材料化學(xué)重點(共16頁)

1、材料化學(xué)(huxu)重點1.1 化學(xué)鍵的本質(zhì)(bnzh)及分類材料(cilio)：可為社會接受而又能經(jīng)濟的制造有用器件的物質(zhì)叫材料。離子鍵：離子鍵是一種靜電型鍵，是由電荷相反的離子通過其過剩電荷的庫侖引力所形成的。 離子(lz)極化：在外電場作用下，離子中電子分布的重心會偏離(pinl)原子核而導(dǎo)致離子的變形，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極矩。 離子極化(j hu)率：外電場強度除以偶極矩 離子極化率的大小就是表示在外電場的作用下電子云變形的能力，它主要取決于核電荷對外層電子吸引的強弱程度和外層電子的數(shù)目。 影響因素：1.離子半徑：離子半徑大，極化率大2.離子價數(shù)：離子價數(shù)越高，極化力越大3.離子的電子云構(gòu)型：

2、含dx電子的過渡元素的正離子一般比具有惰性氣體構(gòu)型的正離子有較大的極化率 共價鍵的特點：共價鍵晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定沒有可移動的電子，所以不導(dǎo)電，熔點從低到高范圍較寬，但純共價晶體的熔點一般都是很高的，硬度很大。金屬鍵的特征：是沒有方向性和飽和性，結(jié)構(gòu)上為密堆積，具有高的配為數(shù)和大的密度。 能帶理論：能帶理論就是認(rèn)為晶體中的電子是在整個晶體內(nèi)運動的共有化電子，并且共有化電子是在晶體周期性的勢場中運動；結(jié)果得到：共有化電子的本征態(tài)波函數(shù)是Bloch函數(shù)形式，能量是由準(zhǔn)連續(xù)能級構(gòu)成的許多能帶。 金屬的能帶結(jié)構(gòu)：最高占有帶（即價帶）僅僅部分充滿，或者能帶發(fā)生重疊。 絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)：價帶全滿，且與下一個能帶被

3、一個大的禁帶隔開。 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)(jigu)：價帶全滿，且與下一個(y )能帶被一個相對于絕緣體禁帶隙要小的禁帶隔開。（Eg=0.53eV）1.2 利用能帶理論來解釋(jish)固體電性能本征半導(dǎo)體：半導(dǎo)體性質(zhì)是由于電子從滿帶被激發(fā)到導(dǎo)帶而產(chǎn)生的。 雜質(zhì)半導(dǎo)體：其電性能受外加摻雜劑控制的一類半導(dǎo)體。載流子：對電導(dǎo)有貢獻(xiàn)的粒子。包括滿帶中的空穴和導(dǎo)帶中的電子。本征半導(dǎo)體是高純材料，它的載流子為激發(fā)到導(dǎo)帶的電子和留在滿帶的空穴，且兩者的濃度相等，其值完全受能帶間隙的大小和溫度的支配。本征半導(dǎo)體一般都要求是高純物質(zhì)，制備上往往是極其困難的。另外，本征半導(dǎo)體的能隙較寬，一般條件下的熱激發(fā)是很難逾越

4、的。1.3缺陷點缺陷：晶格周期性的破壞發(fā)生在一個或幾個晶格常數(shù)的限度范圍內(nèi)，這類缺陷統(tǒng)稱為點缺陷。肖脫基缺陷：正負(fù)離子由正常的格點位置跑出到表面，晶體內(nèi)部生成相應(yīng)的空位，其化學(xué)組成比是不變的。（正負(fù)離子空位成對出現(xiàn)）弗倫克耳缺陷：離子離開正常格點位置進(jìn)入間隙位置而形成的。通常移動到間隙位置上的離子其半徑都較小，多為陽離子。（空位與填隙原子成對）雜質(zhì)點缺陷：a替代式雜質(zhì)點缺陷 b填隙式雜質(zhì)點缺陷電子缺陷：在固體晶格中，由于本征點缺陷或雜質(zhì)點缺陷的存在，晶格的周期性勢場局部地受到破壞，在這些局部地區(qū)，電子的能態(tài)同晶體中其它部分的能態(tài)有所不同。半導(dǎo)體中的電子缺陷：能提供給導(dǎo)帶以電子，我們們稱這種雜質(zhì)

5、為施主雜質(zhì)，形成的是n型半導(dǎo)體；能接受滿帶的電子，滿帶中出現(xiàn)空穴，我們們稱這種雜質(zhì)為受主雜質(zhì)，形成的是p型半導(dǎo)體。點缺陷名稱點缺陷所帶有效電荷（中性，正電荷，負(fù)電荷）缺陷在晶體中所占的格位一般空位缺陷用V表示（空位Vacancy的字首）；雜質(zhì)缺陷則用該雜質(zhì)的元素符號表示，電子缺陷用e表示，空穴缺陷用h表示。1空位缺陷：如NaCl晶體中，VNa，VCl。2.間隙原子缺陷：AB化合物中有A或B間隙原子缺陷。假設(shè)A、B為一價化合物，則有缺陷：Ai，Bi。3錯位原子缺陷：AB，BA。4雜質(zhì)原子缺陷：AB中摻有少量的外來雜質(zhì)L時，假設(shè)AB為一價化合物，L為二價，則有：LA，LB，Li。假設(shè)AB為二價化合

6、物，L為一價，則有：LA，LB，Li。載流子濃度對溫度的依耐關(guān)系：耗盡區(qū)域B：雜質(zhì)已全部電離，載流子濃度與溫度無關(guān)，而電導(dǎo)率由于遷移效應(yīng)顯示(xinsh)隨溫度進(jìn)一步上升而緩慢下降的趨勢。，n一定(ydng)，隨T升高(shn o)而降低，隨T升高而降低（升溫?fù)蟿邮惯w移受阻）本征區(qū)域C：由于相當(dāng)數(shù)量的本征載流子被激發(fā)導(dǎo)致電導(dǎo)率隨溫度升高而急劇增大。對于半導(dǎo)體器件較為方便的使用區(qū)域是耗盡區(qū)域，正因為它們對溫度變化相對地不敏感，才能達(dá)到穩(wěn)定使用的目的。1.4非晶態(tài)的結(jié)構(gòu)特征晶子學(xué)說：玻璃是由“晶子和無定形物質(zhì)組成；晶子是帶有晶格變形的有序區(qū)而非微晶；晶子分散在無定型介質(zhì)中，二者之間是逐漸過渡的。無

7、規(guī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)說：1)形成玻璃的物質(zhì)與相應(yīng)的晶體類似，形成相似的三維空間網(wǎng)絡(luò)。2)三維空間網(wǎng)絡(luò)是由離子多面體通過橋氧相連，向三維空間無規(guī)律的發(fā)展而構(gòu)筑起來的。3)電荷高的網(wǎng)絡(luò)形成離子位于多面體中心，半徑大的變性離子，在網(wǎng)絡(luò)空隙中統(tǒng)計分布，對于每一個變價離子則有一定的配位數(shù)。兩種學(xué)說統(tǒng)一的看法是玻璃是具有近程有序（1.5-2.0nm）、遠(yuǎn)程無序這樣一個結(jié)構(gòu)特點的無定形物質(zhì)。無規(guī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)說著重于玻璃結(jié)構(gòu)的無序、連續(xù)、均勻和統(tǒng)計性。晶子假說著重于玻璃結(jié)構(gòu)的微不均勻和有序性。雙體概率分布函數(shù)g（r）的強度給出了材料的有序程度 1.5高分子材料(cilio)基本(jbn)定義：高分子：分子量高于約1萬的稱為(c

8、hn wi)高分子單體：通常將生成高分子的那些低分子原料稱為單體。單體單元：組成高分子鏈的基本結(jié)構(gòu)單元，通常與形成高分子的原料相聯(lián)系，所以稱單體單元。結(jié)構(gòu)重復(fù)單元：又叫鏈節(jié)，是高分子中重復(fù)出現(xiàn)的那部分，高分子的結(jié)構(gòu)式常表示【鏈節(jié)】，n為鏈節(jié)的數(shù)目。聚合度：聚合物分子中，單體單元的數(shù)目叫聚合度。一級結(jié)構(gòu)：單個大分子內(nèi)與基本結(jié)構(gòu)單元有關(guān)的結(jié)構(gòu)。包括結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成、鍵接方式（頭頭和頭尾）、構(gòu)型（旋光異構(gòu)和幾何異構(gòu)）、支化和交聯(lián)以及共聚物的序列結(jié)構(gòu)。二級結(jié)構(gòu)指的是若干鏈節(jié)組成的一段鏈或整根分子鏈的排列形狀。高分子鏈有五種基本構(gòu)象，即無規(guī)線團(tuán)、伸直鏈、折疊鏈、螺旋鏈和鋸齒形鏈。三級結(jié)構(gòu)指在單個大分子

9、二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，許多這樣的大分子聚集在一起而成的結(jié)構(gòu)，也叫聚集態(tài)結(jié)構(gòu)或超分子結(jié)構(gòu)。三級結(jié)構(gòu)包括結(jié)晶結(jié)構(gòu)、非晶結(jié)構(gòu)、液晶結(jié)構(gòu)和取向結(jié)構(gòu)等。四級結(jié)構(gòu)是指高分子在材料中的堆砌方式。在高分子加工成材料時往往還在其中添加填料、助劑、顏料等外加成份。又稱為織態(tài)結(jié)構(gòu)。高分子鏈的柔順性及其結(jié)構(gòu)影響因素主鏈結(jié)構(gòu).主鏈全部由單鍵組成的高分子一般柔順性較好。主鏈有雜原子時，由于雜原子上無氫原子或取代基，和/或鍵長鍵角較大，從而內(nèi)旋轉(zhuǎn)較容易而更為柔順。主鏈含芳環(huán)或雜環(huán)時，由于芳雜環(huán)不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使可旋轉(zhuǎn)的單鍵數(shù)目減少，所以這類分子鏈柔性較差，芳環(huán)越多柔性越差。主鏈含孤立雙鍵時，孤立雙鍵相鄰的單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)更容易，由于兩個因

10、素即鍵角較大且相連的雙鍵上的氫原子或取代基只有一個。B.對于非對稱性取代，側(cè)基的極性越大或數(shù)目(shm)越多，相互作用力越大，分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)受阻，柔性變差。另一方面，側(cè)基的體積越大，空間位阻越大，內(nèi)旋轉(zhuǎn)也越困難，柔性也越差。但側(cè)基如果是柔性的，側(cè)基的增大使分子間距離增加，會使分子間作用力減小，其影響超過空間位阻的影響。對于(duy)對稱取代，偶極矩抵消了一部分，整個分子極性減小，柔性增加。c.分子鏈的長短 一般(ybn)分子鏈越長，構(gòu)象數(shù)目越多，鏈的柔性越好。d.分子間作用力 首先是氫鍵（較剛性），其次是結(jié)晶（分子構(gòu)象無法改變，剛性增大），其三是交聯(lián)（輕度交聯(lián)對柔性影響不大，但交聯(lián)度達(dá)到一定程度

11、則鏈柔性大為減少）。2.2晶體材料的制備1.陶瓷法： 含義：在恒溫條件下，通過固體原料化合物的直接反應(yīng)來制備材料，也稱為固相反應(yīng)法。機理：固體原料化合物在一定的較強烈的反應(yīng)條件下（如加熱至10002000甚至更高溫度），晶體的原料粉末互相混合，通過接觸的晶面發(fā)生離子的自擴散或互擴散，或原有化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成及新物相的生成，晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，這種變化向固體原料內(nèi)部或深度擴散，最終導(dǎo)致一種新多晶材料的生成。陶瓷法的不足：反應(yīng)只能在相界面進(jìn)行，隨后的擴散過程也十分困難。反應(yīng)最終得到的往往是反應(yīng)物和產(chǎn)物的一個混合體系，極難分離或提純。即使反應(yīng)進(jìn)行的再完全，也很難得到一個純相的體系。還存在反應(yīng)

12、容器污染產(chǎn)物的問題。2化學(xué)法前驅(qū)體法使反應(yīng)物在原子級水平上混合，制備出有確定化學(xué)計量的單一化合物，這一固態(tài)物質(zhì)稱為前驅(qū)體，前驅(qū)體在加熱之后能得到所設(shè)計的產(chǎn)物。缺點：前驅(qū)體中化學(xué)計量與產(chǎn)物化學(xué)計量保持一致較困難。目前解決的辦法常采用共沉淀的辦法制備固溶體前驅(qū)體局部氧化還原法插層法是在材料原有的晶體相結(jié)構(gòu)中插入額外的原子或離子來達(dá)到氧化還原反應(yīng)目的的方法。這種反應(yīng)是可逆的，當(dāng)外來原子或離子滲透進(jìn)入層與層之間的空間時，層可以被推移開，層間距拉大，當(dāng)插層原子從晶體中逸出時，結(jié)構(gòu)層互相靠近，恢復(fù)原狀。局部離子交換法具有一定程度的開放性并允許一些外來的原子或離子進(jìn)入或逸出晶體，還可通過局部離子交換法制備新

13、的晶體材料。單晶材料(cilio)的制備：提拉法：過程：將原料熔于一無反應(yīng)性的熱坩堝中，熔體的溫度調(diào)節(jié)到略高于原料的熔點，即將要生長的材料在坩堝中熔化，然后將籽晶插入（浸入）到熔體里，達(dá)到(d do)熱平衡后，籽晶既不熔掉也不長大，緩慢向上提拉籽晶，同時旋轉(zhuǎn)籽晶，籽晶緩慢的在熔體中生長，當(dāng)籽晶由熔體里緩慢地拉出時，在界面就連續(xù)地發(fā)生晶體生長。優(yōu)點(yudin)：在生長過程中可以方便的觀察晶體的生長狀況。b晶體在熔體表面處生長，而不與坩堝相接觸，這樣能顯著的減小晶體的應(yīng)力，并防止堝壁的寄生成核。c可以方便的使用定向籽晶和“縮頸”工藝?？s頸后配籽，其位錯可大大減小，這樣可使放大后生長出來的晶體，其

14、位錯密度降低。成功實現(xiàn)提拉法必須滿足的準(zhǔn)則：a晶體（或晶體加摻雜）熔化過程中不能分解，否則有可能引起反應(yīng)物和分解產(chǎn)物分別結(jié)晶。b要求坩堝不污染熔體。c爐子及加熱元件要保證能加熱到熔點，該熔點要低于坩堝的熔點。坩堝熔點比工作溫度必須高出200左右。d要能夠建立足以形成單晶材料的提拉速度與熱梯度相匹配的條件?；瘜W(xué)氣相沉積技術(shù)（CVD）：氫還原反應(yīng)：歧化反應(yīng)（自身氧化還原反應(yīng)）熱分解反應(yīng)熱分解合成反應(yīng)半導(dǎo)體晶體生長的氣相外延法：可從熔體中生長出來半導(dǎo)體晶體，可從高溫溶液中生長出半導(dǎo)體晶體。氣相外延生長的溫度遠(yuǎn)低于所生長材料的熔點，因此有利于獲得高純材料、具有高離解壓難以從熔體中生長的材料和陡峭P-N

15、結(jié)或異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。生長速度典型值為每小時幾到幾十m，適于生長超晶格和量子阱結(jié)構(gòu)。焰熔法的優(yōu)點：(1)生長設(shè)備簡單，此方法不需要坩堝，節(jié)約了制作坩堝的耐高溫材料，又避免了晶體生長過程中坩堝的污染；(2)氫氧焰燃燒(rnsho)時，溫度可達(dá)2800，所以(suy)原則上講，高熔點的單晶體，只要不揮發(fā)，不怕氧化，都可以用這種方法生長。(3)生長速度(sd)快，短時間用此法可以生長出較大的晶體。焰熔法的缺點：因為發(fā)熱源是燃燒的氣體，故其溫度不可能控制得很穩(wěn)定；火焰中的溫度梯度較大，造成結(jié)晶層的縱向溫度梯度和橫向溫度梯度均較大，生長出來的晶體質(zhì)量欠佳，生長的晶體位錯密度較高，內(nèi)應(yīng)力也較大。2.3無定形材

16、料的制備非晶態(tài)材料的基本特征：各向同性。非晶態(tài)材料各個方向的性質(zhì)，如硬度、彈性模量、折射率、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱率等都是相同的。介穩(wěn)性。玻璃是由熔體急劇冷卻而得，由于在冷卻過程中黏度急劇增大，質(zhì)點來不及進(jìn)行有規(guī)則的排列，系統(tǒng)的內(nèi)能尚未處于最低值，因而處于介穩(wěn)狀態(tài)，在定的外界條件下，仍具有自發(fā)放熱轉(zhuǎn)化為內(nèi)能較低的晶體的傾向。無固定熔點。玻璃態(tài)物質(zhì)由固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w是在一定溫度區(qū)間（轉(zhuǎn)化溫度范圍內(nèi)）進(jìn)行的，與結(jié)晶態(tài)物質(zhì)不同，無固定的熔點。(4)物理、化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性和可逆性。非晶態(tài)材料由熔融狀態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w(玻璃體)是漸變的，需在一定溫度范圍內(nèi)完成，其物理、化學(xué)性質(zhì)的變化是連續(xù)的、可逆的。(

17、5)沒有任何長程有序，只存在小區(qū)間內(nèi)的短程有序。（6)衍射花紋是由較寬的暈和彌散環(huán)組成1非晶態(tài)金屬的性能特點具有優(yōu)異的軟磁性能、力學(xué)性能、耐腐蝕特性、催化特性、電學(xué)和耐輻射（中子、射線等）特性力學(xué)上：強度比一般金屬都高，接近于晶須彈性比晶態(tài)合金低3040各向同性電學(xué)上：電阻率高，為晶態(tài)的25倍。制備的一般原理必須使熔體金屬以大于臨界速度急速冷卻，使結(jié)晶過程受阻而形成非晶態(tài)，不同成分的非晶態(tài)金屬的臨界冷卻進(jìn)速度可在102107K/s6個數(shù)量級之內(nèi)變化，且多數(shù)非晶態(tài)合金可在105106K/s的冷卻速度下獲得。必須將金屬玻璃冷到或低于它的再結(jié)晶溫度，將這種熱力學(xué)上的亞穩(wěn)態(tài)保存下來，而不向晶態(tài)轉(zhuǎn)變。玻

18、璃的優(yōu)異性能：玻璃具有極高的透光性，是一類理想的透明材料，并且隨添加物的不同，可以得到各種不同的顏色。2)玻璃質(zhì)地堅硬、致密，具有較高的機械強度和氣密性；3)玻璃具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，其耐腐蝕性能遠(yuǎn)較金屬材料要高得多；4)玻璃具有很好的成型性能和加工性能，可以很容易地制作成各種( zhn)特殊形狀的玻璃器件；5)一般(ybn)情況下，玻璃具有電絕緣性，同時也具有較好的熱穩(wěn)定性和隔熱性能；6)通過改變玻璃成分和玻璃制作工藝，可以得到具有不同特殊(tsh)性能的玻璃；7)玻璃的制備原料來源廣泛，價格低廉。玻璃中常見成分的作用：SiO2是玻璃中最主要的成分，玻璃所具有的耐熱、耐壓、脆性、化學(xué)穩(wěn)定性和

19、透明等性能主要是由SiO2提供（網(wǎng)絡(luò)形成劑）Na2O和K2O同屬堿金屬氧化物，可統(tǒng)一用R2O來表示，它們的引入能降低玻璃的粘度，有利于熔化和成型。CaO和MgO同屬于堿土金屬氧化物，其引入可以避免玻璃的析晶，提高化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度。Al2O3亦能降低玻璃的析晶趨勢，同時提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，但其高含量會引起玻璃粘度的增加，不利于玻璃的熔制。2.4聚合物材料的制備鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)的一般性特征：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一般方式是由引發(fā)劑產(chǎn)生一個活性種(活性種可以是自由基、陽離子或陰離子)，然后引發(fā)鏈?zhǔn)骄酆?，使聚合物活性鏈連續(xù)增長。逐步聚合反應(yīng)有兩個顯著的特征：相對分子質(zhì)量隨轉(zhuǎn)化率增高而逐步增大；在高轉(zhuǎn)化率才能生成

20、高相對分子質(zhì)量的聚合物，這是逐步聚合反應(yīng)區(qū)別小分子縮合反應(yīng)的一個重要特征。雙基偶合反應(yīng)是兩鏈自由基頭部的單電子相互結(jié)合成穩(wěn)定的共價鍵，其結(jié)果大分子鏈增長了一倍，兩端都帶有引發(fā)劑的根基。雙基歧化反應(yīng)是兩個生長著的大分子鏈相互作用，一個鏈自由基奪取另一個鏈自由基上的氫原子，獲得氫原子后的大分子端基飽和，失去氫原子的大分子的端基則不飽和，其結(jié)果，聚合度與鏈自由基中的單元數(shù)相同，每個大分子只有一端連有一個引發(fā)劑的根基，生成一個飽和，另一個不飽和的聚合物。陽離子聚合：陽離子聚合引發(fā)劑都是親電試劑，主要包括以下幾類：質(zhì)子酸：其引發(fā)陽離子為離解產(chǎn)生的質(zhì)子H+，包括：無機酸：H2SO4， H3PO4等有機酸：

21、CF3CO2H, CCl3CO2H等超強酸：HClO4，CF3SO3H, ClSO3H等。活性中心是碳陽離子，極性大的溶劑有利于鏈增長活性中心與抗衡陰離子的離解，有利于聚合反應(yīng)速率的增大陰離子聚合：陰離子加成類引發(fā)劑：引發(fā)劑離解產(chǎn)生的陰離子與單體加成引發(fā)聚合反應(yīng)：電子轉(zhuǎn)移類引發(fā)劑：鋰、鈉、鉀等堿金屬原子最外層只有一個價電子，容易轉(zhuǎn)移給單體或其他物質(zhì)，生成陰離子，引發(fā)聚合。這種引發(fā)稱做電子轉(zhuǎn)移引發(fā)?；钚灾行目梢允亲杂呻x子，離子對，甚致于處于締合狀態(tài)的陰離子活性種。離子聚合反應(yīng)對單體有高度選擇性：陽離子只能引發(fā)那些(nxi)含有給電子取代基如烷氧基、苯基和乙烯基等烯類單體聚合，如異丁烯和烷基乙烯基

22、醚等。陰離子只能引發(fā)那些含強吸電子基團(tuán)如硝基、腈基、酯基、苯基(bn j)和乙烯基等烯類單體聚合。從熱力學(xué)觀點開環(huán)聚合的可行性順序為：三元環(huán)、四元(s yun)環(huán)八元環(huán)五元環(huán)、七元環(huán)六元環(huán)。環(huán)化反應(yīng)的可能性雙官能團(tuán)單體通過逐步聚合反應(yīng)來合成線型聚合物，有時由于環(huán)化反應(yīng)的競爭而復(fù)雜化?？赡馨l(fā)生分子內(nèi)和分子間成環(huán)。（二元醇，二元胺，二異氰酸酯，氨基酸或羥基酸）光纖優(yōu)點：傳光效率高、集光能力強、信息量大、速度快、頻率高、抗干擾、耐腐蝕、可彎曲、保密性好、資源豐富、成本低等一系列優(yōu)點。光纖分類：按折射率分布：階躍折射率型 梯度折射率型傳輸模數(shù)：能傳輸多種形式的光纖稱為多模光纖階躍型光纖，當(dāng)特征頻率2.

23、405時，能傳輸基模稱為單模光纖。光纖制備工藝：光纖預(yù)制棒（10-20mm）拉絲（ 125m）玻璃纖維裝套薄膜制備工藝有真空蒸鍍、濺射、分子束外延、化學(xué)氣相沉積、溶膠凝膠法、液相外延、還有電鍍、涂布以及機械壓制等許多方法。納米：納米是一個長度計量單位，1納米 = 10-9米，納米結(jié)構(gòu)通常是指尺寸在100納米以下（1-100nm）的微小結(jié)構(gòu)。納米效應(yīng)：小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)（含宏觀量子隧道效應(yīng)）、表面效應(yīng)和界面效應(yīng)納米金屬的熔點比普通金屬低幾百度；氣體在納米材料中的擴散速度比在普通材料中快幾千倍；納米磁性材料的磁記錄密度可比普通的磁性材料提高倍；納米復(fù)合材料對光的反射度極低，但對電磁波的吸收性能極

24、強，是隱形技術(shù)的突破；納米材料顆粒與生物細(xì)胞結(jié)合力很強。材料表面與界面化學(xué)表面：表面指物體與真空或本身的蒸氣接觸的面。由于絕對的真空并不存在，許多場合下，把固相與氣相、液相與氣相之間的分界面都稱為表面。弛豫表面：固體表面層之間以及表面和體內(nèi)原子層之間的垂直距離偏離固體內(nèi)部的晶格常數(shù)，而其晶胞結(jié)構(gòu)基本不變，這種情況稱為弛豫。重構(gòu)表面：重構(gòu)是指表面原子層在水平方向上的周期性不同于體內(nèi)，但重直方向的層間間距與體內(nèi)相同。界面行為：在任何兩相交界的界面上，質(zhì)點所受的力不平衡，因而存在著界面張力，在界面張力作用下界面上會發(fā)生一系列物理化學(xué)過程：吸附、潤濕、粘附、磨擦(m c)、封接等等。吸附通常是指處于(

25、chy)氣相的分子或原子與表面的結(jié)合。產(chǎn)生吸附的原因：固體表面(biomin)具有過剩的能量表面自由焓。物理吸附含義：指氣體分子或原子被與之不同的物質(zhì)所組成的表面勢阱較淺的力所捕獲，即范德華力。特點：a物理吸附不需激活能，可自發(fā)進(jìn)行，吸附過程中放出能量不大，約20kj/mol。b吸附時吸附質(zhì)點的性質(zhì)沒有變化，脫附時還保留自己的原始形態(tài)。c可在固體表面形成多層吸附分子層，吸附速度解吸速度快，易于達(dá)到吸附平衡狀態(tài)。d吸附劑結(jié)合的幾率與氣體溫度、吸附劑、吸附質(zhì)結(jié)合、表面溫度有關(guān)。化學(xué)吸附含義與物理吸附不同，具有很緊密的結(jié)合，作用力是共價鍵或離子鍵。特點：a有明顯的選擇性b只能是單分子層吸附c放出熱量

26、很大，40400KJ/mol和化學(xué)反應(yīng)熱的數(shù)量級差不多。d化學(xué)吸附的作用力較強，所以被吸附的物質(zhì)在固體表面上比較穩(wěn)定，不易解吸，不完全可逆，一般化學(xué)吸附的吸附和解吸速度都較小，且不易達(dá)到吸附平衡。e溫度上升可加快化學(xué)吸附的速度。吸附熱：吸附所釋放出的能量近似地表征了吸附質(zhì)點和吸附劑的結(jié)合的牢固性吸附平衡與吸附等溫線：用吸附平衡式描寫吸附狀態(tài)，吸附平衡式函數(shù)關(guān)系。：單位時間內(nèi)單位面積上的吸附量，、溫度和壓強吸附平衡式描述的一種動態(tài)平衡，即單位時間內(nèi)固體表面的吸附分子數(shù)與離開的分子數(shù)相等，表現(xiàn)出吸附速率為。粘濕：當(dāng)固體表面與液體接觸后，原有的固氣界面和液氣界面都不符存在，而生成新的固液界面。粘濕功

27、的大小反映了將固液界面分開的難易程度。當(dāng)0時，液體能粘濕固體的表面。浸濕：將固體全部浸入液體之中，即固液界面完全取代原有的固氣界面，這個過程稱為浸濕。浸沒功：反映液體在固體表面取代氣體的能力。一定T，P條件下，當(dāng) 0時才能發(fā)生浸濕過程。鋪展：當(dāng)液體在固體表面鋪展開來形成(xngchng)均勻液膜時，不僅固液界面取代(qdi)了原來的固氣界面(jimin)，并且原有的液氣界面也得以擴大。當(dāng)S0時，鋪展過程可以自由進(jìn)行，只要液體的數(shù)目足夠，就可直接將整個固體表面鋪滿，完全以固液界面取代原有的固氣界面。粘附：含義：粘附實質(zhì)相互接觸的兩個表面之間的相互吸引。固體表面催化：1.催化劑：能夠增加化學(xué)反應(yīng)達(dá)

28、到平衡的速度而在過程中不被消耗的物質(zhì)。特點：壽命長、容易活化、再生、回收，在使用過程中易于采取自控操作。多相催化：催化劑與反應(yīng)物分屬不同的相。催化劑組成：催化劑活性組分催化劑中起主要作用。它具有催化性能。助催化劑以各種濃度加入的非活性組分，目的在于改善催化劑的催化性能。載體是活性組分的基體或粘接劑多相催化反應(yīng)的過程1反應(yīng)物擴散到固體催化劑的表面。2反應(yīng)物為固體催化劑的表面所吸附。3反應(yīng)物與固體催化劑表面發(fā)生反應(yīng)，生成中間產(chǎn)物進(jìn)而生成最終產(chǎn)物。4反應(yīng)生成的最終產(chǎn)物由固體催化劑的表面脫附。5反應(yīng)產(chǎn)物由擴散作用而離開固體催化劑的表面。催化反應(yīng)的速率往往是由這五個基本步驟中進(jìn)行最慢的過程所控制。固體催

29、化劑（特別是金屬催化劑，其不同晶面的催化活性是不同的）表征其表面結(jié)構(gòu)的一些參量是催化活性組分的晶態(tài)，晶格常數(shù)，晶粒大小及分布，表面積，孔隙率和孔分布。催化活性的固體表面在粗糙是不均一的，它呈現(xiàn)出臺階似的晶面，不同臺階形貌不同，其原子的電荷密度不同，它們對催化和脫附的性能也由此而不同。在實際工作中總是盡可能將固體催化劑做成比表面積很大的，海綿狀或者多孔結(jié)構(gòu)顆粒，但一些結(jié)構(gòu)敏感性的催化劑需要有最合適的晶粒度。催化反應(yīng)的幾何對應(yīng)原則：在多相催化反應(yīng)中，分子的活性是通過與催化劑表面的化學(xué)吸附作用而實現(xiàn)的。要求反應(yīng)物分子結(jié)構(gòu)和催化劑原子結(jié)構(gòu)在幾何尺寸上接近。能量對應(yīng)原則：反應(yīng)物與催化劑之間形成化學(xué)吸附所

30、釋放的能量與反應(yīng)物斷鍵和產(chǎn)物形成新鍵所需的能量之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。固體酸：包括(boku)給出質(zhì)子的酸(B酸)(即布朗斯德酸Bronsted)或可從反應(yīng)物接受電子對的L酸(即路易斯酸Lewis)兩類固體。固體堿：能向反應(yīng)物給出電子對的固體稱為路易斯堿，能接受質(zhì)子(zhz)（H+）的物質(zhì)稱布朗斯德堿。產(chǎn)生(chnshng)固體酸堿中心的催化反應(yīng)機理各種固體酸堿物質(zhì)由于本身的結(jié)構(gòu)不同而引起酸堿中心，酸堿中心對反應(yīng)分子的吸附能力較強，并且能使其發(fā)生活化或者解離，進(jìn)而與催化劑表面發(fā)生反應(yīng)生成中間產(chǎn)物，然后再進(jìn)一步生成最終的產(chǎn)物。簡單氧化物中形成酸、堿的一般機理固體氧化物的酸堿性主要來自其中的金屬離子

31、，金屬離子的酸堿性可用金屬離子的電負(fù)性作為判據(jù)。M電負(fù)性大為酸，電負(fù)性小為堿例：氧化鋁表面上有L酸中心，也有B酸中心，同時還有堿中心。 實驗表明，氧化鋁表面上由吸附H2O而生成的酸酸性很弱，而本身的酸卻很強。堿中心也是有實驗依據(jù)的（Al2O3上吸附的NH3解離時產(chǎn)生OH-）。因此，對于Al2O3而言，其表面酸主要是酸。二元氧化物混合物固體酸中心形成規(guī)則Thomas規(guī)則：金屬氧化物中加入另一種金屬或非金屬氧化物時，或者由于價態(tài)不同，或者雖價態(tài)相同但配位數(shù)不同，因同晶取代產(chǎn)生酸中心。Tanabe規(guī)則：凡是電荷出現(xiàn)不平衡就會有酸性產(chǎn)生；電荷為正過剩則產(chǎn)生酸，電荷為負(fù)過剩則產(chǎn)生酸。表面改性就是通過表面

32、處理保持表面的特性與活性或者改變(gibin)材料表面的物理、化學(xué)或機械性能，以適應(yīng)各種預(yù)期的要求。分類：電鍍、化學(xué)鍍及化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，表面著色技術(shù)，此類技術(shù)一方面起保護(hù)材料作用，另一方面還有裝飾(zhungsh)功能：涂裝新技術(shù)：包含有機涂料、無機涂層等新型涂料；表面擴散滲入處理技術(shù)：如滲硼、滲碳、滲氮；熱噴涂表面覆蓋新技術(shù)新型(xnxng)表面改性技術(shù)；表面改性與表面活性劑。材料激發(fā)化學(xué)與電化學(xué)等離子體：氣體分子電離產(chǎn)生的帶電粒子密度達(dá)到一定數(shù)值時，這種電離氣體是有別于普通氣體的一種新的物質(zhì)聚集態(tài)，列為物質(zhì)的第四態(tài)。無論氣體是部分電離還是完全電離，其中的正負(fù)電荷總數(shù)在數(shù)值上總是相等的，故稱為等

33、離子體。電離氣體與普通氣體的區(qū)別組成上電離氣體是帶電粒子和中性粒子組成的集合體；普通氣體是由電中性的分子或原子組成。性質(zhì)上：電離氣體是一種導(dǎo)電流體，能在與氣體體積相比擬的宏觀尺度內(nèi)維持電中性。電離氣體中的帶電粒子間存在庫侖力，而普通氣體分子間并不存在凈電磁力。電離氣體作為一個帶電粒子學(xué)，其運動行為受到磁場的影響和支配。等離子體的溫度被定義為電子溫度Te、離子溫度Ti和中性粒子溫度Tg熱平衡等離子體：TeTi時稱為熱平衡等離子體，簡稱為熱等離子體。特點：電子溫度高，重粒子溫度也高。非平衡等離子體：TeTi特點：電子溫度高達(dá)104k以上，離子和原子之類重粒子溫度都可低到300-500k、一般壓力1

34、02Pa下形成。等離子體判據(jù)：等離子體鞘：當(dāng)?shù)入x子體與容器壁接觸時，偏離電中性薄層。鞘層的形成：鞘層是等離子體受某種擾動時，由德拜屏蔽產(chǎn)生的空間電荷層。光化學(xué)反應(yīng)的主要特點：光化學(xué)反應(yīng)是從物質(zhì)吸收光子開始的。一個有效的光化學(xué)反應(yīng)是激發(fā)態(tài)分子化學(xué)退激速度常數(shù)與物理退激速度常數(shù)相竟?fàn)幍慕Y(jié)果。其化學(xué)退激的速度常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)大于物理退激的速度常數(shù)。光化學(xué)反應(yīng)與熱化學(xué)反應(yīng)相比。光化學(xué)反應(yīng)的選擇性更強。對于光化學(xué)反應(yīng)來說，用光源輻照反應(yīng)體系，不僅能提高化學(xué)反應(yīng)速率，而且可以改變化學(xué)反應(yīng)平衡狀態(tài)。光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物和產(chǎn)物的產(chǎn)率與光源輻射波長密切相關(guān)。光化學(xué)反應(yīng)的初級過程：涉及激發(fā)態(tài)的反應(yīng)步驟。光化學(xué)反應(yīng)的次級過程：由初級過程中形成的中間產(chǎn)物所發(fā)生的后繼反應(yīng)?；瘜W(xué)退激：光化學(xué)中，把由激發(fā)態(tài)分子（原子，離子）產(chǎn)生中間產(chǎn)物或直接生成產(chǎn)物的過程即化學(xué)退激。物理退激：把激發(fā)態(tài)分子（原子，離子）光輻射退激和無輻射退激過程稱為物理退激。光化學(xué)反應(yīng)中適用的光：具有(jyu)的能量應(yīng)足以使化學(xué)鍵斷裂，即此能量對應(yīng)的相應(yīng)的波長范圍的光。光化學(xué)有效的光的波長范圍為100nm1000nm(28.6kCal/mol)。通常適用的光的波長范圍為200700nm，200nm是石英光窗材料的透射限，700nm是簡單單