功能无机材料课件 特殊和极端条件合成方法
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《功能材料》课件
化学气相沉积是利用气态 物质在加热的基材表面发 生化学反应，生成固态沉 积物的制备方法。
电化学沉积是利用电解液 中的离子在电极上发生氧 化还原反应，生成固态沉 积物的制备方法。
溶胶-凝胶法是利用溶液 中的前驱体在加热条件下 发生水解和缩聚反应，形 成凝胶，再经过干燥和热 处理得到固态产物的方法 。
生物法
应用领域拓展挑战
虽然功能材料在某些领域已经得到了广泛应用， 但在其他领域的应用还比较有限，需要进一步拓 展其应用领域。
功能材料的发展前景
01
02
03
广泛应用
随着科技的不断发展，功 能材料的应用领域将越来 越广泛，如能源、环保、 医疗、航空航天等。
创新发展
未来功能材料将不断涌现 出新的品种和性能更优的 材料，如新型高温超导材 料、纳米材料等。
产业升级
随着功能材料产业的不断 发展，将促进相关产业升 级和转型，如智能制造、 新能源等。
THANKS
谢谢
利用功能材料实现高效储能， 如锂离子电池和超级电容器。
电子信息领域
总结词
功能材料在电子信息领域中具有广泛 的应用，涉及集成电路、显示技术、 通信技术等。
集成电路
利用功能材料制造微电子器件，实现 高速、低功耗的集成电路。
显示技术
利用功能材料制造液晶显示器、有机 发光二极管显示器等显示器件。
通信技术
利用功能材料实现高速、大容量的通 信传输，如光纤通信和5G通信。
生物医学领域
总结词
功能材料在生物医学领域中具有重要应用，涉及 医疗器械、药物传递、生物成像等。
药物传递
利用功能材料实现药物的靶向传递和控释，提高 药物的疗效和降低副作用。
ABCD
第四章 极端条件下的无机合成
1 350℃ TiI 2 I 2 TiI 3 2 1 380℃ TiI 3 I 2 TiI 4 ( g ) 2
TiI4为黑色晶体，熔点150℃，沸点377℃，在真空 中180℃就能剧烈蒸发。当蒸发后的气态TiI4遇灼热 的钨丝(>1000℃)时，就能分解为组成元素。其中高 纯度的Ti粉沉积在钨丝表面，而碘蒸气则循环作用 于粗钛，在纯制过程中起载体的作用，叫转移试 剂．
2 Ar Ar Ar
hv
形成数目相同的Ar+和Ar-离子，组成总电荷为0的正负带电粒子， 而逆过程Ar++Ar-→2Ar则放出大量热能并形成等离子体电弧。电 弧炉主要用于高熔点金属如Ti，Zr等的冶炼。
3. 测温装置
温度是表征物体冷热程度的物理量，不能直接 加以测量。只能借助于冷热不同的物体之前的热交 换以及物体的某些物理性质，如热膨胀系数等随冷 热程度不同而变化的特性来加以间接测量。目前用 以测温的物理量除了热膨胀性之外，常用的还有导 体或半导体受热后电阻值变化的性质；热电性质， 即两种不同性质的导体相连后，当两个接触点温度 不同时，回路中产生不同热电势的性质；热辐射性 质等。
26 .232 608 T
K H 2O
可以看出，在不同温度下的
值很小，这就说明了
氢与氧之间有很牢固的化学键。
用H2还原氧化物的特点，是H2的利用率达不到 百分之百。当还原反应进行时，氢中混有气相 反应产物——水蒸气，而体系中H2、H2O与氧 化物和金属处于平衡状态反应便停止,尽管此时体系中仍有游 离氢分子存在。用纯氢还原氧化物时，氢的最高利用率y为：
(1)氢还原法制备非挥发性金属
反应如下
1 x M x O y ( s ) H 2 ( g ) M ( s ) H 2O ( g ) y y
无机材料合成方法
无机材料合成方法
1. 嘿，你知道固相合成法吗？就好像搭积木一样，把不同的固体物质放在一起，经过一定条件，它们就神奇地变成新的无机材料啦！比如说制造陶瓷，那可真是个神奇的过程呀！
2. 液相合成法也很有趣哦！想象一下把各种物质溶解在液体里，就像调魔法药水一样，然后会产生意想不到的变化呢。
好比制作一些特殊的溶液，然后就能得到我们想要的无机材料啦，多有意思呀！
3. 气相合成法呢，类似于让气体们来一场奇妙的聚会。
它们在特定条件下相互作用，哇塞，新的无机材料就诞生了！就像某种神秘的气体仪式，是不是很神奇？
4. 水热合成法呀，就如同让材料在温暖的水中成长发育。
比如合成水晶的时候，不就像在温水里孕育出美丽的宝物吗？
5. 溶胶-凝胶法，这可是个精细活儿呢。
就好像用胶水一点点塑造出精致的作品，通过这种方法可以得到很特别的无机材料哟，你不想试试看吗？
6. 燃烧合成法听起来就很刺激吧！就像一场热烈的火焰派对，快速地产生新的无机材料。
好比快速燃烧出一些独特的化合物，多带劲呀！
7. 微波合成法，可不是微波炉那么简单哦！它就像用微波给材料施魔法一样，快速又高效。
就像一下子让材料变得不一样了，是不是超厉害？
8. 电化学合成法，岂不是和电打交道？没错呀，就像电赋予了材料新的力量一样。
像在进行一场电子的舞蹈，从而合成无机材料，很神奇吧！
9. 仿生合成法，简直就是模仿大自然的杰作呀！仿照生物的结构和原理来合成无机材料，多酷呀。
就像向大自然这位大师学习，能创造出好多新奇的东西呢！
我的观点结论就是：无机材料合成方法真是五花八门，各有各的奇妙之处，每一种都值得我们去深入探索和了解呀！。
第二讲 无机材料的制备化学ppt课件
完整版PPT课件
6
➢ 固体反应的过程 （MgO + Al2O3 → MgAl2O4)
MgO/MgAl2O4界面:
MgO
4MgO + 2Al3+ - 3Mg2+
→ MgAl2O4
反应起始界面
MgAl2O4/Al2O3界面:
Al2O3
4Al2O3 + 3 Mg2+ - 2Al3+
MgAl2O4产物层 → 3MgAl2O4
晶体 （Crystals）
完美晶体（Perfect crystals） [原子在 三维空间排列无限 延伸有序， 并有 严格周期性]
缺陷晶体 （Defect crystals） [固体中 原子排列有易位、 错位以及本体组成 以外的杂质]
完整版PPT课件
4
固体原料混合物以固体形式直接反应过程是制 备多晶固体（即粉末）最为广泛应用的方法。固体 混合物在室温下经历一段时间，并没有可觉察的反 应发生。为使反应以显著速度发生，通常必须将它 们加热至甚高温度，一般在1000 ~ 1500℃。 热力学和动力学两种因素在固体反应中都极为 重要：热力学通过考察一个特定反应的自由能来判 断该反应能否发生，动力学因素则决定反应进行的 速率。
过程分析 MgO和Al2O3两种晶体反应是相互紧密接触，共享一个公用
面，即产物先在界面生成，存在尖晶石晶核的生长困难，还有产物随之
进行扩散的困难。上图给出氧化镁和氧化铝反应生成尖晶石过程的示意
图。由图可见，当MgO和Al2O3两种晶体加热后，在接触面上局部生成一 层MgAl2O4。
反应的第一阶段是生成MgAl2O4晶核，晶核的生成是比较困难的， 这是因为：首先，反应物和产物的结构有明显的差异，其次是生成物涉
无机合成化学ppt课件
4.1 水热-溶剂热合成
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
4.1.1
概念与实例
⑴ 概念
水热-溶剂热合成是指温度为100～1000 ℃、压力为 1MPa～1GPa 条件下利用水溶液中物质化学反应所进行 的合成。在亚临界和超临界水热-溶剂热条件下,由于反应 处于分子水平,反应性提高,因而水热-溶剂热反应可以说扩 充了高温固相反应。又由于水热-溶剂热反应的均相成核 及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以 创造出其他方法无法制备的新化合物和新材料。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
本章将系统而简洁地介绍水热溶剂热合成、无水无氧合成和电解 合成三种合成方法，以及它们的一 些重要应用。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
Nd2O3 + H3PO4 → NdP5O14 CaO·nAl2O3 + H3PO4 → Ca(PO4)3OH + AlPO4 La2O3 + Fe2O3 + SrCl2 → (La, Sr)FeO3 FeTiO3 + KOH → K2O·nTiO2 (n = 4, 6)
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
4.1.1
概念与实例
⑴ 概念
水热-溶剂热合成是指温度为100～1000 ℃、压力为 1MPa～1GPa 条件下利用水溶液中物质化学反应所进行 的合成。在亚临界和超临界水热-溶剂热条件下,由于反应 处于分子水平,反应性提高,因而水热-溶剂热反应可以说扩 充了高温固相反应。又由于水热-溶剂热反应的均相成核 及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以 创造出其他方法无法制备的新化合物和新材料。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
本章将系统而简洁地介绍水热溶剂热合成、无水无氧合成和电解 合成三种合成方法，以及它们的一 些重要应用。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
Nd2O3 + H3PO4 → NdP5O14 CaO·nAl2O3 + H3PO4 → Ca(PO4)3OH + AlPO4 La2O3 + Fe2O3 + SrCl2 → (La, Sr)FeO3 FeTiO3 + KOH → K2O·nTiO2 (n = 4, 6)
无机材料合成与制备课件
实验步骤 1. 准备试剂和仪器，如硅酸乙酯、乙醇、氨水、烘箱、玻璃基板等。
2. 将硅酸乙酯、乙醇和氨水按一定比例混合，搅拌均匀。
实验一：溶胶-凝胶法制备二氧化硅薄膜
3. 将混合液滴加到玻 璃基板上，放入烘箱 中加热至一定温度。
5. 观察和测试二氧化 硅薄膜的形貌和性能 。
4. 取出玻璃基板，用 去离子水冲洗，晾干 后进行热处理。
无机材料合成与制备课件
• 无机材料概述 • 无机材料合成方法 • 无机材料制备技术 • 无机材料合成与制备的研究进展 • 无机材料合成与制备的前景与挑战 • 无机材料合成与制备实验课程设计
01
无机材料概述
无机材料的定义与分类
无机材料定义
无机材料是指不含碳元素的化合物或 单质，主要由无机化合物组成的一类 材料。
实验二：化学气相沉积法制备氮化硅薄膜
01 实验步骤
02
1. 准备试剂和仪器，如硅烷、氨气、氢气、氮气、反
应腔等。
03
2. 将反应气体按一定比例通入反应腔中，加热至一定
温度。
实验二：化学气相沉积法制备氮化硅薄膜
3. 保持反应一定时间，使反应 物在基材表面沉积形成薄膜。
4. 停止反应，取出基材，进行 后处理。
5. 观察和测试氮化硅薄膜的形 貌和性能。
实验三：物理气相沉积法制备钛合金薄膜
实验目的
通过物理气相沉积法合成钛合金薄膜，了解 物理气相沉积法的合成过程和原理，掌握钛 合金薄膜的制备技术。
实验原理
物理气相沉积法是一种常用的材料合成方法 ，通过将金属蒸发或溅射成原子或分子，在 基材表面沉积形成薄膜。钛合金薄膜具有高 强度、耐腐蚀等特性，常用于航空、化工等 领域。
05
无机材料合成与制备的前景与挑战
2. 将硅酸乙酯、乙醇和氨水按一定比例混合，搅拌均匀。
实验一：溶胶-凝胶法制备二氧化硅薄膜
3. 将混合液滴加到玻 璃基板上，放入烘箱 中加热至一定温度。
5. 观察和测试二氧化 硅薄膜的形貌和性能 。
4. 取出玻璃基板，用 去离子水冲洗，晾干 后进行热处理。
无机材料合成与制备课件
• 无机材料概述 • 无机材料合成方法 • 无机材料制备技术 • 无机材料合成与制备的研究进展 • 无机材料合成与制备的前景与挑战 • 无机材料合成与制备实验课程设计
01
无机材料概述
无机材料的定义与分类
无机材料定义
无机材料是指不含碳元素的化合物或 单质，主要由无机化合物组成的一类 材料。
实验二：化学气相沉积法制备氮化硅薄膜
01 实验步骤
02
1. 准备试剂和仪器，如硅烷、氨气、氢气、氮气、反
应腔等。
03
2. 将反应气体按一定比例通入反应腔中，加热至一定
温度。
实验二：化学气相沉积法制备氮化硅薄膜
3. 保持反应一定时间，使反应 物在基材表面沉积形成薄膜。
4. 停止反应，取出基材，进行 后处理。
5. 观察和测试氮化硅薄膜的形 貌和性能。
实验三：物理气相沉积法制备钛合金薄膜
实验目的
通过物理气相沉积法合成钛合金薄膜，了解 物理气相沉积法的合成过程和原理，掌握钛 合金薄膜的制备技术。
实验原理
物理气相沉积法是一种常用的材料合成方法 ，通过将金属蒸发或溅射成原子或分子，在 基材表面沉积形成薄膜。钛合金薄膜具有高 强度、耐腐蚀等特性，常用于航空、化工等 领域。
05
无机材料合成与制备的前景与挑战
资料-无机合成(PPT课件)
2 合成路线和方法
1 新合成反应、路线与技术的开发以及相 关基础理论的研究
2 极端条件下的合成路线、反应方法与制 备技术的基础性研究
3 仿生合成与无机合成中生物技术的应用 4 绿色（节能、洁净、经济）合成反应与
工艺的基础性研究
5 特种结构无机物或特种功能材料的分子 设计、裁剪及分子（晶体）工程学
热力学在无机化合物制备中的应用
1 合金、金属陶瓷型二元化合物（如C、N、 B、Si 化合物）
2 酸、碱和盐类 3 配位化合物，金属有机化合物，团簇与
原子簇化合物
4 多聚酸和多聚碱及其盐类 5 无机胶态物质，中间价态或低价化合物 6 非化学计量比化合物 7 无机高聚物 8 标记化合物
1 实验技术 ● 高温、高压 ● 超高真空 ● 无氧无水 ● 中压水热合成 ● 低温真空
1 无机化合物制备反应的判据
△rGm＝△rHm -T△rSm
对于封闭体系恒温恒压过程，其制备反应方向判 据：
（△rGm）T，p＜0 制备反应能够进行 （△rGm）T，p＝0 制备反应达平衡态
（△rGm）T，p＞0 制备反应不能进行
如果制备反应在热力学上是可行的，但若反应进行 很慢，则该反应在实际上亦不可用，所以必须同时 考虑热力学和动力学这两个因素。
3 耦合反应在无机制备中的应用
(1)反应的耦合 按照热力学观点，反应的耦合是指：化学反应中把
一个在任何温度下都不能自发进行的（焓增、熵减型） 反应，或在很高温度下才能自发进行的（焓增、熵增 型）反应，与另一个在任何温度下都能自发进行的 （焓减、熵增型）反应联合在一起，从而构成一个复 合型的自发反应（焓减、熵增型），或在较高温度下 就能自发进行的（焓增、熵增型）反应。
[例4] 耦合促使氯化反应顺利进行
1 新合成反应、路线与技术的开发以及相 关基础理论的研究
2 极端条件下的合成路线、反应方法与制 备技术的基础性研究
3 仿生合成与无机合成中生物技术的应用 4 绿色（节能、洁净、经济）合成反应与
工艺的基础性研究
5 特种结构无机物或特种功能材料的分子 设计、裁剪及分子（晶体）工程学
热力学在无机化合物制备中的应用
1 合金、金属陶瓷型二元化合物（如C、N、 B、Si 化合物）
2 酸、碱和盐类 3 配位化合物，金属有机化合物，团簇与
原子簇化合物
4 多聚酸和多聚碱及其盐类 5 无机胶态物质，中间价态或低价化合物 6 非化学计量比化合物 7 无机高聚物 8 标记化合物
1 实验技术 ● 高温、高压 ● 超高真空 ● 无氧无水 ● 中压水热合成 ● 低温真空
1 无机化合物制备反应的判据
△rGm＝△rHm -T△rSm
对于封闭体系恒温恒压过程，其制备反应方向判 据：
（△rGm）T，p＜0 制备反应能够进行 （△rGm）T，p＝0 制备反应达平衡态
（△rGm）T，p＞0 制备反应不能进行
如果制备反应在热力学上是可行的，但若反应进行 很慢，则该反应在实际上亦不可用，所以必须同时 考虑热力学和动力学这两个因素。
3 耦合反应在无机制备中的应用
(1)反应的耦合 按照热力学观点，反应的耦合是指：化学反应中把
一个在任何温度下都不能自发进行的（焓增、熵减型） 反应，或在很高温度下才能自发进行的（焓增、熵增 型）反应，与另一个在任何温度下都能自发进行的 （焓减、熵增型）反应联合在一起，从而构成一个复 合型的自发反应（焓减、熵增型），或在较高温度下 就能自发进行的（焓增、熵增型）反应。
[例4] 耦合促使氯化反应顺利进行
无机合成011ppt课件
第二节 无机合成的基本问题
2.4 无机合成中的结构鉴定和表征问题
由于无机化合物和材料的合成对组成和结构有严 格的要求，因此结构的鉴定和表征对无机合成具有指 导作用。它包括对合成产物组成结构的确证，物化性 能的测定及对合成反应过程中间产物的检测等。
常规检测方法：组成分析、X射线衍射、光谱分析等 近代检测方法：低能电子衍射、低速粒子散射光谱
教学参考书
《无机合成化学》
张克立 孙聚堂 等编著 武汉大学出版社, 2004
主要内容
第1章 绪论 第2章 无机材料概述 第3章 无机合成科学基础 第4章 无机合成实验技术 第5章 无机合成方法 第6章 分离与纯化技术 第7章 无机合成化学进展
第一节 无机合成及其重要作用
1.1 无机合成定义：
随着科学技术发展及实际应用的需要，无机合成 愈来愈广泛地应用各种特殊实验技术和方法合成特殊 结构、聚集态（如膜、超微粒、非晶态等）及具有特 殊性能的无机化合物和无机材料。
合成无机半导体超薄膜 超高真空
合成低价态化合物或配合物 无氧无水条件
晶体多孔材料（分子筛） 水热条件
超硬材料
高温高压条件
第二节 无机合成的基本问题
思考题
➢ 什么是无机合成？ ➢ 无机合成研究的主要内容（或基本问题）是什么？
应用化学专业基础课
无机合成
任课教师：杨文胜 北京化工大学理学院
2011年
教材
《无机材料合成》
刘海涛 杨郦 等编著 化学工业出版社, 2003
教学参考书
《无机合成与制备化学》
徐如人 庞文琴 主编 高等教育出版社, 2001
第二节 无机合成的基本问题
2.1 无机合成化学与反应规律问题
新型无机化合物或无机材料的结构创新、合成路 线的设计和选择、合成途径和方法的改进是无机合成 研究的主要内容。
《无机功能材料》课件
5
化学镀膜法
利用化学反应在基材上生成无机功能 层的合成方法。
氢热法
利用氢气对金属或金属化合物进行还 原反应合成无机材料。
电化学沉积法
利用电势差和阳极氧化反应制备无机 材料的方法。
无机材料的应用及发展趋势
电子光学应用
无机材料在电子器件、光学器件中的广泛应用。
生物医药应用
无机材料在生物医学领域的应用及其潜力。
properties and applications. CRC Press. • Li, L., & Zhang, D. (2011). Formation and properties of thin
inorganic coatings. Springer Science & Business Media.
通过改变材料表面性质来实现特定功能的无 机材料。
氮化物材料
具有优异性能的无机材料，应用于LED、电 池等领域。
其他无机材料的分类
介绍其他种类的无机材料及其应用领域。
无机材料的合成程制备特定
结构的无机材料。
3
气相沉积法
4
通过气体的热化学反应在基材表面沉
积无机材料。
《无机功能材料》PPT课 件
本课件旨在介绍无机功能材料的概念、分类、合成方法以及应用和发展趋势。 提供详尽而有趣的内容，让您深入了解这一领域。
介绍无机功能材料
• 无机功能材料的概念 • 无机材料的优点和存在的问题
无机材料的分类
硅材料
具有广泛应用的无机材料，用于电子器件、 光学设备等领域。
表面改性材料
能源应用
无机材料在可再生能源技术方面的应用与发展。
社会发展趋势
无机材料在社会科技进步中的重要角色和未来发 展方向。
高中化学苏教版功能各异的无机非金属材料课件
高中化学苏教版功能各异的无机非金属材料
光导纤维
高温结构陶瓷
含 从高纯度的SiO2的熔融体中 具有特殊结构的耐高温 义 拉出的直径为10 μm的细丝 陶瓷
成 分
SiO2
Si3N4、Al2O3、SiC、 ZrO2等
优 良 性 能
抗干扰性能好，通信质量高， 密度小、高硬度、耐磨 信息传输量大，防窃听，密 损、耐高温、抗氧化及 度小，耐腐蚀，易铺设维护 酸碱腐蚀
玻璃熔炉
陶瓷窑
共同特点
高温条件下发生复杂的物理变化、化学变化，冷 却后成为复杂的硅酸盐
高中化学苏教版功能各异的无机非金属材料
【问题导思】 ①在SiCl4(g)＋O2(g) 1=3=0=0==℃SiO2(s)＋2Cl2(g)中，氧化产 物是哪种物质？ 【提示】 Cl2 ②生物陶瓷有哪些优点？ 【提示】 生物陶瓷具有良好的生物兼容性，对肌体无免 疫排异反应，无溶血、凝血反应，对人体无毒，不会致癌，适 合植入人体中，可用于人体器官和组织的修复或再造。
第二单元 功能各异的无机非金属材料
教师用书独具演示
●课标要求 知道水泥、玻璃和陶瓷的主要化学成分、生产原料及其 用途。
高中化学苏教版功能各异的无机非金属材料
●新课导入建议 日常生活你都使用过哪些无机非金属材料，见过哪些无 机非金属材料，这些材料的主要成分是什么，它们又是怎样 制造出来的？本节我们就学习无机非金属材料的成分、应 用、功能等知识。
(Na2SiO3、
种类：土
CaSiO3和
器、陶器、
SiO2)、石英玻璃、光 瓷器、炻
学玻璃、玻璃纤维、 器等
(3CaO·Al2O3)
钢化玻璃
主要性能
有水硬性：跟 水掺和搅拌后 凝固变硬、水 中也能硬化
光导纤维
高温结构陶瓷
含 从高纯度的SiO2的熔融体中 具有特殊结构的耐高温 义 拉出的直径为10 μm的细丝 陶瓷
成 分
SiO2
Si3N4、Al2O3、SiC、 ZrO2等
优 良 性 能
抗干扰性能好，通信质量高， 密度小、高硬度、耐磨 信息传输量大，防窃听，密 损、耐高温、抗氧化及 度小，耐腐蚀，易铺设维护 酸碱腐蚀
玻璃熔炉
陶瓷窑
共同特点
高温条件下发生复杂的物理变化、化学变化，冷 却后成为复杂的硅酸盐
高中化学苏教版功能各异的无机非金属材料
【问题导思】 ①在SiCl4(g)＋O2(g) 1=3=0=0==℃SiO2(s)＋2Cl2(g)中，氧化产 物是哪种物质？ 【提示】 Cl2 ②生物陶瓷有哪些优点？ 【提示】 生物陶瓷具有良好的生物兼容性，对肌体无免 疫排异反应，无溶血、凝血反应，对人体无毒，不会致癌，适 合植入人体中，可用于人体器官和组织的修复或再造。
第二单元 功能各异的无机非金属材料
教师用书独具演示
●课标要求 知道水泥、玻璃和陶瓷的主要化学成分、生产原料及其 用途。
高中化学苏教版功能各异的无机非金属材料
●新课导入建议 日常生活你都使用过哪些无机非金属材料，见过哪些无 机非金属材料，这些材料的主要成分是什么，它们又是怎样 制造出来的？本节我们就学习无机非金属材料的成分、应 用、功能等知识。
(Na2SiO3、
种类：土
CaSiO3和
器、陶器、
SiO2)、石英玻璃、光 瓷器、炻
学玻璃、玻璃纤维、 器等
(3CaO·Al2O3)
钢化玻璃
主要性能
有水硬性：跟 水掺和搅拌后 凝固变硬、水 中也能硬化
《无机功能材料》PPT课件
TiOR+HOTi → TiOTi+ROH 溶剂化反应：Ti(OR) 4 +mR’OH → Ti(OR)(4-m)(OR’)m+mROH 2.2.3 沉淀法 (1)直接沉淀法 一般以硫酸氧钛为原料，用氨水为沉淀剂，沉淀出TiO (OH)2，然后经过滤、 干燥，高温热处理分解即可制得纳米TiO2，该法设备工艺简单，技术要求不 高，成本低，但沉淀洗涤困难，制得的纳米TiO2的粒度分布较宽，易引入杂 质。
但是，由于TiO2本身禁带宽，产生的电子-穴 对不仅极易复合而且寿命较短，光响应范围较窄，
使光催化活性受到了一定的限制，且利用的光谱 范围受到一定的限制。影响TiO2光催化活性的因 素很多，例如TiO2粒子的晶型、粒径、表面形态 等，实验表明，锐钛型纳米TiO2较金红石型纳米 TiO2具有更高的催化效率。为了改善TiO2 光催化 活性，提高光催化效率，有关TiO2 微粒的制备方 法、掺杂金属离子、掺杂有机染料、催化剂载体、
❖1.2 光催化性
纳米TiO2是一种n型半导体材料，禁带宽度较 宽， ，当它吸收了波长小于或等于387.5nm的光 子后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带 负电的高活性电子e-,在价带上产生带正电的空穴 h+。吸附在TiO2 表面的氧俘获电子形成·O2-空穴 则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有强 氧化性的·OH，反应生成的原子氧、氢氧自由基 都有很强的化学活性，氧化降解大多数有机污染 物。同时空穴本身也可夺取吸附在半导体表面的 有机物质中的电子，使原本不吸收光的物质被直 接氧化分解。
纳米TiO2 的制备
气相法
物理气相沉积法 、化学气相沉积 法
液相法
胶溶法 、溶胶-凝胶法 、 沉淀法 、微乳液法 、中和水解法
但是，由于TiO2本身禁带宽，产生的电子-穴 对不仅极易复合而且寿命较短，光响应范围较窄，
使光催化活性受到了一定的限制，且利用的光谱 范围受到一定的限制。影响TiO2光催化活性的因 素很多，例如TiO2粒子的晶型、粒径、表面形态 等，实验表明，锐钛型纳米TiO2较金红石型纳米 TiO2具有更高的催化效率。为了改善TiO2 光催化 活性，提高光催化效率，有关TiO2 微粒的制备方 法、掺杂金属离子、掺杂有机染料、催化剂载体、
❖1.2 光催化性
纳米TiO2是一种n型半导体材料，禁带宽度较 宽， ，当它吸收了波长小于或等于387.5nm的光 子后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带 负电的高活性电子e-,在价带上产生带正电的空穴 h+。吸附在TiO2 表面的氧俘获电子形成·O2-空穴 则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有强 氧化性的·OH，反应生成的原子氧、氢氧自由基 都有很强的化学活性，氧化降解大多数有机污染 物。同时空穴本身也可夺取吸附在半导体表面的 有机物质中的电子，使原本不吸收光的物质被直 接氧化分解。
纳米TiO2 的制备
气相法
物理气相沉积法 、化学气相沉积 法
液相法
胶溶法 、溶胶-凝胶法 、 沉淀法 、微乳液法 、中和水解法
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4.2 电 化 学 合 成
• 电解盐的水溶液和熔融盐以制备金属、某些合金和镀层； • 通过电化学氧化过程制备最高价和特殊高价的化合物； • 含中间价态或特殊低价元素化合物的合成； • C, B, Si, P, S, Se等二元或多元金属陶瓷型化合物的合成； • 非金属元素间化合物的合成； • 混合价态化合物，簇合物，嵌插型化合物，非计量氧化 物等难于用其他方法合成的化合物。
热点火理论
• 化学自燃. 这类着火通常不需外界给以加热,而 是在常温下依靠自身的化学反应发生的. • 热自燃. 如果将燃烧和氧化剂混合物均匀地加 热,当混合物加热到某一温度时的便着火,这时 是在混合物的整个容积中着火,称为热自燃. • 点燃. 用火花、电弧、热平板、钨丝等高温热 源使混合物局部受到强烈的加热而先着火燃烧, 随后,这部分已燃的火焰传播到整个反应的空间, 这种着火方式称为点火. 自蔓延高温合成过程 的着火方式绝大多数情况下均为点火方式.
熔盐在无机合成中的应用
1. 稀土金属的电解制备
2. 生长激光晶体：YAG: Nd 3+ (掺钕的钇铝石榴石) 3. 单晶薄膜磁光材料：稀土石榴石单晶 4. 玻璃激光材料：稀土硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等 5. 稀土发光材料：Gd3SiO5:Ce
6. 超硬材料：硼化物、氮化物、碳化物等
7. 超低损耗的氟化物玻璃光纤：氟锆酸盐玻璃等
• 电化学无机合成 electrochemical inorganic synthesis • 电化学无机合成即利用电流通过电解质溶液或熔融电 解质时，在电极上发生化学反应来进行无机合成，主 要是电解合成。 • 优点及应用 • (1)具有高度的选择性 • (2)可得到普通方法不易合成的化合物，如强氧化性 的化合物、特殊高(低)价态的化合物等 • (3)通过电极进行电子转移，不需要添加氧化剂或还 原剂，便于产物分离 • 工业上铝、镁的冶炼，铜、镍的精炼，氢气、氧气的 制备等都采用此法。
水溶液电解
• 几个基本概念 电解定律(法拉第定律) 电流效率 电流密度 电极电位和标准电位 分解电压和超电压
水溶液中的电解反应
含高价态元素化合物的电氧化合成：
(1) 高氯酸钠和K2MnO4的合成： NaClO3 + H2O -2e NaClO4 + 2H+
2K2MnO4 + 2H2O2
2KMnO4 + 2KOH +H2
获得微波等离子体的方法和装置
获得等离子体的方法和途径是多种多 样的，下图为等离子体的主要生成途径。 除了宇宙星球、星际空间及地球高空的 电离层属于自然界产生的等离子体外， 其它的都是人为产生的等离子体。微波 等离子体是靠气体放电的办法获得。
下图是产生微波等离子体的装置的基本框图
下图则是一种微波等离子体辅助CVD反应器，利用此反 应器成功地在非常低的基片温度（约100度）下沉积出质 量很好的氧化硅膜。稍加修改后，也可用于其他合成化 学反应。
微波合成
频率：300MHz－300GHz；波长：1－1000mm 微波燃烧合成和微波烧结 特点：反应时间短；可控制过程
微波物理性质
微波，通常指波长为1m到0.1mm范围内的电 磁波，其相应的频率范围是300 MHz~3000 GHz。 1~25cm波长范围用于雷达，其它的波长范 围用于无线电通讯，为了不干扰上述这些用 途．国际无线电通讯协会(CCIP)规定家用或工 业用微波加热设备的微波频率是2450 MHz(波 长12.2cm)和915MHz(波长32．8cm)。 家用微波炉使用的频率都是2450 Hz。 915MHz的频率主要用于工业加热。
第四章 特殊合成方法和 极端条件下的合成方法
特 殊 合 成 方 法
电化学合成 光化学合成 微波合成 自蔓延高温合成 极 端 条 件 合 成 方 法 超高温超高压合成
等离子体化学合成
溅射合成法 离子束合成法 激光物理气相沉积法 失重合成 讲解：赵宏滨
生物合成法
4.1 光化学合成
200－700nm范围内的光
光化学合成的特点： 清洁、反应条件温和、安全、可缩短合成路线 光源：汞灯
4.1 光化学合成
电子激发态的光物理过程
光化学合成
光的吸收：有机化合物 n-π*, π-π*, n-σ*, σ-σ*
过渡金属配合物 d-d 无机固体： 稀溶液：Beer –Lambert定律 Stark-Einstein定律 量子产率
自蔓延高温合成(SHS)
自蔓延高温合成定义
(Self-Propagating High-Temperature Synthesis) ： 利用原材料本身的热能来制备材料的合成方法。 SHS的优点： 能量利用充分、产品 纯度高 (15004000oC)；产量高。
燃烧合成法
燃烧合成(Combustion Synthesis ,CS),也称自 蔓延高温合成(Self - Propagating High Temperature Synthesis ,SHS),它是一种利用化 学反应自身放热使反应持续进行,最终合成所 需材料或制品的新技术.
产生分子数或消失分子 数 吸收的光子数
acl
I I 0e
光化学合成
• 有机金属配合物的光化学合成：取代反应、光异构化 反应、光敏金属－金属键的断裂反应、光致电子转移 反应和氧化还原反应等 • 光敏化反应制备硅烷、硼烷等： 2SiH4 + Hg (3P1) ---- Si2H6 + H2 (M-H 的断裂) BCl3 ＋ Hg (3P1) ---- B2H4 + Hg (3S1) (M-Cl 的断 裂) • 光解水制备H2和O2： S + A === S+ + A4S+ + 2H2O --- 4S + 4H+ + O2 2A- + 2H2O --- 2A + 2OH- + H2
熔盐电解和熔盐技术
• 离子熔盐：金属阳离子和无机阴离子组成的熔融液体 二元和多元混合熔盐：LiCl－KCl、KCl－NaCl－AlCl3等 金属离子多种价态及多种络合阴离子的产生
熔盐的特性
• 溶解能力非凡；
• 传输速率快、效率高；
• 电极界面间的交换电流高；
• 生成自由能负值大；
• 良好的热稳定性； • 热容量大、储热和导热性能好； • 耐辐射，但腐蚀性强
在多孔晶体材料上无机盐的高度 分散
担载的催化剂，通常是将活性组分分 散到具有高比表面的担体上而制成的， 因而活性组分的分散度对于提高催化反 应的活性和选择性部具有十分重要的意 义。通常是将样品在某一温度下加热数 小时或数十小时完成的。
稀土磷酸盐发光材料的微波合成
微波等离子体的应用
• • • • • • • • • 1.微波等离子体快速制备光导纤维 2.微波等离子体做强功率激光的高效激发泵源 3.MPCVD制造太阳能电池薄膜 4.MPCVD制造Tc超导薄膜 5.微波等离子体刻蚀技术 6.MPCVD合成金刚石薄膜 7.低功率微波等离子体合成氨 8.低功率微波等离子体合成氮氧化物 9.微波等离子体合成与制备聚合物膜和无机膜
无机合成中的应用
热等离子体 固氮——NO2 的合成 冷等离子体 氨、胫(H2N-NH2)和 金刚石的合成
煤化学——CO和C2H2的合成
超微、超纯、耐高温材料、陶瓷 和超导材料的合成：
2NbCl3 + 5H2 ＋ N2 ---- 2δ-NbN ＋ 10HCl
SiH4 (g) + CH4 (g) ---- SiC (s) + 4H2 (g) 金属及合金的制造和冶炼
CS 技术的应用
• • • • • • 燃烧合成制备粉体 燃烧合成烧结技术 燃烧合成致密化技术 燃烧合成熔铸技术 燃烧合成焊接技术 燃烧合成涂层技术
燃烧合成制粉
无机合成中的应用
直接合成法： 粉末冶金中难熔的金属间化合物和金属陶瓷，如TiB2、 TaC、BN等 Mg热、Al热合成法： TiC-Al体系的合成：Ti 、C 等比例与不同量的Al相混 合 WC的合成：WO3 + 3Mg + C == WC + 3MgO + Q 陶瓷内衬复合钢管的合成： Fe2O3 + 2Al ---- 2Fe + Al2O3 + Q
微波加热和加速反应机理
实验表明极性分子溶剂吸收微波能而被快速加热，而非极性分 子溶剂几乎不吸收微波能，升温很小，如表10-1所示。 而非极性溶剂几乎不升温。有些固体物质能强烈吸收微波能而 迅速被加热升温，而有些物质几乎不吸收微波能，升温幅度很小， 实验结果如表l0—2所示。微波加热大体上可认为是介电加热效应。 在微波介电加热效应中，主要起作用的是偶极极化和界面极化。 可透射微波的材料(如玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯等)或是非极性 介质由于微波可完全透过，故材料不吸收微波能而发热很少或不发 热．这是由于这些材料的分子较大，在交变微波场中不能旋转所致。 金属材料可反射微波，其吸收的微波能为零。吸收微波能的物 质，其耗散因子是一个确定值。因为微波能通过样品时很快被样品 吸收和耗散，样品的耗散因子越大，给定频率的微波能穿透越小。 穿透深度定义为从样品表面到内部功率衰减到一半的截面的距离， 这个参数在设计微波实验时是很重要的。超过此深度，透人的微波 能量就很小，此时的加热主要靠热传导。
水溶液中的金属电沉积
粗金属为原料作阳极进行电解，在阴极获得纯金属的 电解提纯；以金属化合物为原料，以不溶性阳极进行电解 的电解提取。 电解液的要求 含有一定浓度的预得金属的离子；电导性好；具有适于在 阴极析出金属的pH值；能出现金属收率好的电沉积状态； 尽可能少地产生有毒和有害气体。 硫酸盐、氯化物、磺酸盐等 影响因素 电流密度、温度、添加剂、金属离子的配位作用等
微波等离子体的应用
• • • • • • • • • 1.微波等离子体快速制备光导纤维 2.微波等离子体做强功率激光的高效激发泵源 3.MPCVD制造太阳能电池薄膜 4.MPCVD制造Tc超导薄膜 5.微波等离子体刻蚀技术 6.MPCVD合成金刚石薄膜 7.低功率微波等离子体合成氨 8.低功率微波等离子体合成氮氧化物 9.微波等离子体合成与制备聚合物膜和无机膜