無機(jī)材料合成與制備復(fù)習(xí)綱要

材料合成與制備復(fù)習(xí)綱要我們不是抄答案，我們只做知識的搬運(yùn)工?！獰o機(jī)復(fù)習(xí)提綱編輯協(xié)會宣言試卷構(gòu)成：填空：15分選擇：7*2=14分（共7題，一題2分）名詞解釋：5*3=15分（共5題，一題3分）問答題：8+12*4=56（第一題8分，其余四道題每題12分）注：劃線知識點(diǎn)為李老師審閱后所加，疑為重點(diǎn)，望各位復(fù)習(xí)時多加注意第1章：經(jīng)典合成方法1實驗室常用的加熱爐為：高溫電阻爐2電爐分為：電阻爐，感應(yīng)爐，電弧爐，電子束爐3電阻發(fā)熱材料的最高工作溫度：硅碳棒1400℃、硅化鉬棒1700℃、鎢絲5氧化物發(fā)熱體：在氧化氣氛中，氧化物發(fā)熱體是最為理想的加熱材料。6影響固相反應(yīng)的因素:(1)反應(yīng)物化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)，反應(yīng)物結(jié)構(gòu)狀態(tài)（2）反應(yīng)物顆粒尺寸及分布影響。7化學(xué)轉(zhuǎn)移反應(yīng)：把所需要的沉積物質(zhì)作為反應(yīng)源物質(zhì)，用適當(dāng)?shù)臍怏w介質(zhì)與之反應(yīng)，形成一種氣態(tài)化合物，這種氣態(tài)化合物通過載氣輸運(yùn)到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，再發(fā)生逆反應(yīng)，使反應(yīng)源物質(zhì)重新沉積出來，這樣的反應(yīng)過程稱為化學(xué)轉(zhuǎn)移反應(yīng)。8化學(xué)轉(zhuǎn)移反應(yīng)條件源區(qū)溫度為T2，沉積區(qū)溫度為T1：如果反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則為正，當(dāng)T2＞T1時，溫度越高，平衡常數(shù)越大，即從左往右反應(yīng)的平衡常數(shù)增大，反應(yīng)容易進(jìn)行，物質(zhì)由熱端向冷端轉(zhuǎn)移，即源區(qū)溫度應(yīng)大于沉積區(qū)溫度，物質(zhì)由源區(qū)轉(zhuǎn)移至沉積區(qū)。如果反應(yīng)為放熱反應(yīng)，為負(fù)，則應(yīng)控制源區(qū)溫度T2小于沉積區(qū)溫度T1，這樣才能實現(xiàn)物質(zhì)由源區(qū)向沉積區(qū)得轉(zhuǎn)移。如果近似為0，則不能用改變溫度的方法來進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)移。9低溫合成中，低溫的控制主要有兩種方法：①恒溫冷?、诘蜏睾銣仄?0高壓合成：就是利用外加的高壓力，使物質(zhì)產(chǎn)生多型相轉(zhuǎn)變或發(fā)生不同物質(zhì)間的化合，從而得到新相，新化合物或新材料。種類：①靜態(tài)高溫高壓合成方法②動態(tài)高溫高壓合成方法第2章：軟化學(xué)合成方法1軟化學(xué)合成方法:通過化學(xué)反應(yīng)克服固相反應(yīng)過程中的反應(yīng)勢壘，在溫和的反應(yīng)條件下和緩慢的反應(yīng)進(jìn)程中，以可控制的步驟逐步地進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)制備新材料的方法。2軟化學(xué)法分類：溶膠——凝膠法，前驅(qū)物法，水熱/非水溶劑熱合成法，沉淀法，支撐接枝工藝法，微乳液法，微波輻射法，超聲波法，淬火法，自組裝技術(shù)，電化學(xué)法等等。3綠色化學(xué)：主要特點(diǎn)是“原子經(jīng)濟(jì)性”，即在獲取新物質(zhì)的轉(zhuǎn)換過程中充分利用原料中的每個原子，實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)中廢物的“零排放”。因此，既可充分利用資源又不污染環(huán)境。4軟化學(xué)與綠色化學(xué)的關(guān)系：兩者關(guān)系密切，但又有區(qū)別。軟化學(xué)強(qiáng)調(diào)的是反應(yīng)條件的溫和與反應(yīng)設(shè)備的簡單，從而達(dá)到了節(jié)能、高效的目的。在某些情況下這也是經(jīng)濟(jì)的、潔凈的，這是和綠色化學(xué)相一致的。而在有些情況下，它并沒有解決經(jīng)濟(jì)、潔凈的問題。綠色化學(xué)是全方位地要求達(dá)到高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、潔凈。可以預(yù)見，軟化學(xué)與綠色化學(xué)將會逐漸趨于統(tǒng)一。5溶膠——凝膠法的過程：用制備所需的各液體化學(xué)品（或?qū)⒐腆w化學(xué)品溶于溶劑）為原料，在液相下將這些原料均勻混合，經(jīng)過水解、縮合（縮聚）的化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的透明溶膠體系。溶膠經(jīng)過陳化，膠粒間逐漸聚合，形成凝膠。凝膠再經(jīng)過低溫干燥，脫去其溶劑而成為具有多孔結(jié)構(gòu)的干凝膠或氣凝膠。最后，經(jīng)過燒結(jié)，固化，制備出致密的氧化物材料。6溶膠是否能夠向凝膠轉(zhuǎn)變?nèi)Q于膠粒間的相互作用是否能克服凝聚時的勢壘。因此，增加膠粒的電荷量，利用位阻效應(yīng)（粒子周圍加上高分子鏈，防止相互結(jié)合）和溶劑化效應(yīng)都可以使溶膠更穩(wěn)定，凝膠更困難，反之則容易形成凝膠。7溶膠——凝膠法制備的5個階段：前軀體—溶解—水解—縮聚—老化8溶膠——凝膠法的應(yīng)用：塊體材料，多孔材料，纖維材料，復(fù)合材料，粉體材料，薄膜及涂層材料。9低熱固相反應(yīng)機(jī)理：固相反應(yīng)的發(fā)生起始于兩個反應(yīng)物分子的擴(kuò)散接觸，接著發(fā)生化學(xué)作用，生成產(chǎn)物分子。此時生成的產(chǎn)物分子分散在母體反應(yīng)物中，只能當(dāng)做一種雜質(zhì)或缺陷的分散存在，只有當(dāng)產(chǎn)物分子聚集到一定的大小，才能出現(xiàn)產(chǎn)物的晶核，從而完成成核過程。隨著晶核的長大，達(dá)到一定的大小后出現(xiàn)產(chǎn)物的獨(dú)立晶相。可見，固相反應(yīng)經(jīng)歷了擴(kuò)散——反映——成核——生長的過程。10固相反應(yīng)過程（規(guī)律）：①潛伏期②無化學(xué)平衡③拓?fù)浠瘜W(xué)控制原理④分步反應(yīng)⑤嵌入反應(yīng)11低溫固相反應(yīng)潛伏期與溫度的關(guān)系：溫度越高，擴(kuò)散越快，產(chǎn)物成核越快，反映的潛伏期就越短，反之則潛伏期就越長。當(dāng)?shù)陀诔珊藴囟萒n時，固相反應(yīng)就不能發(fā)生。12固相法包括：固相反應(yīng)法，自蔓延高溫合成，機(jī)械化學(xué)合成法13水熱與溶劑熱合成：是指在一定溫度（100——1000℃）和壓強(qiáng)（1MPa——14水熱與溶劑熱合成與與固相反應(yīng)合成研究的差別在于反應(yīng)性不同。這種反應(yīng)性主要反映在反應(yīng)機(jī)理上，固相反應(yīng)的機(jī)理主要是以界面擴(kuò)散為特點(diǎn)，而水熱溶劑熱合成反應(yīng)主要以液相反應(yīng)為特點(diǎn)。顯然，不同反應(yīng)機(jī)理可能首先導(dǎo)致不同結(jié)構(gòu)的生成，此外即使生成相同的結(jié)構(gòu)也有可能由于最初的生成機(jī)理的差異而為合成材料引入不同的基因，如液相條件聲場完美晶體等。第3章：特殊合成方法1自蔓延高溫合成的定義：在高真空或者介質(zhì)氣氛下點(diǎn)燃原料引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)放出的熱量使得鄰近的溫度驟升而引起新的化學(xué)反應(yīng)，并以燃燒波得形式蔓延至整個反應(yīng)物。當(dāng)燃燒5溶液鍍膜法：化學(xué)氣相沉積包括熱CVD、等離子體CVD及光CVD等；溶液鍍膜法包括化學(xué)鍍膜法、溶膠——凝膠法、陽極氧化技術(shù)、電鍍技術(shù)、LB技術(shù)等。6等離子體：又叫電漿，是部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)。7化學(xué)氣相沉積裝置的組成：①反應(yīng)氣體和載氣的供給和計量裝置；②必要的加熱和冷卻系統(tǒng)；③反應(yīng)產(chǎn)物氣體的排出裝置。第5章：先進(jìn)陶瓷和新型耐火材料的制備1沉淀法：在溶液狀態(tài)下將不同化學(xué)成分的物質(zhì)混合，在混合溶液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯∣H-、C2O42-、CO32-等）后，于一定溫度下使溶液發(fā)生水解，形成不溶性的氫氧化物、水合氧化物或鹽類從溶液中析出，將溶劑和溶液中原有的陰離子洗去，再將此沉淀物進(jìn)行干燥或煅燒，從而制得相應(yīng)的超細(xì)陶瓷粉體。2共沉淀法（定義or原理）：含多種陽離子的溶液中加入沉淀劑后，所有離子完全沉淀的方法叫做共沉淀法。3沉淀法分類及其特點(diǎn)：①直接沉淀法：直接沉淀反應(yīng)具有非平衡特點(diǎn)，得到的納米粒子粒徑分布寬，容易團(tuán)聚，粒子的分散性也較差。②均相沉淀法：沉淀是通過溶液中的化學(xué)反應(yīng)使沉淀劑慢慢生成，從而克服了由外部向溶液中加沉淀劑而造成的沉淀的局部不均勻性，導(dǎo)致沉淀不能再整個溶液中均勻出現(xiàn)的缺點(diǎn)。均勻沉淀反應(yīng)具有非平衡或接近平衡的特點(diǎn)，得到的納米粒子密實、粒徑小、分布寬，團(tuán)聚較少。③共沉淀法：可以分為單相共沉淀和混合物共沉淀。按照沉淀劑加入的順序可以分為順序共沉淀，反序共沉淀，并流共沉淀。順序共沉淀常用于制復(fù)合納米微粒，但因沉淀有先有后而使產(chǎn)物不均勻。反序共沉淀因為沉淀劑過量，金屬離子濃度超過溶度積，產(chǎn)物中各組分分散均勻。并流共沉淀整個過程中各離子濃度相同，生成的粒子在組成、性質(zhì)、大小、分布上差異較小。4凝膠注模成型：在低粘度高固相含量的料漿懸浮液中加入少量的有機(jī)單體，然后利用催化劑及引發(fā)劑，使懸浮體中的有機(jī)單體聚合交聯(lián)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使液態(tài)漿料原位固化成型，然后再進(jìn)行脫模、干燥、去除有機(jī)物、燒結(jié)，得到所需的陶瓷零件。5直接凝固注模成型原理：基于內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)使分散顆粒的表面電荷降低，進(jìn)而懸浮體變得不穩(wěn)定的機(jī)制。利用生物酶催化有機(jī)物質(zhì)分解反應(yīng)或者有機(jī)物質(zhì)慢速自分解反應(yīng)等方法，使預(yù)先加到漿料中的少量物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，放出一些H3O+OH-或者高價金屬離子，從而改變懸浮液PH值或改變漿料中的離子濃度，使雙電層的電位接近于0，從而使高固相含量的陶瓷漿料注模前反應(yīng)緩慢進(jìn)行，漿料保持低粘度，注模后反應(yīng)快速進(jìn)行，漿料凝固，使流態(tài)的漿料成型為固態(tài)的坯體。6直接注模成型的特點(diǎn)：(1)可成型出高固相體積分?jǐn)?shù)（55%～70%）且顯微結(jié)構(gòu)均勻的復(fù)雜形狀的陶瓷制品，特別適用于大截面尺寸的試樣；(2)不需加入粘結(jié)劑，不需要或只需少量的有機(jī)添加劑（0.1~1.0%），坯體不需脫脂，體密度均勻，相對密度高（55%~70%）；(3)化學(xué)反應(yīng)可控制。即漿料澆注前不產(chǎn)生凝固，澆注后可控制反應(yīng)進(jìn)行，使?jié){料凝固。同時反應(yīng)在常溫下進(jìn)行，并且產(chǎn)物對坯體性能或最終燒結(jié)性能無影響；(4)模具結(jié)構(gòu)簡單，模具材料選擇范圍廣模：塑料、金屬、橡膠、玻璃等均可應(yīng)用，加工操作簡單，成本低。7反應(yīng)熱壓燒結(jié)：針對高溫下在粉料中可能發(fā)生的某種化學(xué)反應(yīng)過程，因勢利導(dǎo)，加以利用的一種熱壓燒結(jié)工藝。8反應(yīng)熱壓燒結(jié)可分為相變熱壓燒結(jié)、分解熱壓燒結(jié)、分解合成熱壓燒結(jié)。9反應(yīng)熱壓燒結(jié)的推動力：表面自由能、機(jī)械推動力和化學(xué)反應(yīng)能。10微乳液：微乳液是由水、油（有機(jī)溶劑）、表面活性劑和助表面活性劑組成的透明或半透明的、低粘度、各相同性的熱力學(xué)穩(wěn)定體系。O/W是水包油W/O是油包水第6章晶體材料的制備1人工晶體：使用人工方法合成出的晶體。2壓電晶體：當(dāng)對某些晶體擠壓或拉伸時，該晶體的兩端就會產(chǎn)生不同的電荷，這種晶體就叫壓電晶體。3閃爍晶體：在高能粒子的撞擊下，能將高能粒子的動能變?yōu)楣饽芏l(fā)出熒光的晶體，稱為閃爍晶體。4均勻成核：成核過程中，在亞穩(wěn)相系統(tǒng)中空間各點(diǎn)出現(xiàn)穩(wěn)定相的幾率都是相同的。5非均勻成核：成核過程中，穩(wěn)定相優(yōu)先地出現(xiàn)在體系中的某些局部區(qū)域。6水溶液生長法維持過飽和度的方法：1）根據(jù)溶解度曲線，改變溫度；（2）采取各種方法，減少溶劑，改變?nèi)芤撼煞?；?）通過化學(xué)反應(yīng)控制過飽和度；（4）用亞穩(wěn)相控制過飽和度。7降溫法的原理：利用物質(zhì)較大的正溶解度溫度系數(shù)，在晶體生長過程中逐漸降低溫度，使析出的溶質(zhì)不斷地進(jìn)行生長。適用范圍：溶解度和溫度系數(shù)都較大的物質(zhì)，并需要一定的溫度區(qū)間。而這一溫度區(qū)間是有限制的，溫度上限由于蒸發(fā)量過大而不宜過高，溫度下限太低，晶體生長不利。一般來說，比較合適的起始溫度是50——69℃，降溫區(qū)間以15——208流動法：優(yōu)點(diǎn)：（1）生長溫度和過飽和度都固定，使晶體始終處在最有利的溫度和最合適的過飽和度下生長，避免了因生長溫度和過飽和度變化而產(chǎn)生的雜質(zhì)分凝不均勻和生長帶來缺陷，使晶體完整性良好。（2）生長大批量的晶體和培養(yǎng)大單晶不受溶解度和溶液體積影響，但受生長容器大小的影響。缺點(diǎn)：設(shè)備比較復(fù)雜，調(diào)節(jié)三槽之間的溫度梯度和溶液流速之間的關(guān)系需要有一定的經(jīng)驗。9蒸發(fā)法的原理：蒸發(fā)法生長晶體的基本原理是將溶劑不斷蒸發(fā)減少，使溶液保持在過飽和狀態(tài)，從而使晶體不斷生長。適用范圍：溶解度較大而其溫度系數(shù)很小或者具有負(fù)溫度系數(shù)的物質(zhì)。10助熔劑法分類：自發(fā)成核法、籽晶生長法籽晶生長法：是在熔體中加入籽晶的晶體生長方法。主要目的是克服自發(fā)成核時晶粒過多的缺點(diǎn)，在原料全部熔融于助熔劑中并成為過飽和溶液后，晶體在籽晶上結(jié)晶生長。包含：頂部籽晶法、底部籽晶法。熔體生長方法：1.正常凝固法（溶質(zhì)保守系）特點(diǎn)：在晶體開始生長時，全部材料處于熔態(tài)（引入的籽晶除外），在生長過程中，材料體系由晶體和熔體兩部分組成，生長時不向熔體添加材料，而是以晶體的生長和熔體的逐漸減少而告終。包含：提拉法，坩堝下降法，晶體泡生法，弧熔法2.區(qū)熔法（溶質(zhì)非保守