、胶体磨的工作原理及适用范围。球磨：利用介质和物料之间的相互研磨和冲击使物料粒子粉碎。小于20％。

1m的粒子到达1m以下。搅拌磨其粉碎原理与球磨类似。适于制备轧膜成型和流延法成型用的浆料。胶体磨：利用一对固体磨子和高速旋转磨体的相对运动所产生的强大剪切、作用力来粉碎或分散物料粒子的。产品粒径可达1卩1、什么是物理气相沉积〔PVD〕？简洁介绍其主要过程。

摩擦、冲击等定义：在真空度较高的环境下，通过加热或高能粒子轰击的方法使源材料逸出沉积物质粒子〔可以是原子、分子或离子〕，这些粒子在基片上沉积形成薄膜的技术。主要过程包括气相物质的产生、运输与沉积。其技术关键在于如何将源材料转变为气相粒子。2、真空蒸发系统主要由哪三个局部组成？哪个局部是最关键的，主要起什么作用？蒸发装置主要包括哪些类别？选择三种典型蒸发装置，比较其原理、特点和适用领域。真空蒸发系统由真空室、蒸发源/蒸发加热装置、基片架及基片加热装置三局部构成；其中最为重要的是蒸发源/蒸发加热装置，其起到热源和支撑作用。蒸发装置包括：电阻加热蒸发，闪耀蒸发，电子束蒸发，激光熔融蒸发，电弧蒸发等。蒸发设备原理蒸发设备原理电阻加热蒸发电阻丝发热轰击电子的动能电子束蒸发转化为材料热能电弧放电蒸发以真空电弧为热源避开热体材料蒸发污染、

应用领域制备单质金属、氧化物、介电材料、半导体化合物高纯、高熔点、易污染材料加热温度高、本钱低 高熔点难熔金属及其化合物、碳才聊薄膜3、与蒸发法相比，溅射镀膜主要有哪些优点和缺点？溅射装置可以按哪些特性分为哪些类别？选择三种典型溅射装置，比较其镀膜原理、工艺特点和适用领域。与蒸镀法相比，溅射法优点：溅射的速度比蒸镀快很多.蒸镀不能掌握厚度,而溅射可以用时间掌握厚度.溅射法较蒸镀法适合大规模的生产薄膜与基底结合力比蒸镀强溅射的膜均匀,蒸镀的膜中心点厚,四周薄.缺点：溅射比蒸镀工作真空低一个数量级,所以膜层的含气量要比蒸镀高溅射不适用于低硬度材料,如非金属材料.溅射不适用于非导电材料.分类：按电电极特性不

传统二极溅射三/四极溅射磁控溅射射频溅射导体溅射装置的比较：溅射装置

原理电场作用下的加速电子撞击电离气体电子与高频沟通电场共振,继而不断撞击气体分子电子在磁场中运动撞击

工艺特点简洁、速度慢、膜密度低离化率较高、可用于任何材料高溅射率、避开二次

适用范围只适用于导体各种材料适合以单晶和塑料为磁控溅射气体分子使之电离

电子轰击、基板温度低

基底的镀膜4、简述化学气相沉积镀膜的概念及特征，根本分类如何?按工作压力不同，可分为勺常压CVD:无需真空、靠载气输运、污染较大低压按工作压力不同，可分为勺常压CVD:无需真空、靠载气输运、污染较大低压CVD:易于气化反响物、无载气、污染小

通过化学反响，将反响形成的固相产物沉积于CVD(200~500C)CVD(500~1000C)CVD(1000~1300°C)分类勺热壁CVD:整炉咼温、等温环境按加热方式不同，可分为 冷壁CVD:局部加热〔仅基片和基片架〕热激活〔CVD〕按反响激活方式不同，可分为光致活化CVD〔紫外光、激光、可见光〕等离子体激活〔PECVD〕5、电化学镀膜与化学镀的区分是什么？电化学镀是电流通过在电解液中的流淌而产生化学反响， 在阳极或阴极上沉积薄膜的方法。化学镀在无电流通过〔无外界动力〕时借助复原剂在金属盐溶液中使目标金属离子复原，并沉积在基片外表上形成金属/合金薄膜的方法。两者本质区分：电镀：反响驱动力来自外加电场赐予的能量；化学镀：反响驱动力来自溶液体系自身的化学势！6、为什么镀膜前要对基片进展严格的清洗？1〕薄膜与玻璃结合力强弱直接与玻璃外表的干净程度有关系。2〕如不加清洗，在镀膜前看不到的脏污，会在镀膜后成为颜色不均匀现象。7、真空泵可分为哪两大类？简述各类真空泵类型及其工作压强范围。另分析说明有用的真空抽气系统为什么往往需要多种真空组成复合抽气系统？真空泵分为：旋片式机械泵和油集中泵两类。〕旋片式泵分为：旋片式、定片式、滑阀式；工作区间：单级：105~1Pa；双级：105~10-2Pa〕油集中泵工作区间：1~10-6Pa。1、简述一维纳米材料制备的六种思路利用晶体本身各向异性的晶体构造；引入液-固界面来降低晶种的对称性；用各种具有一维形貌的模板；用适宜的包覆剂；零维纳米构造的自组装；降卑微构造的尺寸。2、热蒸发法制备一维纳米材料的根本过程。TT在低温区放置衬底