Chapter 5 纳米无机材料化学
无机材料化学课程简介
《无机材料化学》课程简介课程号:20324130课程名称:无机材料化学(inorganic material chemistry)学分:2学时:32学时考核方式:考查课程性质：选修课基本面向:应用化学或化学专业本科生教材:讲义形式参考书目:[1] 曾人杰, 无机材料化学(上,下册), 厦门:厦门大学出版社,2002[2] 田顺宝, 无机材料化学,北京:科学出版社,1993[3] 杨华明,宋晓岚,新型无机材料,北京:化学工业出版社,2005[4] 张玉军,张伟儒,结构陶瓷材料及其应用,北京:化学工业出版社,2005内容简介:无机材料化学是研究新型无机材料的结构、性质、合成和应用的一门新兴学科。
该课程主要介绍新型无机材料化学研究领域和发展历史概况。
为学生了解无机材料化学的进展和进一步深造提供一些必要的基础知识.在这门课里主要讲述新型无机材料，纳米材料，介孔材料，光子晶体，薄膜材料，生物材料，半导体材料以及功能材料的概况、制备方法以及应用等。
个人简历任课老师：郭成花，1975年2月出生于山东省费县，1996年，考入山东师范大学化学系，学习化学教育专业。
1999年，保送至山东师范大学半导体所攻读硕士研究生，学习微电子学与固体电子学专业，从事复合多孔硅材料的制备研究。
2003年7月，考入南开大学物理科学学院，师从金庆华、陈铁红导师从事纳米材料合成和组装等方面的研究。
2006年7月，获得理学博士学位。
在攻读博士期间，主要研究方向和研究领域为为纳米氧化物材料的合成和制备，金属氧化物纳米材料的可控合成，在此过程中采用了水热处理、溶剂热处理、溶胶-凝胶等多种合成方法，同时结合X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、N2吸附、X射线光电子能谱、等多种手段对材料进行表征，达到了对纳米材料的形态和结构可控性合成。
目前，在临沂师范学院化学学院从事教学和科研工作，为应化专业讲授材料化学导论、综合实验和材料化学试验，并将在合成分子筛、纳米材料研究等方向开展科研工作。
高中化学人教版(2019)必修第二册课件：第5章 第3节 无机非金属材料 (1)
探究任务2 探究新型无机非金属材料
【问题引领】
1.利用二氧化硅制备高纯硅涉及的三个化学反应,是否都是氧化还原反 应?
提示:利用二氧化硅制备高纯硅,涉及的主要化学反应为:SiO2+2C
Si+2CO↑,Si+3HCl
SiHCl3+H2,SiHCl3+H2
Si+3HCl。三个反应都是氧化还原反应。
2.高纯硅的制备过程中,能循环利用的物质是什么?
自主预习·新知导 学
一、硅酸盐材料 1.陶瓷。 (1)陶瓷是以黏土(主要成分为含水的铝硅酸盐)为主要原料,经高温烧结 而成的。 (2)陶瓷具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点。广 泛应用于生产建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等。 2.玻璃。 (1)普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。 (2)普通玻璃是以纯碱、石灰石和石英砂为原料,经混合、粉碎,在玻璃窑 中熔融,发生复杂的物理和化学变化而制成的。 (3)玻璃可用于生产建筑材料、光学仪器和各种器皿,还可制造玻璃纤维 用于高强度复合材料等。
【典型例题】
【例题2】 下列对晶体硅的有关叙述正确的是( )。 A.晶体硅和金刚石的物理性质相似 B.晶体硅的化学性质不活泼,常温下不与任何物质反应 C.晶体硅是一种良好的半导体材料,但是它的提炼工艺复杂,价格昂贵,没 有被广泛使用 D.晶体硅具有金属光泽,故它属于金属材料,可以导电 答案:A 解析:晶体硅的结构与金刚石相似,是具有正四面体形的空间立体网状结 构,所以物理性质与金刚石相似,熔点、沸点高,硬度大;硅的化学性质不活 泼,但常温下可与F2、氢氟酸和强碱等反应;晶体硅是一种良好的半导体材 料,被广泛使用;晶体硅是一种非金属单质,虽然它具有金属光泽。
第五章第三节无机非金属材料讲义高一下学期化学人教版必修第二册
第三节无机非金属材料【学习目标】1、了解无机非金属材料、金属材料和高分子材料的特点以及它们在生产和生活中的广泛应用；2、了解常见无机非金属材料、金属材料和高分子材料的生产原理。
【知识点梳理】一、硅酸盐材料硅酸盐工业：以含硅物质为原料，经过加热制成硅酸盐产品的工业。
如制造陶瓷、玻璃、水泥等。
1．陶瓷（1）生产原料：黏土等。
（2）生产过程：混合→成型→干燥→烧结→冷却。
（3）陶瓷种类：土器、陶器、炻器、瓷器等。
（4）性能及优点：抗氧化、耐酸碱、耐高温，绝缘，易加工成型等。
（5）特种陶瓷：精细陶瓷（高强度、耐高温、耐腐蚀，并具有声、电、光、热、磁等方面的特殊功能）。
2．玻璃（1）生产原料：纯碱、石灰石和石英石少（含硅物质）。
（2）生产设备：玻璃窑。
（3）生产过程：把原料粉碎，按适当的比例混合放入玻璃窑中加强热熔化，冷却后即得普通玻璃。
高温高温（4）主要反应：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。
（5）主要成分：普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔化在一起所得到的混合物。
（6）重要性质：玻璃在常温下虽呈固态，但不是晶体，称为玻璃态物质。
没有固定的熔点，受热只能慢慢软化。
3．水泥（1）生产原料：石灰石、黏土和其他辅料（如石膏）。
（2）生产设备：水泥回转窑。
（3）生产过程：将原料以一定比例混合，磨细成生料，在窑中烧至部分熔化、冷却成块状熟料。
再加入适量石膏磨成细粉，即得普通水泥。
（概括为：“两磨一烧加石膏”）（4）主要成分：硅酸三钙（3CaO ·SiO 2）、硅酸二钙（2CaO ·SiO 2）、铝酸三钙（3CaO ·Al 2O 3）、铁铝酸四钙（4CaO ·Al 2O 3·Fe 2O 3）等的混合物。
（5）重要性质：水泥具有水硬性，而且在水中也可硬化。
贮存时应注意防水。
（6）主要用途：制成水泥砂浆、混凝土等建筑材料。
第五章 第三节 无机非金属材料 第二课时 教案--高一下学期化学人教版(2019)必修第二册
无机非金属材料第二课时教案一、教学内容分析（一）课标分析本课内容在《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中对应必修课程模块二常见的无机物及其应用中主题“5—非金属及其化合物”的内容。
通过对课标进行分析，可得到如下三类具体教学内容。
【内容要求】2.5非金属化合物结合真实情景中的应用实例或通过实验探究，了解费劲使及其化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。
2.6物质性质及物质转化的价值了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值。
【教学提示】教学策略发挥核心概念对元素化合物学习的指导作用；重视开展高水平的实验探究活动；紧密联系生产和生活实际，创设丰富多彩的真实问题情境。
【学业要求】1、能列举、描述、辨识典型物质重要的物理和化学性质及实验现象，能用化学方程式、离子方程式正确表示典型物质的主要化学性质。
2、能利用典型代表物的性质和反应，设计常见物质制备分离提纯检验等简单任务的方案。
能从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化途径。
综上，对于“无机非金属材料”一课，需要基于课标建立实际情境，帮助学生学会掌握利用物质的相关性质进行分离提纯，建立在工业上从矿石中提取高纯物质的模型，培养学生的科学意识和社会责任感。
（二）教材分析本节课立足于义务教育阶段人教版必修二第一章第三节的第二课时部分，本节位于“”的最后一节，在本章前两节学生已经学习了硫、氮的结构、性质、转化和应用，非金属元素的学习马上进入尾声，同时，第一课时中介绍了传统硅酸盐材料的组成、性能和应用以及硅和二氧化硅的性质，本节课则主要介绍新型无机非金属材料，包括硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料、以及这些材料在信息、能源领域的应用，并以二氧化硅的提纯、高纯硅的提纯的讨论探究为例，对硅及其化合物的性质进行归纳复习。
二、学情分析本节课的授课对象是普通高中的高一学生。
第五章 插层纳米复合材料
高岭土在我国情况： 中国是世界上最早发现和利用高岭 土的国家。远在3000年前的商代所出 现的刻纹白陶，就是以高岭土制成。 江西景德镇生产的瓷器名扬中外，历 来有"白如玉、明如镜、薄如纸、声 如罄"的美誉。
高岭土结构： 高岭土的结构是由一层硅氧四面体和 一层铝氧八面体通过共同的氧互相连接 形成的一个晶层单元，所以成为1:1型 层状硅酸盐。 高岭土层间距很小，很难插层高分子 聚合物，必须先插层极性聚酰胺类物质， 使层间距扩大，再进行高分子聚合物取 代插层，形成复合材料。
④ 粘土稳定性好
作为插层用的粘土是一种不具有氧 化还原性质的惰性主体，插入到层间 的可聚合的单体、复合材料的加工过 程等，就可以不必考虑粘土的可变性。
以蒙脱土为代表的粘土对有机聚合 物的作用不仅表现在结构上的优越性， 而且对复合材料的综合性能有着更重 要的影响，特别是对复合材料的力学 性能方面。 插层纳米复合材料成为各种方法制 备的纳米复合材料中最具有商品化价 值的材料品种之一。
高岭土研究现状：
高岭土有机插层复合材料的研究 还刚刚起步，随着研究工作的深入， 高岭土纳米复合材料的种类、复合 技术、性质及其应用将会更加丰富。
※ 粘土の膨润土（蒙脱土）
它最早发现于美国的怀俄明州的古 地层中，为黄绿色的粘土；因加水 后膨胀成糊状，后来人们就把这种 性质的粘土， 统称为膨润土。
膨润土成分： 膨润土的主要成份是蒙脱土，是一种 由纳米级厚度的硅酸盐片层构成的粘土。 由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面 体组成的层状粘土矿物。 根据蒙脱石所含的可交换阳离子种类、 含量及结晶化学性质的不同，分为钠基、 钙基、镁基、铝（氢）基等膨润土。
※插层纳米复合材料的特点
1
粘土的含量一般<5%，复合材料 的力学性能已有很大提高。
第5章聚合物无机纳米复合材料
第5章聚合物无机纳米复合材料聚合物无机纳米复合材料是一种由聚合物基质和无机纳米颗粒组成的新型复合材料。
这种材料具有聚合物的柔韧性和无机纳米颗粒的特殊性能，广泛应用于各个领域。
聚合物无机纳米复合材料的制备方法分为物理法和化学法两种。
物理法主要是通过机械混合的方式将聚合物和无机纳米颗粒混合在一起，然后经过加热或其他处理使它们相互结合成为复合材料。
化学法则是通过化学反应将聚合物和无机纳米颗粒连接在一起，形成固体复合材料。
聚合物无机纳米复合材料具有一系列优异的性能。
首先，由于无机纳米颗粒在复合材料中的分散性和界面相容性良好，使得聚合物基体的强度和刚度得到显著提高。
其次，无机纳米颗粒的独特性能也使复合材料具有特殊的性能，如高导热性、高阻燃性、耐腐蚀性等。
此外，聚合物无机纳米复合材料还具有较好的可加工性，可以通过注塑、挤出、压延等工艺加工成不同形状的制品。
聚合物无机纳米复合材料在各个领域有着广泛的应用。
在电子领域，它可以作为高导热的封装材料，提高电子器件的散热性能；在汽车制造领域，它可以制备耐高温、耐腐蚀的复合材料，用于制造汽车发动机等部件；在医药领域，它可以作为载药材料，提高药物的缓释性能；在建筑领域，它可以作为阻燃材料，提高建筑物的耐火性能。
然而，聚合物无机纳米复合材料在制备过程中仍存在一些问题。
首先，制备过程中的分散性和界面相容性控制是一个关键问题，直接影响着复合材料的性能。
其次，无机纳米颗粒的添加量和分散度对复合材料的性能也有着重要影响，需要进行合理的设计和控制。
此外，复合材料在使用过程中的耐久性和稳定性也需要进行进一步的研究和改进。
总的来说，聚合物无机纳米复合材料是一种具有广泛应用前景的材料，其独特的性能使其在各个领域都有着潜在的应用价值。
随着制备工艺的不断改进和性能的进一步提高，相信聚合物无机纳米复合材料将会在未来发展中得到更加广泛的应用。
材料化学中的无机与有机纳米材料
材料化学中的无机与有机纳米材料材料化学是研究材料的结构、性质和合成方法的学科。
在材料化学中，无机与有机纳米材料是热门的研究方向。
无机纳米材料具有特殊的性能和潜在的应用价值，有机纳米材料在生物医学和电子器件等领域也有广泛应用。
一、无机纳米材料无机纳米材料是指在尺寸小于100纳米的范围内，在化学成分上为无机化合物的纳米材料。
常见的无机纳米材料有纳米氧化物、纳米金属粉末、纳米碳等。
1. 纳米氧化物氧化物是无机纳米材料中最常用的一种。
氧化物纳米材料具有高比表面积、特殊光学和电学性能、良好的化学稳定性和生物相容性。
氧化物纳米材料的制备方法包括溶胶-凝胶、水热法、溶剂热法等。
2. 纳米金属粉末纳米金属粉末是指粒径小于100nm的金属粉末。
纳米金属粉末具有高比表面积、高反应活性、良好的催化性能、特殊的光学和磁学性质等。
纳米金属粉末的制备方法包括物理气相法、溶液法、化学还原法等。
3. 纳米碳纳米碳是一类尺寸小于100nm的碳材料，包括纳米管、石墨烯、碳纳米球等。
纳米碳具有优异的机械、光学、电学性能和化学稳定性，广泛应用于材料科学、电子器件、生物医学等领域。
二、有机纳米材料有机纳米材料是指由有机分子组成的纳米材料，具有独特的电子结构和光谱性质。
常见的有机纳米材料有纳米碳管、纳米薄膜、纳米孔等。
1. 纳米碳管纳米碳管是一种中空的、管状的、碳基的纳米材料。
纳米碳管具有优异的电学、力学、热学性能和化学稳定性，可以应用于电子器件、传感器、催化剂等领域。
2. 纳米薄膜纳米薄膜是一种以纳米尺度为特征尺寸、由有机大分子组成的薄膜。
纳米薄膜具有特殊的量子效应、独特的光学、电学性质和良好的生物相容性，有广泛的应用前景。
3. 纳米孔纳米孔是一种中空的、大小在10nm以下的纳米结构。
纳米孔具有特殊的分子筛效应，可以使分子在孔内选择性地通过，具有广泛的应用前景。
结语材料化学中的无机与有机纳米材料具有特殊的性能和潜在的应用价值。
在未来的科技发展中，它们将会得到更广泛的应用。
高等无机化学第五章第二节
第 5章 新型无机化合物
高等无机化学
一、无机高分子化合物的本概念 1、无机高分子化合物的定义
无机高分子化合物也称无机聚合物，是介于无机化学和高分子 化学之间的古老而又新兴的交叉领域。 第一届国际无机聚合物会议于1961 年召开，会上把无机聚合物 定义为：凡在主链上不含碳原子的多聚化合物称为无机
聚合物。
结构单元是在三维空间方向上连接，所以称为骨架型 ( 或网 络型)高分子物质。
第 5章 新型无机化合物
高等无机化学
二、链状无机高分子化合物 （1）均链聚合物：
主链由同种元素组成的聚合物为均链聚合物。 ① 链状硫
②线型聚硅烷
图 5-35 链状硫的结构
Me 3 Si(SiMe2)nSiMe3
第 5章 新型无机化合物
β-石英
第 5章 新型无机化合物
鳞石英
方石英 高等无机化学
3、硅酸盐无机高分子化合物
图 5-46 硅酸盐的结构类型
第 5章 新型无机化合物
高等无机化学
4、磷酸盐无机分子化合物
图 5-47 AlPO4-5的骨架结构按C轴方向的俯视图
第 5章 新型无机化合物
高等无机化学
四、无机聚合物的有机衍生物
均链聚合物或杂链聚合物中引入有机基因后，可以提高其耐 水性，因此具有较高键能的杂链聚合物与有机基因形成的元 素有机杂链聚合物、既表现有高度耐热性又表现耐水性，得 到应用价值很高的高分子材料，其今显突出的就是有机硅聚 合物。
高等无机化学
一、有机金属化合物的基本概念 1、有机金属化合物的定义
对于有机金属化合物的定义，人们有着不同的理解，一 般把含金属－碳（Ｍ－Ｃ）键的化合物都看成是有机金属 化合物。
第 5章 新型无机化合物
第五章纳米复合材料
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2、纳米高分子复合材料的优异性能
力学性能 热性能 电性能 阻隔性能 光学性能 流变性能 其他
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力学性能
利用纳米粒子的表面与界面效应特性，可以 同时提高聚合物基有机无机纳米复合材料的 刚性与韧性。
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阻隔性能
聚合物基有机无机纳米复合材料具有很好得 阻隔性能，特别是插层法制备得PCH（聚己 内酯）纳米复合材料表现出了良好的尺寸稳 定性和气体阻隔性。
如：在聚己内酯/蒙脱土体系中，纳米材料的相对透过性和传
统的填充聚合物及未填充聚合物相比，均显著下降，并随蒙脱
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三、纳米高分子复合材料
1、纳米高分子复合材料的制备方法 2、纳米高分子复合材料的优异性能 3、聚合物基纳米复合材料的应用 4、纳米颗粒/高分子复合材料存在的问题
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纳米高分子复合材料完是由各种纳米单元与有 机型高 复分合子材刚材料性料。以各种美 结方式复合韧性成型的一种新
无机 材料
尺寸稳定 性
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微乳液聚合法
Gao等在FeCl3水溶液/甲苯/甲基丙烯酸的 微乳液体系中，搅拌，回流2h，得到包覆有 甲基丙烯酸，粒径在19～27nm的Fe2O3， 然后加入适量交联剂二乙烯基苯和引发剂 AIBN。将微乳液加热到70℃维持7h，然后 用甲醇将聚合物/Fe2O3凝胶沉淀出来，制成 了无机有机复合材料。
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热性能
采用纳米粒子与聚合物复合，所得的纳 米复合材料的热稳定性通常高于聚合物 本体，且在高温时更为明显。
例：Shoichiro6研究了羟基纤维素/二氧化硅复 合材料的热稳定性，发现随二氧化硅含量的增 加，纳米复合材料的热失重温度提高。Biplab 等研究制备的P3HT/蒙脱土纳米复合材料力学 性能和热稳定性提高非常显著，1％的蒙脱土含 量就显示最大的热稳定性。
无机材料化学
无机材料化学
无机材料化学是研究无机物质的结构、性质和反应的学科。
无机材料广泛应用于电子、光电、能源、环保等领域。
本文将从无机材料的种类、性质和应用三个方面进行介绍。
无机材料的种类很多，主要分为金属氧化物、氮化物、硅化物、碳化物、磷化物等。
其中金属氧化物是最常见的一类，如氧化铝、氧化硅、氧化钛等。
氮化物和硅化物则具有优异的电学性能，如氮化铝、氮化硅等，可以作为电子元器件的材料。
碳化物和磷化物则具有优异的机械性能和耐高温性能，适用于制造高强度材料。
无机材料的性质也是各种各样的。
金属氧化物、氮化物、硅化物等具有优异的耐腐蚀性、抗磨性和高温稳定性能，适用于制造高性能陶瓷材料、涂料等。
碳化物则具有高硬度、高熔点和优异的导热性能，适用于制造高速切削工具、高温炉具等。
磷化物具有优异的半导体性能和高热导性能，适用于制造电子元器件。
无机材料的应用也非常广泛。
在电子领域，金属氧化物、氮化物、硅化物等被广泛应用于集成电路、LED等电子元器件的制造。
在能源领域，无机材料也有着重要的应用，如金属氧化物、氮化物、硅化物等被应用于太阳能电池、锂离子电池等新能源领域。
在环保领域，无机材料也有着重要的应用，如金属氧化物被应用于催化剂的制造，氮化物被应用于光催化降解有机污染物等。
无机材料化学作为研究无机物质的结构、性质和反应的学科，为各个领域的发展做出了巨大的贡献。
随着科技的不断发展，无机材料的研究和应用将会越来越广泛。
第5章无机材料仿生合成技术ppt课件
自组装法
自组装是在无人为干涉条件下，组元通过 共价键等作用自发地缔结成热力学上稳定、 结构上确定、性能上特殊的聚集体的过程。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
二、 “软模板”法
软模板通常为两亲性分子形成的有序聚集体，主要 包括：胶束、反相微乳液、液晶等。
两亲性分子中亲水基与疏水基之间的相互作用是两 亲性分子进行有序自组装的主要原因。
表面活性剂是一类应用极为广泛的物质，其特点是 很少的用量就可以大大降低溶剂的表（界）面张力， 并能改变系统的界面组成与结构。表面活性剂溶液 浓度超过一定值，其分子在溶液中会形成不同类型 的分子有序组合体。。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
如图所示：
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
高中化学人教版 必修第2册第五章 第三节无机非金属材料
第三节无机非金属材料原创不容易，为有更多动力，请【关注、关注、关注】，谢谢！东宫白庶子,南寺远禅师。
——白居易《远师》上大附中何小龙[核心素养发展目标] 1.了解硅酸盐及其结构特点，了解传统硅酸盐产品(陶瓷、玻璃、水泥)的工业生产(原料、设备等)。
2.了解硅和二氧化硅的性质，认识碳化硅、氮化硅、纳米材料等新型无机非金属材料。
3.知道硅及其化合物在材料家族中的应用，增强关注社会的意识和责任感。
一、传统无机非金属材料——硅酸盐材料1.硅酸盐及其结构(1)硅酸盐的概念硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称。
它们种类繁多、组成各异、结构复杂，在自然界中广泛存在。
(2)硅酸盐的结构在硅酸盐中，Si和O构成了硅氧四面体，其结构如图所示。
每个Si结合4个O，Si在中心，O在四面体的4个顶角；许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接，每个O为两个四面体所共有，与2个Si相结合。
(3)硅酸盐的特性硅氧四面体结构的特殊性，决定了硅酸盐材料大多具有硬度高、熔点高、难溶于水、化学性质稳定、耐腐蚀等特点。
2.常见的硅酸盐材料(1)硅酸盐是由硅、氧和金属组成的合物( )(2)硅酸盐结构较为复杂，大多不溶于水，化学性质很稳定( )(3)硅氧四面体中，硅原子与氧原子都是以共价键结合( )(4)水泥与玻璃的共同原料是石灰石，水泥与陶瓷的共同原料是黏土( )(5)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行( )(6)玻璃和水泥生产中都发复杂的物理和化学变化( )答案(1)×(2)√(3)√(4)√(5)√(6)√1.传统的玻璃陶都是硅酸盐产品，根据你的观察和使用经验，将它们的主要物理性质和化学性填入下表。
答案2.硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐。
(1)硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有黏力强、耐高温等特性，常用作黏合剂和防火剂。
3＋2H＋(2)硅酸钠溶液与盐酸反应生成硅酸(H2SiO)沉淀，其离子方程式是SiO2－===H2SiO3↓。
高等无机化学第五章第一节
第5章 新型无机化合物
高等无机化学
例题[5-2] 推断B4H10（n=4，m=6）的结构（成键方式）。 从s+t=n，由于t=0，则s=n=4 从m=x+s，有x=m-s=6-4=2 从m=2s-2y，y=s-m/2=4-6/2=1 styx=4012，即B2H6分子包含4个三中心二电子B-H-B键 和6个（即n+x）二中心二电子B-H键， 一个B-B键。
（*BnHn+2系列所有氢化物不能单独作为一类硼烷，在此只为便于理解而存在 ） 第5章 新型无机化合物
高等无机化学
（2）B-H共价键的成键方式总结 用styx数分析法分析成键方式： （适用于非封闭型硼烷） ① 外向B-H键，对于BnHn+m，等于B原子数n个 ② 除外向B-H键，还有 s个三中心双电子B-H-B键 y个双中心双电子B-B键 t个三中心双电子键 研究发现三中心双电子键 不存在
为缺顶的五角双锥型构型
第5章 新型无机化合物
高等无机化学
其中向外的B-H键数=n=6， 三中心双电子B-H-B键（氢桥键）s= 4， 三中心双电子键（BBB）t=0 双中心双电子B-B键 y= 5， 非外向双中心双电子B-H键x=0 styx=4050
第5章 新型无机化合物
高等无机化学
③网型硼烷 通式是BnHn+6 其骨架成键电子对数为 （2n+6）/2=n+3。
第5章 新型无机化合物
高等无机化学
3、分类：
（1）非金属原子簇合物 （2）金属原子簇合物
第5章 新型无机化合物
高等无机化学
二、非金属原子簇化学
（一）硼烷 （二）硼烷的衍生物
第5章 新型无机化合物
高等无机化学
无机材料化学
无机材料化学
无机材料化学是研究无机材料的化学性质、合成方法以及应用领域的一门学科。
无机材料一般指的是没有碳元素或碳元素含量很少的材料，如金属、金属氧化物、无机非金属等。
在无机材料化学中，研究的内容包括材料的结构、晶体结构以及材料与物质之间的相互作用等。
这些研究对于探究物质的性质和应用具有重要意义。
首先，无机材料的结构是研究的重点之一。
通过了解材料的结构，可以揭示材料的性质。
例如，金属材料的结晶结构决定了其导电性和机械性能，而氧化物材料的晶体结构则决定了其光学和磁学性质。
其次，无机材料的合成方法也是研究的重要内容。
针对不同的应用需求，研究人员需要开发出制备特定材料的合成方法。
例如，通过溶剂热法可以合成纳米级的金属氧化物材料，而磁控溅射法可以制备高纯度的薄膜材料。
此外，无机材料在领域中有着广泛的应用。
金属材料常用于工程领域，如铝合金用于航空器制造、钢铁用于建筑结构等。
陶瓷材料具有耐高温、硬度大的特点，广泛应用于电子、能源、航空等领域。
电子材料包括半导体材料和绝缘体材料，被广泛应用于电子器件制造。
此外，无机材料还可以用于化学催化、环境保护、生物学和医疗等领域。
总的来说，无机材料化学是研究无机材料的化学性质、合成方
法以及应用领域的学科。
该学科对于理解无机材料的性质、开发新材料以及解决实际问题具有重要意义。
通过对无机材料化学的研究，可以推动无机材料领域的发展，为人类社会的进步做出贡献。
高中化学必修二 学习笔记 第5章 第3节 无机非金属材料
第三节无机非金属材料[核心素养发展目标] 1.了解传统无机非金属材料的原料、成分、性能及其在生产中的应用。
2.了解硅、二氧化硅的结构、性质及其在生产中的应用。
3.知道几种常见的新型无机非金属材料的成分及在生产中的应用。
一、硅酸盐材料1．无机非金属材料从组成上看，许多无机非金属材料含有____等元素，具有________、________、________等特点，以及特殊的________、________等性能。
2．常见的硅酸盐材料陶瓷普通玻璃普通水泥原料主要原料：________辅料：适量的石膏设备陶瓷窑主要成分含水的铝硅酸盐—性能耐高温、硬度大、耐腐蚀、性质稳定透光性好、硬度大、无固定熔点遇水逐渐变硬(水硬性)，硬化后性质稳定用途建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等建筑材料、光学仪器、各种器皿、制造玻璃纤维等大量用于建筑和水利工程思考1普通玻璃以纯碱、石灰石和石英砂为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融，发生复杂的物理和化学变化而制得。
写出其中发生反应的化学方程式。
________________________________________________________________________________________________________________________________________________思考2为什么陶瓷、玻璃、水泥都具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点？________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．判断正误(1)汉代烧制出的“明如镜、声如磬”的陶瓷，其主要原料是黏土( ) (2)传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分都是硅酸盐( ) (3)玻璃和水泥生产中都发生复杂的物理和化学变化( ) (4)陶瓷、玻璃、水泥的生产都需要在高温下进行( )2．硅酸钠(俗名泡花碱)是一种最简单的硅酸盐，硅酸钠易溶于水，其水溶液俗称水玻璃，具有黏结力强、耐高温等特性，常用作黏合剂和防火剂。
纳米复合材料：第5章 插层纳米复合材料
5.3 粘土的有机化处理
5.3.1.1 蒙脱土的有机化改性
蒙脱土中的钠离子更易被有机阳离子所置换，将蒙脱土 “钠化”。钠型蒙脱土与有机铵阳离子诸如脂肪烃基三甲基 氯化铵在水溶液中进行离子交换反应。 ❖ 有机阳离子改性剂的作用
（1） 将蒙脱土层间的水化无机金属阳离子置换出来； （2） 扩大蒙脱土层间距离； （3） 能与高分子化合物基体有较强的分子链结合力。
5.5 插层方法
插层方法
物理插层 化学插层
聚合物直接吸附插层
聚合物直接插层 聚合物溶液插层
聚合物熔融插层
单体插层聚合
单体插层-加成聚合 单体插层-缩合聚合
聚合物预聚体插层－聚合物预聚体插层
交联固化
5.5 插层方法
❖ 插层客体进入粘土的结果，微米尺度的粘土原始颗粒 被剥离成纳米厚度的片层单元，并均匀分散于聚合物 基体中，实现聚合物和粘土片层在纳米尺度上的复合 。粘土剥离并均匀分散是粘土插层方法制备纳米复合 材料的关键。
❖ 利用蒙脱土交换、插层和膨胀的性质，将各种有机化合物 或有机阳离子引入层间制成具有多种用途的新材料。
❖ 在蒙脱土结构中引入大分子有机化合物，使原来亲水性无 机蒙脱土改性为亲油性，称为有机蒙脱土。
❖ 有机蒙脱土通常用于油漆、油墨、化妆品、石油钻井液等 领域中的增稠剂、颜料的分散剂等。
无机纳米材料实验报告
一、实验目的1. 了解无机纳米材料的制备方法。
2. 掌握纳米材料的基本表征技术。
3. 分析无机纳米材料的结构、性能及应用。
二、实验原理无机纳米材料是指粒径在1-100nm之间的无机材料，具有独特的物理、化学和生物学性质。
本实验以纳米二氧化硅为例，介绍其制备方法及表征技术。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：硅烷偶联剂、正硅酸乙酯、氨水、乙醇、去离子水等。
2. 实验仪器：搅拌器、反应釜、超声波清洗器、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）等。
四、实验步骤1. 纳米二氧化硅的制备（1）将硅烷偶联剂和正硅酸乙酯按一定比例混合，加入去离子水中，搅拌溶解。
（2）将混合溶液倒入反应釜中，加入一定量的氨水，调节pH值至8-9。
（3）继续搅拌，加热至一定温度，保持一段时间。
（4）冷却至室温，用乙醇洗涤产物，过滤、干燥，得到纳米二氧化硅。
2. 纳米二氧化硅的表征（1）透射电子显微镜（TEM）观察纳米二氧化硅的形貌和粒径。
（2）X射线衍射仪（XRD）分析纳米二氧化硅的晶体结构。
（3）傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）分析纳米二氧化硅的化学组成。
五、实验结果与分析1. TEM观察通过TEM观察，纳米二氧化硅呈球形，粒径在20-50nm之间，分散性良好。
2. XRD分析XRD结果表明，纳米二氧化硅为非晶态结构，无明显的晶格峰。
3. FTIR分析FTIR结果表明，纳米二氧化硅的主要成分为二氧化硅，含有少量硅烷偶联剂。
六、结论1. 成功制备了纳米二氧化硅，其粒径在20-50nm之间，分散性良好。
2. 通过TEM、XRD和FTIR等手段对纳米二氧化硅进行了表征，验证了其结构和组成。
3. 纳米二氧化硅具有独特的物理、化学和生物学性质，在橡胶、塑料、涂料、医药等领域具有广泛的应用前景。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意安全操作，防止化学品泄漏和中毒。
2. 在制备过程中，严格控制反应条件，如pH值、温度等。
无机化学新技术
无机化学新技术无机化学是研究无机化合物的合成、结构、性质和应用的学科。
随着科学技术的不断发展，无机化学也在不断涌现出新的技术和方法。
以下是一些无机化学的新技术：1. 金属有机框架（MOFs）：MOFs是一种由金属离子或金属簇和有机配体构成的网络化合物。
MOFs具有大孔隙、高表面积和可调控的结构等特点，因此在气体吸附、储氢、催化等领域具有广泛的应用前景。
2. 二维材料：二维材料是厚度只有几个原子层的材料，如石墨烯和过渡金属二硫化物。
这些材料具有独特的电子、光学和力学性质，在电子器件、催化剂和能源存储等领域有着重要的应用。
3. 多孔材料：多孔材料具有高度有序的孔道结构，可用于气体吸附、分离和催化反应。
常见的多孔材料包括金属有机框架、硅氧烷材料和碳纳米管等。
4. 单晶衍射：单晶衍射是一种用于测定晶体结构的技术。
通过将X 射线或中子束照射到晶体上，可以得到晶体的衍射图样，从而确定晶体的原子排列和结构。
5. 无机纳米材料：无机纳米材料具有尺寸在纳米量级的特点，如金属纳米粒子、半导体纳米颗粒和金属氧化物纳米管等。
这些材料在光学、电子学和生物医学等领域有着广泛的应用。
6. 电化学储能技术：电化学储能技术包括锂离子电池、燃料电池和超级电容器等。
这些技术利用无机化合物在电化学过程中的氧化还原反应来储存和释放能量。
7. 催化剂设计：催化剂是无机化合物中常用的一种应用，可以加速化学反应的速率。
新的催化剂设计方法可以通过合理设计催化剂的结构和成分来提高催化活性和选择性。
这些新技术为无机化学的研究和应用带来了许多新的机会和挑战。
通过不断创新和发展，无机化学将继续在材料科学、能源、环境保护等领域发挥重要作用。
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1991年的海湾战争，美国的F-117A型隐身战斗 机，其机身外表所包覆的红外与微波隐身材料中
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（富勒烯）。
1990年——移动原子 IBM公司Donald. Eigler 和Erhardk.Schweizer 移动35格独立的Xe原子写出“IBM”。 《无机化学前沿》-纳米无机材料化学
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四、纳米科技进展
纳米技术发展历史上的里程碑事件： 1931年 —— 电子显微镜方法 Maxknoll和Ernst Ruska 研制出发射电子显微 镜，使微米以下世界的描述第一次成为可能！ 1959年——科幻小说 Richard Feyman的演讲“底部广阔的空间”， 展示了操纵和安排原子的前景与可能！ 《无机化学前沿》-纳米无机材料化学
尺度范围（1～100 nm）或由它们作为基本单元
构成的材料。 一、零维材料 是指没有一个维度上尺寸不在纳米范围内
的材料，主要包括原子团和纳米颗粒。
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美丽的一维金纳米项链（144个金原子，金的 原子团的魔数为144） 《无机化学前沿》-纳米无机材料化学
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SiO2纳米线
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5.1 纳米科技及纳米材料应用进展
一、纳米为何物？
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纳米：英文nanometer的音译。另一种说法：“纳
米”源自拉丁语“NANO”，意思为“矮小”。 “纳米”(nm)是一种度量单位，是一个长度单位； “纳”(n)是物理学中一个常见的度量单位。如nA
四、三维纳米材料——纳米固体材料
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纳米固体材料通常指由尺寸小于15纳米的超
பைடு நூலகம்微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理
工序后所生成的致密型固体材料。 纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒
间界面，如5纳米颗粒所构成的固体每立方厘米将 含1019个晶界，原子的扩散系数要比大块材料高 1014～1016倍，从而使得纳米材料具有高韧性。 《无机化学前沿》-纳米无机材料化学
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1989年——足球烯
Richad . Smalley、Robert . Curl和Hally . Kroto
发现并分离C60，命名为Buckminster fullerene
子形成的椭球形表面，类似橄榄球结构。
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C60分子结构示意图
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1968年——分子发射取向附生 即在物体表面附着一层原子层的过程，在贝尔 实验室发明！ 1974年——纳米技术概念的提出 Norio Taniguchi教授首次使用“nanotechnology”， 并以此定义超高精度机械加工。 1982年——扫描隧道显微镜
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2000年，诺贝尔化学奖获得者(克拉多Kroto，发现 C60)在第六界国际材料会议上作“21世纪的纳米科 技”演讲时给出该示意图。 内容：一只手拿着东方人使用的筷子夹着一个原子 去构造新材料。 寓意：给出了新时代科技发展的特点：操纵原子、 分子去构造新材料和新器件。 手和筷子：扫描隧道显微镜和原子力显微镜的针尖。 《无机化学前沿》-纳米无机材料化学
就包含有多种纳米颗粒，它们对不同波段的电磁
波有强烈的吸收能力。
二、一维纳米材料 — 纳米线、纳米管 只有一个维度（如长度方向）的尺寸不在
纳米范围内的材料。也遵循魔数和完美定则。
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如，C60：是由60个碳原子组成的类似于
足球的结构，为32面体（20个正六边形和12
个正五形）。
由于是球壳结构，所以它的原子团魔数 有其特有的规则。同样， C70是由70个碳原
地球
玻璃弹球
1m
1nm
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三、纳米科学和纳米世界 纳米科学：以0.1－100nm长度为研究对象的前沿 科学，其主要研究对象是纳米技术和纳米结构。 纳米世界：尺寸范围为1—100nm的结构和特性。
比宁(Binning)和卢勒(Roher）发明STM (Scanning Tunneling Microscopy)
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1985年——原子力显微镜 Gerd Binning、Calvin Qate 和Christoph Gerbert创造AFM (Atomic Force Microscopy)。 1986年——K.Eric Drexler 时年为MIT研究生，写出第一本书《创造的 发动机：即将到来的纳米时代》，并将其观念 广泛传播！ 《无机化学前沿》-纳米无机材料化学
通常陶瓷材料具有高硬度、耐磨、抗腐蚀等
优点，但又具有脆性和难以加工等缺点，纳米陶
瓷在一定的程度上却可增加韧性，改善脆性。 电子陶瓷发展的趋势是超薄型（厚度仅为几 微米），为了保证均质性，组成的粒子直径应为 厚度的1％左右，因此需用超微颗粒为原材料。 随着集成电路、微型组件与大功率半导体器 件的迅速发展，对高热导率的陶瓷基片的需求
纳米世界中的物体是由有限个原子组成，它不同
于宏观的块体结构和性能，也不同于微观的原子
结构和特性，因此，又称为“介观世界”。
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纳米技术以空前的分辨率为人类揭示了一个可见的 原子、分子世界，它的最终目标是直接以原子或分 子来构造具有特定功能的产品。
发表关于二维纳米带的研究结果。高温反应技术
制备氧化锡、氧化锌等纳米带，分析表明都是结 构完美的，呈半导体特性。 《无机化学前沿》-纳米无机材料化学
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ZnO 纳米带 Science Vol.291 9 Mar. 2001
米技术计划。
2001年 ——布什政府将国家纳米计划资金提高到 5.19亿美元。 《无机化学前沿》-纳米无机材料化学
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5.2 纳米材料的种类
纳米材料：指在三维空间中至少有一维处于纳米
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（纳安）、 ns（纳秒）、nJ（纳焦）等。
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二、纳米有多小？
众所周知，描述人类直接感知接触环境的参 量是宏观大小的，其最小单位是毫米、克、秒。
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量日益增长，高热导率的陶瓷材料有金刚石、
用单个原子、分子制造物质的技术。
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原子操纵工程示意图
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人眼看到：可见光（波长为320 nm—760 nm）
耳朵听到：声波（频率为20—20000 Hz）
手感触到：环境温度（－100—200℃）
人类的感知参量 《无机化学前沿》-纳米无机材料化学