基于液相-固相转变的材料制备
氧离子导电材料的制备及性能研究
氧离子导电材料的制备及性能研究氧离子导电材料是一类具有特殊物理性能的材料，其特点在于离子导电性较强，同时也表现出良好的热稳定性以及高化学稳定性，因此被广泛应用于固体电解质电池、固体氧化物燃料电池等领域。
本文将从材料制备和性能研究两个方面，对氧离子导电材料进行探究。
一、制备方法氧离子导电材料的制备方法主要有固相法、液相法和气相法三种，其中以固相法最为常见。
1、固相法固相法是一种经典的氧离子导电材料制备方法，它的基本原理是将适当比例的金属氧化物、氧化硼和氧化铝混合均匀，后在高温下反应生成氧离子导电材料。
该方法主要分为高温固相反应法和固相州反应法两种。
前者需要在高温下进行反应（通常在1400℃以上），反应时间较长，但精度高，常被用于制备单晶材料；后者则更为简单直接，且可在低温下进行，一般在1000℃左右，主要用于烧结体材料制备。
2、液相法液相法是将适当的原料在溶液中溶解后，在高温下进行反应所得的氧离子导电材料制备方法。
相比固相法，液相法具有反应速度快、纯度高等优点，且可控性、可形变性更强，是一种制备具有特殊形貌的复合材料的有效方法。
3、气相法气相法是在高温的气氛中控制气体的化学反应，从而得到氧离子导电材料。
该方法制备复杂，但可以得到小颗粒（nanoparticles）材料，其表面积大，对催化反应等具有较强的活性。
二、物理性能氧离子导电材料的物理性能是指其导电性、结构稳定性、化学稳定性等方面。
下面将分别介绍。
1、导电性氧离子导电材料的导电性指的是材料中离子/空位的迁移速率，这直接影响了材料电解性能。
材料的导电性越高，其工作电压范围越大，响应时间越短，因此在实际应用中，导电性是氧离子导电材料的重要物理性能之一。
由于制备方法的不同，不同的反应物和不同的纯度，影响了材料导电性能的优劣。
一般认为，随着氧离子漂移的增加，材料对氧离子的阻抗就会减小。
目前，氧化锆和氧化镁等氧离子导电材料在工业应用中更为广泛。
2、结构稳定性氧离子导电材料的结构稳定性指的是其结构组成，在不同条件下其结构变化的程度。
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法及原理 (整理)
7、等离子体加热蒸发法
等离子体的概念及其形成
物质各态变化： 固体→液体→气体→等离子体→反物质（负）+物质（正） （正负电相反，质量相同） 只要使气体中每个粒子的能量超过原子的电离能，电子将 会脱离原子的束缚而成为自由电子，而原子因失去电子成 为带正电的离子（热电子轰击）。这个过程称为电离。当 足够的原子电离后转变另一物态---等离子态。
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1、气相法制备纳米微粒的生长机理
• 2) 高频感应加热： 电磁感应现象产生的热来加热。 类似于变压器的热损耗。 高频感应加热是利用金属和磁 性材料在高频交变电磁场中存 在涡流损耗和磁滞损耗，因而 实现对金属和铁磁性性材料工 件内部直接加热。
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1、气相法制备纳米微粒的生长机理
• 3) 激光加热： 将具有很高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千
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3、非晶晶化法
原理：先将原料用急冷技术制成非晶薄带或薄膜， 就是把某些金属元素按一定比例高温熔化，然后 将熔化了的合金液体适量连续滴漏到高速转动的 飞轮表面，这些合金液体沿着飞轮表面的切线方 向被甩了出去同时急遽地冷却，成为非晶薄带或 薄膜。然后控制退火条件，如退火时间和退火温 度，使非晶全部或部分晶化，生成的晶粒尺寸可 维持在纳米级。
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4、机械破碎法
是采用高能球磨、超声波或气流粉碎等机械方法，以粉 碎与研磨为主体来实现粉末的纳米化。 其机理主要是产生大量缺陷，位错，发展成交错的位错 墙，将大晶粒切割成纳米晶。 球磨工艺的目的是减小微粒尺寸、固态合金化、混合以 及改变微粒的形状。球磨的动能是它的动能和速度的函 数，致密的材料使用陶瓷球，在连续严重塑性形变中， 位错密度增加，在一定的临界密度下松弛为小角度亚晶 晶格畸变减小，粉末颗粒的内部结构连续地细化到纳米 尺寸
材料合成与制备第2章材料合成与制备的主要途径
第2章材料合成与制备的主要途径材料合成与制备的方法很多，从材料的物态上看，材料合成与制备的主要途径可以分为三种类型，即：基于液相—固相转变的材料制备；基于固相－固相转变的材料制备；基于气相—固相转变的材料制备。
2.1 基于液相—固相转变的材料制备基于液相—固相转变的材料制备一般可分为两类：一类是从熔体出发，通过降温固化得到固相材料，如果条件适合并且降温速率足够慢可以得到单晶体，如果采用快冷技术可以制备非晶(玻璃态)材料；另一类则从溶液出发，在溶液中合成新材料或有溶液参与合成新材料，再经固化得到固相材料。
2.2.1 从熔体制备单晶材料单晶材料的制备必须排除对材料性能有害的杂质原子和晶体缺陷。
低杂质含量、结晶完美的单晶材料多由熔体生长得到。
熔体生长中应用得最广的方法是直拉法(Czochralski法)生长。
直拉法的特点是所生长的晶体的质量高，速度快。
半导体电子工业所需的无位错Si单晶就是采用这种方法制备的。
图2.l是直拉法晶体生长的示意图。
熔体置于坩埚中，一块小单晶，称为籽晶，与拉杆相连，并被置于熔体的液面处。
加热器使单晶炉内的温场保证坩埚以及熔体的温度保持在材料的熔点以上，籽晶的温度在熔点以下，而液体和籽晶的固液界面处的温度恰好是材料的熔点。
随着拉杆的缓缓拉伸(典型速率约为每分钟几毫米)，熔体不断在固液界面处结晶，并保持了籽晶的结晶学取向。
为了保持熔体的均匀和固液界面处温度的稳定，籽晶和坩埚通常沿相反的方向旋转(转速约为每分钟数十转)。
显然，这种旋转使得长成的单晶对转轴有柱面对称性。
高压惰性气体(如Ar)常被通人单晶炉中防止污染并抑制易挥发元素的逃逸。
对易挥发材料也可采用液封技术，即在熔体表面覆盖一层不挥发的惰性液体，如生长GaAs单晶时使用的液封材料是B2O3。
图2.1 直拉法单晶生长示意图1：籽晶；2：熔体；3、4：加热器坩埚下降法又称定向凝固法，也是一种应用广泛的晶体生长技术。
其基本原理是使装有熔体的坩埚缓慢通过具有一定温度梯度的温场，如图2.2所示。
2材料的制备方法-液相法 固相法 气相法
草酸铵
TiCl4
BaTiO(C2O4)4H2O
BaTiO3
均匀沉淀法
利用化学反应使离子缓慢均匀沉淀，控制沉淀剂浓 度，保证溶液中的沉淀处于一种平衡状态，从而均 匀析出。
尿素制备ZnO ： CO(NH2)2 + 3H2O = 2NH3 H2O + CO2 Zn2+ + 2NH3 H2O = Zn(OH)2 + 2NH4+
Thank you ！
温度下沉积。
(c) 光化学气相沉积：紫外线照射反应物，利用光能使分子中的 化学键断裂而发生化学反应。
三、气相沉积法
化学气相沉积：
(a) 热能化学气相沉积：利用热能引发化学反应，800-2000oC。 (b) 等离子体增强化学气相沉积：等离子体激发化学反应，较低
温度下沉积。
(c) 光化学气相沉积：紫外线照射反应物，利用光能使分子中的 化学键断裂而发生化学反应。
二、固相反应
影响因素：
(a) 反应物化学组成与结构；
(b) 反应物颗粒尺寸及分布；
(c) 反应温度、压力、气氛； (d) 矿化剂及其他影响因素。
醋酸锌热分解大批量制备纳米氧化锌
Chem. Commun., 2012, 48, 2858.
三、气相沉积法
分类：物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)，前者无化学
反应发生，后者发生气相化学反应。
物理气相沉积：高温加热使原料汽化形成等离子体，
在基体上冷却凝聚成各种形态的材料。
(a) 真空蒸镀法（真空蒸发沉积法）：真空条件下加热蒸发某物
质使其沉积在固体表面的方法。
单晶制备手段
单晶制备手段单晶制备是指在晶体生长过程中，得到一个完整的单一晶体的工艺过程。
单晶是指晶体结构完整、无缺陷、没有晶界和孪晶的晶体。
在材料科学、凝聚态物理、固态化学等领域中，单晶制备是获取高质量晶体的关键步骤，对于材料的性能和应用具有重要影响。
单晶制备的手段可以分为物化法、化学气相沉积法、液相法和固相法等。
1. 物化法：物化法的主要原理是通过物理和化学相变，控制溶质从溶液中结晶而得到单一晶体。
常见的物化法有溶液深冷法、溶液慢蒸发法和溶液恒温法。
溶液深冷法是通过迅速冷却过饱和溶液，使其结晶速率增大，从而得到单晶。
它的优点是操作简单，适用于很多种材料，但通常得到的单晶尺寸较小。
溶液慢蒸发法是将溶液在恒温恒湿的环境中长时间保持慢速蒸发，溶质逐渐过饱和，形成稳定的结晶核，最终得到单晶。
它的优点是可以得到较大尺寸的单晶，但晶体生长速度较慢。
溶液恒温法是通过将溶液恒温保持在某一温度下，实现过饱和，溶质在合适的条件下结晶并长大，最终得到单晶。
它成本较低且易于控制，适合制备很多材料的单晶。
2. 化学气相沉积法：化学气相沉积法是通过气体在一定温度和压力下经化学反应沉积在基底上，从而得到单晶。
常见的化学气相沉积法有金属有机化学气相沉积法（MOCVD）和物理气相沉积法（PVD）。
MOCVD是一种利用金属有机化合物和气体反应生成纯金属的方法，通过控制反应条件和沉积速度，可以得到单晶薄膜或外延层。
PVD是利用蒸发、溅射等物理手段，在真空中沉积材料到基底上，从而得到单晶薄膜或外延层。
它具有制备单晶薄膜和外延层的优势，但成本较高。
3. 液相法：液相法是通过在高温下将固体溶于熔融物质或高温溶液中，然后缓慢冷却使其结晶，从而得到单晶。
常见的液相法有浮区法、Bridgman法和Czochralski法。
浮区法是将材料的粉末或块状材料放在熔融溶液中，通过控制温度梯度和材料的溶解与结晶平衡来实现单晶的获得。
Bridgman法是通过将熔融材料注入石英制的坩埚中，通过升温或降温控制熔融区域在坩埚内逐渐平移，从而实现材料的凝固形成单晶。
双通道液-固相复合法层叠定构工艺
双通道液-固相复合法层叠定构工艺
双通道液-固相复合法层叠定构工艺是一种用于制备高性能材
料的方法。
简而言之，该工艺使用两种不同的材料（液相和固相）来构筑材料的层叠结构。
该工艺的主要步骤如下：
1. 准备液相和固相材料。
液相材料通常是溶解在溶剂中的高分子物质，而固相材料通常是具有特定功能的颗粒或纤维。
2. 将液相材料浸渍到固相材料中。
这可以通过浸渍、喷涂、涂覆等方法实现。
3. 将浸渍过的固相材料进行烘干，使液相材料在固相材料中固化和固定。
4. 重复上述步骤，将多层液相材料和固相材料进行层叠，形成复合材料。
通过这种层叠定构工艺，液相和固相材料能够充分结合，形成均匀分布的复合结构。
这种层叠结构可以改善材料的力学性能、导电性能、热传导性能等特性。
双通道液-固相复合法层叠定构工艺具有以下优点：
1. 简单易行。
这种工艺不需要复杂的设备和工艺条件，可以在常规实验室条件下进行。
2. 灵活性强。
通过调整液相和固相材料的类型和浓度，可以制备出不同性能的材料。
3. 可扩展性好。
该工艺可以用于制备不同尺寸和形状的材料，可以适应不同的应用领域和要求。
4. 成本低。
相比于其他制备方法，该工艺的成本相对较低。
双通道液-固相复合法层叠定构工艺在材料科学、能源存储、光电器件等领域具有广泛的应用前景。
超导技术中的材料制备流程详解
超导技术中的材料制备流程详解引言超导技术是当今科学领域中备受关注的一个热门研究方向。
超导材料的制备是超导技术的核心环节之一，它对于实现高温超导、提高超导性能等方面具有重要意义。
本文将详细介绍超导技术中的材料制备流程，包括材料选择、材料合成、材料表征等方面的内容。
一、材料选择超导材料的选择是超导技术中的第一步。
目前，常见的超导材料主要有金属超导体、合金超导体和化合物超导体等。
金属超导体主要是指那些由金属元素构成的超导材料，如铜、铝等。
合金超导体则是由金属元素和非金属元素组成的材料，如铜氧化物超导体。
化合物超导体则是指由多种元素组成的复杂化合物，如镧系铜氧化物超导体。
在选择材料时，需要考虑其超导性能、稳定性、制备难度等因素。
超导性能是衡量材料超导性能优劣的重要指标，通常通过临界温度和临界电流密度来评价。
稳定性则是指材料在高温、高压等条件下的稳定性。
制备难度则是指制备该材料所需的工艺和设备的复杂程度。
综合考虑这些因素，选择合适的超导材料对于超导技术的发展具有重要意义。
二、材料合成材料合成是超导材料制备的关键步骤之一。
根据不同的超导材料类型，合成方法也有所不同。
下面将以铜氧化物超导体为例，介绍其合成方法。
铜氧化物超导体的合成方法主要有固相法、液相法和气相法等。
固相法是指通过固相反应将金属氧化物转化为超导材料。
液相法则是指通过溶液中的化学反应合成超导材料。
气相法则是指通过气相反应将气体转化为超导材料。
在固相法中，首先需要准备金属氧化物和其他辅助材料。
然后将它们按照一定的比例混合均匀，形成混合物。
接下来，将混合物放入高温炉中，在高温下进行烧结反应。
待反应完成后，取出样品，经过退火等处理，最终得到铜氧化物超导体。
液相法中，首先需要准备溶液，其中包含金属离子和其他辅助剂。
然后将溶液放入反应容器中，通过加热、搅拌等方式进行反应。
在反应过程中，金属离子会与其他化合物发生反应，形成超导材料。
最后，将样品进行干燥、退火等处理，得到铜氧化物超导体。
钨冶炼渣制备高强透水砖的热力学分析及工艺
钨冶炼渣制备高强透水砖的热力学分析及工艺摘要：钨渣含有大量重金属，其浸出毒性强，严重危害环境，因此迫切需要实现对钨渣的资源化利用和无害化处置。
本研究以APT钨渣为原料制备透水砖，基于复杂体系下的热力学分析和矿物转型，在不同配方下获得了抗压强度为93.10-141.89MPa、吸水率为12.25%-19.02%的高强透水砖块，性能优良。
烧结过程中，As、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Hg等危害成分得到有效固化，使得重金属离子浸出浓度低于国标限值。
实验结果表明Ca、Mg高温烧结后浸出活动性增大，有效控制轻金属化学物的可浸出性，降低钨渣烧结砖的盐碱性，有助于钨渣资源化利用的推广应用。
关键词：钨渣;制砖;热力学;矿物转型;固废资源化1 前言钨是一种稀有金属，其具有独特的物理化学性能，因而可作为一种不可或缺的关键性材料被广泛应用于民用、工业和军工等各个领域[1]。
在钨冶炼过程中，各类钨矿物原料经湿法提炼钨元素后产生的固体废渣称为“钨渣”[2]。
中国钨工业的生产规模不断扩大，已成为世界最大的钨资源储藏国和开采国，这导致钨渣产量逐年增加，目前已经超过10万吨，而历史累计堆存的钨渣数量达100万吨以上。
以标准钨精矿为例，每生产1 t钨约产生0.8 t钨渣，并且生产钨精矿品位越低，单位产品中的钨渣产量越高[1]。
这些钨渣中不仅含有钨、铁、锰、钙、硅等元素，还存在铜、锌、铅、砷和汞等重金属，其具有较强的浸出毒性，因而（钨渣）已被列为毒性危险废物[10]。
此外，产生的钨渣若随意处置，会对周边的土壤、水以及生物等造成严重的污染[11]。
目前《环境保护税法》已明确规定需对钨渣进行限排处置，同时强制征收1000元/吨的环境保护税，大幅增加了钨渣的排污费用[2]。
因此，制约钨工业发展面临的问题是如何对钨渣进行资源化利用和无害化处置[3]。
目前，钨渣的工业化回收与利用已经取得不错的成效：K.Vadasdi等[12]分析了APT生产过程中的主要湿法冶金步骤，生产制备APT晶体的流程过于复杂，并且工艺过程中需要消耗大量的NaCO（NaOH）和HSO，成本高;另外，回收钠的电渗析法，消耗大量的电能[13]。
液相法和固相法制备晶体
固相法生长晶体分类
再结晶法 多形体相变
再结晶法： 分类：
• 烧结：将某种多晶棒或压实的粉料在低于其熔点的 温度下，保温数小时，材料中一些晶粒逐渐长大而 另一些晶粒消失 • 应变退火法：材料中引入应变，贮存着大量的应变 能，退火消除应变时，晶粒长大。应变能是再结晶 的驱动力 • 形变生长：用形变来促进晶粒长大，如绕制冷拔钨 丝，促进钨丝中单晶的生长，把灯丝松垂减至最小 • 退玻璃化法：玻璃在加热时，发生再结晶而使玻璃 失透，其形成的晶粒很小，但用籽晶从玻璃体的单 组份熔体中提拉晶体是可实现的。 • 脱溶生长：通过脱溶析出晶体
温度计
籽晶杆 水槽
控制器
加热器
降温法示意图
溶液生长法-循环流动法(KDP)
• 特点：将溶液配制，过热处理，单晶生长等操作
过程在整个装置的不同部位进行，构成一个连续的 流程
• 优点：晶体始终在最有利的生长温度和最合适的
过饱和度下恒温生长；晶体尺寸和生长量不受晶体 溶解度和溶液体积的限制，只受容器大小的限制
再结晶法的缺点：难以控制成核和形成大单晶
多形体相变：
• 如同素异形元素（铁）或多形化合物，具有由一 种相转变为另一种相的转变温度。让温度梯度依 次经过这种材料棒，可进行晶体生长 • 高压多形体相转变：大多数高压下的多形体相变， 相变进行很快，难以控制，分动态高压和静态高 压
高压多形体相转变：石墨合成金刚石
石单晶的最有效方法
• 生长过程的控制：
碳原子的输运 合适的温度梯度 生长条件的稳定性 温度的影响
广泛应用的高温高压法合成金刚石的条件区间为： 4~10GPa，1300~2500K ， fd的值约为10-5，如下图线
二
籽晶法制备单晶高温合金叶片
作
业
1.定向凝固技术原理。
2.定向凝固法生长单晶的设备包括哪四部分？
3.定向凝固法生长单晶时理想的轴向温度分布
应满足什么要求？
4.单晶高温合金的生长采用定向凝固技术通常 有哪两种方法？工作原理是什么？
转折型
螺旋型
倾斜型
尺度限制型
螺旋型选晶器是目前应用最广泛也是最成功的 选晶器类型。
实例：单晶高温合金的生长
原理是材料和使铸造部件相同的籽晶安放在 模壳的最底端，它是金属和水冷却铜板接触 选晶法 的唯一部分，具有一定过热的熔融金属液在 （自生籽晶法） 籽晶的上部流过，使籽晶部分熔化，然后在 具有一定温度梯度的炉子中抽拉模壳，金属 定向凝固 熔液就在剩余的籽晶发生外延生长，凝固成 三维取向和籽晶相同的单晶体。 籽晶法
理想的轴向温度分布应满足以下几点要求：
1、高温区的温度应高于熔体的熔点，但也不要太高，以 避免熔体的剧烈挥发； 2、低温区的温度应低于晶体的熔点，但也不要太低，以 避免晶体炸裂； 3、熔体结晶应在高温区和低温区之间温度梯度大的那段 区间进行，即在散热板附近； 4、高温区和低温区内部要求有不大的温度梯度。这样既 避免了在熔体上部结晶，又避免了在低温区晶体内会产生 较大的内应力。
汰，形成高品种 单晶。 图 晶体生长选晶示意图
特定结构的坩埚
晶体各向异性决定了晶体不同取向 的晶体生长速率不同，生长过程中 必然形成晶体的竞争生长。
图 晶体生长的几何淘汰示意图
若有许多呈不同取 向的晶核在一个基底上 生长，当晶体生长到一 定阶段后，就只有那些 生长速度最大方向与基
底平面垂直的晶体才能
定向凝固技术
1925年： 布里奇曼（Bridgman）提出通过控制过冷度定向凝固 以获得单晶的方法； 1949年： 斯托克巴格（Stockbarger）进一步发展了这种方法； 故这种生长单晶的方法又称Bridgman—Stockbarger方 法，简称B—S方法。
超导材料制备方法
超导材料制备方法超导材料是一种特殊的物质，可以在特定温度下表现出零电阻和磁场排斥的特性。
它们在能源传输，储存和磁力传感器等领域具有广泛的应用。
为了制备高品质的超导材料，许多方法被探索和开发。
以下是10种常见的超导材料制备方法，以及对它们的详细描述。
1. 固相反应法固相反应法是一种常见的制备氧化物超导材料的方法。
此方法在高温下，通过混合金属氧化物粉末，并在惰性气氛下进行热处理。
这种方法通常需要高温和长时间，以保证产生足够纯净的晶体。
该方法的优点是制备过程简便，且可控性较高，但由于难以控制反应速率和产物的晶体大小和形状，因此需要多次试验才能获得理想的超导材料。
2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种制备金属氧化物超导材料的常用方法，该方法通过多步反应过程，从金属溶胶中创建预先确定的结构。
在这个过程中，溶胶的化学成分成为凝胶，进而干燥和加热成为氧化物，最终通过处理制成块材料。
这种方法可使产物保持高度纯度，并可控制晶体大小和形状，但对于大规模生产来说，这种方法成本较高。
3. 氧化物还原法氧化物还原法是一种通过还原在氧化过程中形成的材料来制备超导材料的方法。
该方法通过将金属氧化物暴露在还原气氛（如氢气，氩气）中，并将其受热处理，以便使其转变为具有超导性质的金属。
这种方法产量高，而且可以在不同的压力和温度条件下进行操作。
但由于在反应中需要控制气氛，因此需要更严格的反应条件和更高的成本。
4. 液相沉淀法液相沉淀法是一种将两种或两种以上的金属离子以化合物的形式制成超导材料的方法。
该方法将金属离子以混合溶液形式混合，制备成一种类似于沉淀物的材料。
这种方法的操作简单，成本较低，但在产物中的杂质可能更高，并且需要液相反应的最大控制，以打造高质量的超导材料。
5. 溶剂热法溶剂热法是一种通过将反应物混合在有机或无机溶剂中，然后加热使彼此反应生成超导材料的方法。
在这种方法中，溶剂的选择可以影响到产物的晶体结构和晶体质量。
这种方法的成本较低，操作简单，并能够制备高质量的超导材料。
材料合成与制备的方法
材料合成与制备的方法同学们，今天咱们来探讨一下材料合成与制备的方法，这可是个很有趣也很重要的话题呢！有一种常见的方法叫固相法。
这就好比把不同的“小积木”放在一起，通过高温或者高压等条件，让它们紧紧“黏合”在一起，形成我们想要的新材料。
比如说，陶瓷材料的制备就经常用到固相法。
然后是液相法。
想象一下，把各种材料溶解在液体里，就像调制一杯特别的“魔法药水”，然后通过控制反应条件，让材料在溶液中慢慢生成、沉淀或者结晶。
比如，一些纳米材料的合成就常用液相法。
还有气相法也很厉害。
把材料变成气体状态，让它们在特定的环境中相互反应，然后沉积下来形成新的材料。
这种方法常用于制备薄膜材料，就像在一个表面均匀地铺上一层“神奇的外衣”。
接下来说说溶胶-凝胶法。
这有点像先做出一种“果冻状”的东西，然后经过一系列处理，最终变成我们需要的材料。
这种方法可以制备出纯度高、均匀性好的材料。
水热合成法也不能忽视。
把材料放在高温高压的水溶液里，就像在一个特殊的“高压锅”里，让它们发生反应生成新的物质。
化学气相沉积法（CVD）也很常用。
让气体在基底表面发生化学反应，从而生成一层材料薄膜。
比如说，在制造半导体器件的时候，就经常用到CVD 法。
给大家举个例子，假如我们要制备一种新型的半导体材料。
可以先用固相法把原材料混合并进行初步处理，然后再用液相法进一步优化材料的性能，最后可能还会用气相法在材料表面镀上一层保护膜。
还有一种方法叫物理气相沉积法（PVD）。
通过物理过程，比如蒸发、溅射等，把材料沉积在基底上。
除此之外，还有很多其他的方法，比如电解法、等离子体法等等。
材料合成与制备的方法多种多样，每种方法都有它的特点和适用范围。
科学家们会根据具体的需求和材料的性质，选择最合适的方法来制造出性能优异的材料。
同学们，现在你们对材料合成与制备的方法是不是有了更清晰的认识啦？。
磷酸铁锂固相法和液相法
磷酸铁锂固相法和液相法
磷酸铁锂是一种高性能的锂离子电池正极活性材料，具有高能量
密度、长循环寿命等优点。
目前，磷酸铁锂的制备方法主要包括固相
法和液相法两种。
固相法是指将原料中的磷酸铁和碳酸锂按一定比例混合，加热至
高温下反应生成磷酸铁锂。
固相法制备磷酸铁锂具有反应温度低、工
艺简单、成本低等优点。
但是固相法制备磷酸铁锂存在晶粒尺寸大、
局部物性差、反应不充分等缺点。
因此，这种方法制备的磷酸铁锂电
池性能相对较低。
液相法是指将磷酸铁和碳酸锂溶解在适当的有机溶剂中，通过一
系列化学反应生成磷酸铁锂。
液相法制备磷酸铁锂具有晶粒尺寸小、
物性均匀、反应充分等优点。
但是液相法制备过程中需要用到大量的
有机溶剂，易造成环境污染，同时成本也较高。
针对固相法制备磷酸铁锂存在的问题，我们可以采用改进的方法。
一种典型的改进方法是采用机械球磨等方法将固相原料混合磨碎，从
而增大反应界面，提高反应速率和反应程度。
同时，可以针对生产工
艺进行精细优化，控制反应时间、温度、气氛等因素，最终得到高质
量的磷酸铁锂。
总的来说，磷酸铁锂固相法和液相法各有优缺点，适用于不同的
生产需求。
在实践应用中，我们需要根据具体情况，选用适宜的方法，
同时不断地探索和创新，在保证质量的同时，提高制备效率和降低成本，使磷酸铁锂电池得到更广泛的应用。
固-固相变储热及其材料制备和性能优化技术(Ⅰ)
固-固相变储热及其材料制备和性能优化技术(Ⅰ)李天天;李宝让;刘文洁;赵鹏翔;杜小泽【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2022(36)5【摘要】相变储热技术作为当前储热研究领域中的重点,在能源利用效率的提高方面效果显著。
作为高效储热技术之一,固-固相变储热主要通过固体相变实现热量的吸收和释放。
相比于固-液相变储热,固-固相变储热相变过程中体积变化小,同时无明显相分离、泄露等现象,在节能、环保和新能源等诸多领域中具有巨大的发展潜力。
有机固-固相变储热材料主要包括高分子聚合物、多元醇以及层状钙钛矿,其中聚合物类主要由"软相"大分子借助化学键连接"硬相"聚合物骨架形成。
"软相"作为相变过程的主体,升温至转变温度发生固-液转变;而"硬相"骨架限制其宏观流动,起到维持固体形态的作用。
多元醇在低温下呈现层状晶体结构,层间分子通过氢键相连接,进行固相转变时部分氢键断裂,分子转向面心立方晶体结构。
层状钙钛矿则是由有机层的长链烷烃以及无机层的金属配位四面体[MX_(4)^(2-)]交替组合而成的夹层状晶体结构,其固-固相变机理与高聚物相似,即有机层的长烷基链进行有序-无序转变,而无机层结构保持不变。
现阶段在有机固-固相变储热材料的制备技术方面,聚合物类材料主要通过接枝共聚、嵌段共聚等方法,以聚乙二醇为相变介质借助化学键结合到聚合物骨架上而形成;多元醇适用于中高温工作条件下,其相变温度和相变焓与所含氢键数相关,通过多元复合配比可调整其热物性能;层状钙钛矿的热物性取决于其组成烷基链的长度,可选择制备多元体系以拓宽相变温度范围。
近年来,为满足实际应用中对高储热功率的要求,除了致力于开发新型相变储热材料外,研究人员对相变材料的导热强化技术也在不断改进中。
本文基于固-固相变的机理,针对当前国内外固-固相变储热技术的研究,分别从相变行为的特征、材料制备、性能优化技术和应用等方面对固-固相变储热技术进行了详细的总结和分析。
高温超导材料的制备方法
高温超导材料的制备方法高温超导材料的制备方法是指在相对较高的温度范围内制备出具有超导性质的材料。
超导材料的发现和制备是材料科学领域的一项重大突破，对于能源传输和储存等方面有着广阔的应用前景。
本文将介绍几种常见的高温超导材料制备方法。
一、固相法固相法是高温超导材料制备的常用方法之一、首先，根据所需超导材料的化学成分，选取相应的元素或化合物作为原料。
然后，将原料按照一定的摩尔比进行混合。
接下来，将混合后的原料置于特定温度下进行热处理，使其发生化学反应，生成目标超导材料。
固相法的优点是简单易行，成本较低。
然而，由于反应温度较高，材料易于氧化或挥发，因此对于氧化性强的元素或化合物的制备较为困难。
二、液相法液相法是另一种常见的高温超导材料制备方法。
首先，将目标材料的前体化合物溶解于适当的溶剂中，得到均匀的溶液。
然后，通过调整溶液的温度和浓度等参数，使化合物发生化学反应，生成目标高温超导材料。
最后，通过蒸发或离心等方式，得到超导材料的粉末。
液相法的优点是制备过程中容易控制反应条件，并且可以得到高纯度的超导材料。
然而，由于液相法需要使用有机物作为溶剂，因此还需要考虑溶剂的挥发、残留等问题。
三、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种基于凝胶化反应的高温超导材料制备方法。
首先，选择适当的金属盐和有机物通过溶剂进行溶解。
然后，通过调整反应条件，使金属盐与有机物发生溶胶-凝胶转化，生成坚固的凝胶。
最后，将凝胶进行热处理，使其脱胶、结晶，最终得到超导材料。
溶胶-凝胶法的优点是提供了一种制备高纯度、均匀微观结构和较大晶粒尺寸的高温超导材料的途径。
然而，该方法比较复杂，需要进行多步反应，并且对反应条件的控制较为严格。
四、磁控溅射法磁控溅射是一种常用的薄膜制备技术，也可用于高温超导材料的制备。
该方法通过在真空环境下，将目标高温超导材料推向磁控溅射目标，利用氩离子束轰击目标，使其表面原子释放出来并沉积在基底上，形成超导薄膜。
磁控溅射法的优点是能够制备出具有均匀厚度、良好结晶性和较高超导性能的高温超导薄膜。
固相法是什么原理的应用
固相法是什么原理的应用1. 引言固相法是一种广泛应用于化学合成、材料制备和工业生产中的方法。
它基于一定的原理和技术将固体物质转变为目标产物。
本文将介绍固相法的原理以及其在不同领域中的应用。
2. 固相法的原理固相法基于物质的固态反应原理，通过在固体相中进行反应，控制温度、压力和反应时间等条件，使反应物在固相中发生反应，最终得到目标产物。
固相法的原理可以概括为以下几个方面：2.1 固体物质的反应性固相法的原理基于固体物质的反应性。
与液相反应相比，固体反应的反应速率较慢，但具有较高的反应选择性和产品纯度。
固体反应的反应温度通常较高，有助于提高反应速率。
2.2 固相扩散固相扩散是固相法中重要的原理之一。
它指的是反应物在固相中通过扩散相互接触，并发生化学反应。
固相扩散的速率受到温度、固相结构和化学反应速率的影响。
2.3 相变反应固相法中常常涉及到相变反应。
相变反应是指物质在固态和液态之间发生的转变。
通过控制温度和压力等条件，使固体物质在固态和液态之间进行相互转化，实现目标产物的制备。
3. 固相法的应用3.1 化学合成固相法在化学合成领域中有着广泛的应用。
通过将反应物在固相中进行反应，可以有效地控制反应的过程和产物的选择性。
例如，合成有机化合物时，固相法可以控制反应物的稳定性和选择性，提高合成产物的质量。
3.2 材料制备固相法在材料制备领域中也有重要的应用。
通过调控固相反应条件，可以制备具有特定结构和性能的材料。
例如，固相法可以制备出具有高纯度和均匀微观结构的金属合金和陶瓷材料。
3.3 工业生产固相法在工业生产中被广泛应用。
固相法具有反应过程稳定、操作简单等优点，适合大规模生产和工业化生产。
例如，固相法在冶金、能源和化学工业中的合成反应、催化反应和萃取过程中得到了广泛应用。
3.4 环境保护固相法在环境保护领域也有着重要的应用。
通过固相法可以有效地控制有毒物质的释放和传播，实现废物的资源化利用和减少对环境的污染。
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薄膜及 涂层材料
在生长界面附近产生一个温度梯度，从而生长晶体。
水平区域熔化
悬浮区域熔化
非晶态材料的制备原理与方法
（1）粉末冶金法
气体雾化法
化学法
（2）气相直接凝聚法
真空蒸发法
溅射法
（3）液体急冷法
喷枪法 锤砧法（活塞法）
固态反应法（机械合金化法） 化学气相沉积法
离心法 压延法（双辊法）
单辊法 熔体沾出法
熔滴法
（4）其他方法
该方法工艺要求苛刻：
a. 射流稳定，要有一定长度
b. 射流方向要准确 c. 流量与辊子转数要相配合
双辊法示意图
d. 辊子材料要硬度好、耐蚀、导热性好
所得非晶材料两面光滑、厚度均匀、强度好，冷却 速率一般（106℃/s） 。
2.5 单辊法
将熔体喷射到高速旋转的辊面上冷却，
形成连续的非晶条带。
该法要求：
结果与讨论
1. 乙醇为溶剂，不同WCl6浓度下合成纳米氧化钨
纳米线网
纳米刺球
纳米片层
0.1 g WCl6 / 50 ml 乙醇
0.3 g WCl6 / 50 ml 乙醇
0.8 g WCl6 / 50 ml 乙醇
随氯化钨质量增加，纳米氧化钨形貌发生明显变化，并且所得纳米 材料的尺度范围增加，其比表面积应该随尺度增加逐渐减小。
晶材料强度和致密度 差，适合制备高熔点 合金条带。
溶滴法示意图
3 溶液法材料制备
溶液法可以用来生长单晶材料，也可用 于制备粉末、薄膜和纤维等材料。溶液是 均匀、单相，从溶液中制备晶体材料，原 子无序长程扩散，因而溶液法比固相反应 所需的温度低得多。
溶液生长得到的单晶光学均匀性较好， 但生长速率较低。其基本原理是使晶体原 料作为溶质，溶于合适的溶剂中，用一定 的方法使溶液过饱和，从而结晶。通过放 置籽晶来控制晶体学取向。
溶胶－凝胶 ＋
模板工艺
多孔材料
胶质晶态模板 结构性多孔复制品
3.纤维材料
前驱体经反应形成类线性无机聚合物或络合物，当粘度达10~100Pa·s时， 通过挑丝或漏丝法可制成凝胶纤维，热处理后可转变成相应玻璃或陶瓷纤维
克服了传统直接熔融纺丝法因特种陶瓷难熔融而无法制成纤的困难，工艺 可以在低温下进行，纤维陶瓷均匀性好、纯度高
4 溶胶－凝胶法
4.1溶胶－凝胶法的基本概念
• 溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子 是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～1000nm之 间。
• 凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物
质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体， 凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。
混合 初始原料
搅拌
浓缩
前驱体溶胶
粘性溶胶
纺丝
陶瓷纤维
热处理
干燥
凝胶纤维
溶胶－凝胶制备的Al2O3-YAG纤维
4.粉体材料
采用溶胶－凝胶合成法，将所需成分的前驱物配制成混合溶液，经凝胶化、 热处理后，一般都能获得性能指标较好的粉末。
Y(OC2H5)3 Ca(OC2H5)2
4.4 溶胶-凝胶工艺参数
前驱体选择
易水解、技术成熟、可通过调节pH值控制反应进程
金属醇盐
价格昂贵、醇盐反应活性极大、 在空气中易水解、不易大规模生产、
受烷基的体积和配位影响
金属无机盐
价格低廉、易产业化 受金属离子大小、电位性及配位数等多种因素影响
4. 溶胶-凝胶工艺参数
• 从熔体出发的两种特殊方法的材料制备： • （1）当熔体冷却速度足够慢时能够制备单
晶体材料
• （2）当熔体冷却速度很快（约为每秒10万 摄氏度）时能够制备非晶体材料
• 从溶液出发的材料制备方法： • （3）溶液法材料制备 • （4）溶胶凝胶法
1 从熔体制备单晶材料
• 1.1、直拉法生长晶体 • 1.2、定向凝固法 • 1.3、区域熔化技术
a. 喷嘴可用石英、氧化铝、氮化硼管等。
b. 辊子材料可用铍青铜、滚珠钢等
c. 喷射时加热温度在材料熔点以上
单辊法示意图
d. 制备活性元素非晶，应在惰性气氛或真空中进行。
e. 连续生产时，辊子要进行水冷或液态氮冷却。
f. 条带宽度可通过喷嘴形状和尺寸控制。
特点：冷却速率一般（106℃/s） ，熔体与辊面热接触不好，材 料表面质量差，强度、致密度不及以上方法。
溶胶凝胶合成中常用的醇盐
阳离子
M(OR)n
阳离子
Si
Si(OCH3)4 Si(OC2H5)4
Ge
Al
Al(O-iC3H7)3 Al(O-sC4H9)3
Zr
Ti (O-iC3H7)4
Ti
Ti(OC4H9)4
Y
Ti(OC5H7)4
B
B(OCH3)3
Ca
M(OR)n Ge(OC2H5)4 Zr(O-iC3H7)4
2. 提拉法工艺设备：
氩气
加热源 控温设备 熔体盛放设备 旋转提拉设备 气氛控制设备
射频线圈
陶瓷托
硅氧观察窗 透明硅氧管
硅氧坩埚 石墨感受器
泡状氧化铝或 类似的材料
3. 提拉法生长晶体的一般原则：
平衡提拉速度和加热条件 引入籽晶时要使熔体温度略高于熔点 设计适当的冷却速度，避免冷却太快
4.3 溶胶－凝胶法的制备过程
1）、醇盐的水解 • 水解反应： 金属醇盐水解反应形成羟基化的产物和相应的醇 • M(OR)n+xH2O=M(OH)x(OR)n-x+xROH------M(OH)n
2）. 缩聚反应 失水缩聚：-M-OH+HO-M-=-M-O-M-+H2O 失醇缩聚：-M-OR+HO-M-=-M-O-M-+ROH 聚合物的增长包括长大和再结合过程
1.1. 直拉法生长晶体
1. 直拉法的工作原理：
籽晶粒 籽晶
熔体
旋转和提拉设备
坩埚 射频线圈或 其他加热器
原来的籽晶 生长的晶体
原理：是一种从熔体中生长单晶的方法，使晶核在其 本身熔体中经过形核后，晶核长大，得到单晶。首先 在熔体中形成一个单晶核，然后，在晶核和熔体的交 接面上不断的进行分子和原子的重新排列而形成单晶 体。只有当晶核附近熔体的温度低于凝固点时晶核才 能继续发展。因此，生长着的界面必需处于过冷状态。 然而，为了避免出现新的晶核引起生长界面的不稳定 性，过冷区必需集中于界面附近狭小的范围之内，而 熔体的其它部分则处于过热状态。
1846年Ebelmen 发现凝胶
20世纪30年代 W.Geffcken采用金属 醇盐制备氧化物薄膜
1971年Dislich制备了
SiO2-B2O-Al2O3-Na2OK2O多组分玻璃
80年代后 玻璃、氧化物涂层
功能陶瓷粉料 复合氧化物陶瓷材料
1975年Yoldas 和 Yamane得到整块陶瓷
和透明氧化铝膜
辐照法（激光凝固法）
悬浮熔炼技术
低熔点氧化物包裹技术
落管技术
2 从熔体制备非晶材料
• 2.1 喷枪法 • 2.2 锤砧法（活塞法） • 2.3 离心法 • 2.4 压延法（双辊法） • 2.5 单辊法 • 2.6 熔体沾出法 • 2.7 熔滴法
液体急冷法
实施原理 将液体以大于105℃/s的速度急冷，使液体中
基于液相-固相转变的材料制备
简述
• 基于液相-固相转变的材料制备一般可分为 两类：一类是从熔体出发，通过降温固化 得到固相材料，如果条件合适并且降温速 率足够慢可以得到单晶体，如果采用快冷 技术可以制备非晶（玻璃态）材料；另一 类则是从溶液出发在溶液中合成新材料或 有溶液参加合成新材料，再经固化得到固 相材料。
至一个高速旋转的圆筒中，并用高
压气体迫使熔体从小孔流出，喷到
离心法示意图
圆筒内壁。缓缓提升石英管，可得到螺旋状的非晶条带。
特点：冷却速率一般（106℃/s）、材料表面精度高，材料
取出难（离心力使得与壁面结合紧密）
2.4 压延法（双辊法）
熔化的金属从石英管底部的小孔喷射到一
对高速旋转、导热良好、
表面光滑的辊子之间。
常用喷嘴形状示意图
2.6 熔体沾出法
金属圆盘紧贴熔体表面高 速旋转，熔体被圆盘沾出一薄 层，迅速冷却成为非晶。
特点： 冷却速率低、材料表面质量差、致 密度和强度低，生产效率低， 成本低，工艺简单。
熔体沾出法
2.7 熔滴法
合金棒的下端用电子束 熔化，液滴滴落到一个高速 转动的辊面，随即被拉长， 凝固成条或丝。 特点：污染少、冷却快、非
溶解 前驱体
水解
缩聚
老化
溶液
溶胶
凝胶
凝胶
4.2 溶胶－凝胶法的技术特点
溶胶－凝胶法的优点： 反应温度低
材料纯度高，均匀性好 产品形状可控
可以控制孔隙度，制备多孔材料
溶胶－凝胶法的缺点：
• 原料成本较高 • 存在残留小孔洞 • 存在残留的碳 • 较长的反应时间 • 有机溶剂对人体有一定的危害性
溶胶－凝胶法的发展历程
生产工艺不连续
15
2.2 锤砧法（活塞法）
两个导热表面迅速相对运动 而挤压落入它们之间的液珠， 则此液珠被压成薄膜， 极冷成金属玻璃。
特点： 冷却速率稍低（105~106K/S）， 样品均匀，两面光滑
生产工艺不连续
2.3 离心法
将合金装入一个底部有小