陕西科技大学材料学院《无机合成》课件1.无机合成绪论

Materials science： a scientific discipline which is primarily concerned with the search for basic knowledge about the internal structure, properties, and processing of materials.
b)The basic sciences are located within the first ring or core of the s engineering disciplines (mechanical electrical, civil, chemical, etc) are located in the outermost third ring . The applied sciences, metallurgy, ceramics, and polymer science are located in the middle or second ring Materials science and enigineering is shown to form a bridge of materials knowledge from the basic sciences (and mathematics) to the engineering disciplines
Matertals engineering ： an engineering discipline which is mainly concerned with the use of fundamental and applied knowledge of materials so that the materials can be converted into products necessary or desired by society. Materiats science and materials engineering (collectively materials science and engineering) ： combines both materials science and materials engineering and form a bridge of materials knowledge between the basic sciences (and mathematics) and the engineering disciplines.
3）无机材料合成在材料科学与工程中占有重要 地位
﹡材料科学与工程：就是研究有关材料组 成、结构、制备工艺流程与材料性能和用 途的关系的知识的产生及其运用。换言之， 材料科学与工程是研究材料组成、结构、 生产过程、材料性能与使用效能以及它们 之间的关系。 因而把组成与结构(compositionstructure)、合成与生产过程(synthesisprocessing)、性质(properties)及使用效 能(performance) 称之为材料科学与工程的四个基本要素 (basic elements)．
7)无机材料合成还将在生物矿化、有机／无 机纳米复合、无机分子向生物分子转化等研究 领域发挥重要作用。
二、 无机合成(制备)的几个基本问题
1. 无机合成(制备)化学与反应规律问题
﹡一些反应规律严重控制着合成产物的结构和性 能，如： ①液相中多硅酸根离子的存在状态与Al(OH)4 －的聚合； ②硅铝凝胶的晶化； ③晶化过程体系中加入的客体分子(如各种有 机分子或离子，一般称为结构导向剂)对成孔 的影响与导向模板机理； ④介稳态晶体间的转型。
（2）合成化学：是化学学科当之无愧 的 核心，是化学家为改造世界创造社会未来 最有力的手段。 化学家：
发现和合成了众多天然存在的化合物；
人工创造了大量非天然的化合物、物相与物态。 人类社会拥有的化合物品种已达二千万种之多， 其中不少已成为人们生产、生活所必不可少。 开发绿色合成路线与工艺、仿生合成与分子工程 等→提供新型结构和新型功能的化合物和材料。
c)按功能特征划分 可分为结构材料和功能材料。 结构材料：是以力学性能为基础，制造受力构 件所用材料。结构材料对物理或化学性能也有一 定要求，如光泽、热导率、抗辐照、抗腐蚀、抗 氧化等。 功能材料：主要是利用物质的独特物理、化学 性质或生物功能等而形成的一类材料。一种材料 往往既是结构材料又是功能材料，如铁、铜、铝 等。 d)按技术成熟程度及发展前景划分 可分为传统材 料与新型材料。
如一些主要类型的无机化合物或材料：合金，金属 陶瓷型二元化合物(如C、N、B、si化合物)，酸、碱和盐 类，配位化合物，金属有机化合物，团簇与原子簇化合 物，多聚酸和多聚碱及其盐类，无机胶态物质，中间价 态或低价化合物，非化学计量比化合物，无机高聚物以 及标记化合物等等的一般合成规律和合成路线的基本模 式有所基本了解； 能查阅相关的文献资料；
6、施尔畏、陈之战，水热结晶学，科学出版社 7、朱立群，功能膜层的电沉积理论与技术，北京 航空航天大学出版社 等等
第一章
绪论
一、几个基本问题 （1）美国著名化学家StephenJ Lippard，1998年 在探讨化学的未来25年(C&EN 1998．1．12)时有 一段精彩的讲话：“化学最重要的是制造新物质。 化学不但研究自然界的本质，而且创造出新分子、 新催化剂以及具有特殊反应性的新化合物。化学学 科通过合成优美而对称的分子，赋予人们创造的艺 术；化学以新方式重排原子的能力，赋予我们从事 创造性劳动的机会，而这正是其它学科所不能媲 美。” 材料；化学（有机、无机等）→材料化学（物理） →材料合成化学
﹡目前国际上已开始根据结构化学(结构拓扑 学)、晶体能量、计算化学等用计算机模拟研 究千千万万种孔道结构堆积模型存在的可能性， 以及研究各类“理想”结构分子筛与合成路线、 技术与反应条件间的关系，即开始了“定向设 计合成”的研究。 ﹡能否将硅铝酸盐的造孔合成反应推广到其它 更多的元素，或其它类型的化合物中去等等， 使得化合物的造孔合成化学有了非常广阔的前 景。 对于一个经常从事无机合成的工作者来说， 熟练而深入地掌握无机合成化学的反应规律、 特点及其原理是非常必要的。
﹡材料的分类 材料：是人类用于制造物品、器件、构件、机 器或其他产品的那些物质，包括天然的和人造的。 根据材料的某些共性特点将材料进行如下分类。 a)按物理化学属性划分 可分为金属材料、无机非 金属材料、有机高分子材料和复合材料。 a)按应用领域划分 可分为电子材料、航空航天材 料、核材料、建筑材料、能源材料、环境材料和 生物材料等。
1）合成化学带动产业革命 19世纪合成化学带动染料工业的开创； 20世纪中叶高分子的合成，成功推动了非金属 合成材料工业的建立； 20世纪50年代初无机固体造孔合成技术的进步， 促使一系列分子筛催化材料的开发，使石油加工 与石化工业得到了革命性的进步； 近期来纳米态以及团簇的合成与组装技术的开 创将大大促进高新技术材料与产业的发展。
a)Materials science is at the basic knowledge end of the materials knowledge spectrum and materials engineering is at the applied knowledge end, and there is no demarcation line between the two.
例如太阳能的利用就因为光电转换材料的合 成与加工没有取得突破而停滞不前。 ﹡不同类型材料的研究可以相互借鉴，从 而促进学科的发展。（溶胶－凝胶；马氏 体；检测）
4)无机材料的合成：是指通过一定的途径，从 气态、液态或固态的各种不同原材料中得到化 学上及性能上不同于原材料的无机新材料。 无机材料的合成包括两方面的思想：一方面是 研究新型尤机材料的合成，另一方面是研究已 知无机材料的新合成方法及新合成技术。
（3）现代无机合成 a合成化学中极其重要的一部 分，b无机化学的重要分支之一，c内涵大大的扩充， 不仅只局限于昔日传统的合成，且包括了制备与组 装科学。 1)重要性 a国际上目前每年几乎都有大量的新无机化合物和 新物相被合成与制备出来，无机合成已迅速地成为 推动无机化学及有关学科发展的重要基础。 b新兴学科和高技术的蓬勃发展，对无机材料提出 了各种各样的要求； 新型无机材料已广泛应用于 各个工业和科学领域：上至宇航空间，下至与国民 经济紧密相联的如耐高温、高压、低温、光学、电 学、磁性、超导、贮能与能量转换材料等等，以及 决定石油加工与化学工业发展的催化材料。 c从发展来看，远景无限。
2）无机合成的内容： 随着合成化学、特种合成实验技术和结构化学、 理论化学等等的发展，以及相邻学科如生命、材 料、计算机等的交叉、渗透与实际应用上的不断 需求，已从常规经典合成进入到大量特种实验技 术与方法下的合成，以至发展到开始研究特定结 构和性能无机材料的定向设计合成与仿生合成等。 因而它所涉及的面很广，而且与其它学科领域 的关系也日益密切。
如：没有半导体材料的发现和大规模集成电 路工艺的发展，就不可能有今天的计算机技术； 如果没有精密锻造、定向凝固与单晶技术、 粉末冶金、弥散强化等工艺的发展，就没有高 强度、高温、轻质的结构材料，就不可能有今 天这样发达的航空航天科技； 而分子束外延、液相外延和化学气相沉积等 新的合成技术的发展，才使得人工合成材料如 超晶格、薄膜异质结等成为可能。
无机合成与制备化学
主讲：曹丽云
2007.11 陕科大
参考数目： 1、 徐如人、庞文琴主编，无机合成与制备化学， 高等教育出版社 2、无机合成化学 3、J.H.氛得勒等著，项金钟、吴兴惠译，纳米粒 子与纳米结构薄膜，化学工业出版社 4、卢进军、刘卫国，光学薄膜技术，西北工业大 学出版社
5、王善元，碳纤维增强复合材料，中国纺织大学 出版社
5)任何一种新材料从发现到应用于实际，必 须经过适宜的制备工艺才能成为工程材料。 超导