《e无机材料化学》PPT课件
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将目标物质或者是可得到目标物质的混合物 与一种可以与之反应生成气态中间物的气态物质一起 装入一密封的反应器中，目标物与气态物质生成一种 气态中间物质并转运至反应器的另一端，再分解成目 标物质沉积下来或形成单晶。
化学气相输运法的关键是生成一种气态的中间物。如
A(s, 目标物)＋B(g) AB(g) A(s, 目标物)＋B(g) 或 A＋B＋C(g) ABC(g) AB(s, 目标物)＋C(g)
钇铝石榴石Y3Al5O12是激光的基体材料，它的 单晶是使用助熔剂法来制备的。
将3.4％(mol)的Y2O3，7％(mol)的Al2O3，41.5 ％(mol)的PbO、48.1％(mol)的PbF2放于铂坩埚，密封 加热至1 150∼1 160 ℃熔融、保温24 h后以4 ℃/h的 速度降温到750 ℃，随即停火冷却到室温。然后用热 稀HNO3洗去PbO和PbF2助溶剂，即可得到3.13 mm直径的 钇铝石榴石。
② 尽量使高温烧结反应发生时能有气体放 出，放出的气体可起到搅拌的作用，这可有利于形 成多孔状的陶瓷体。
例如, 在用固－固反应制备BaTiO3时, 很 显然, 用BaCO3代替BaO同TiO2作用将更为有利(高温 烧结时有CO2气体放出)。
③ 尽量在某起始物的熔点温度下进行。这 时使固－固反应变成了固－液反应。扩散速度加快， 以确保反应能顺利进行。
(能生成目标物AB的混合物)
还有一种是： AB＋C ABC AC (s, 目标物)＋B
例, 将ZnSe(多晶)和I2一起装入石英瓿，抽真空后熔封。 ZnSe(s)＋I2(g) 气化 ZnI2(g)＋1/2Se2(g) 沉淀 ZnI2(s)
气化区850 ℃, 沉淀区830 ℃, 可得10×8×4 mm3 单晶 碘化锌。
4.2 无机固体的结构
4.2.1 零维岛状晶格结构
通常在讨论晶体的结构时总是按晶体的 键型来分类的。按这种分类方式，晶体可分为分 子晶体、原子晶体、离子晶体，金属晶格，各种 过渡型晶格等。
330～350 ℃，压力为(1 000～20 000)×105 Pa。SiO2在 下半部形成饱和溶液，上升到上半部，由于上半部温度低，
溶液呈过饱和态从而析出α-SiO2水晶单晶。
沸石(分子筛)的合成:
NaAl(OH)4(水溶液)＋Na2SiO3(水溶液)＋NaOH(水溶液)
↓25 ℃ Naa(AlO2)b(SiO2)c·NaOH·H2O (凝胶)
习题: 2，3，4，5，7，12, 13
无机材料的主要存在形态是固体，许多无机材 料只能以固体形式存在。对无机固体结构的描述，显然 不仅是对离子、原子、分子等有限的核—电子体系的结 构描述的单纯放大，它还涉及到一些晶体结构理论的认 识。在实践上，很多无机固体具有一些特异的性质，包 括光学、电学、磁学及声、热、力等性质以及它们的相 互转化。还有一些无机固体具有催化、吸附、离子交换 等特性。所以，无机固体化学作为一门涉及物理、化学、 晶体学、各种技术学科等的独立边缘学科，以科学发展 史上少有的先例的飞快速度而蓬勃发展起来。
例如, 高温超导材料YBa2Cu3O7－x化合物, 是 将Y2O3、BaCO3、CuO按一定的摩尔比溶于饱和柠檬酸水 溶液得一澄清溶液后,蒸发至干,预灼烧成Y－Ba－Cu－O 目标化合物；然后研磨,压铸成型,在一定的氧气压力下 煅烧，从而制备出的单相YBa2Cu3O7－x的陶瓷体，这种陶 瓷体具有高温超导特性。
压力↓25～175 ℃ Nax(AlO2)x(SiO2)y·mH2O (沸石(分子筛)晶体)
3 区域溶炼法制单晶硅
区域溶炼法是将目标物质的粉末， s
lLeabharlann Baidu
烧结成棒状多晶体，放入单晶炉，两端
固定，注意不要使多晶棒与炉壁接触，
这样，棒四周就是气体气氛。然后用高 目标物质
杂质
频线圈加热，使多晶棒的很窄一段变为
4.1 无机固体材料的合成
许多无机固体材料的熔点很高，在达到其熔 点之前便先行化学分解或者气化。为了制备这些物质 的单晶可以寻找一种或数种固体作助熔剂以降低其熔 点。将目标物质和助熔剂的混合物加热熔融，并使目 标物质形成饱和熔液。然后缓慢降温，目标物质溶解 度降低，从熔体内以单晶形式析出。
1 助熔剂法制备钇铝石榴石
第四章
无机材料化学
要点
无机固体材料的合成
助熔剂法 水热法 区域熔炼法 化学气相输送法 烧结陶瓷
无机固体的结构
零维岛状晶粉结构 密堆积和填隙模型 无机晶体结构理论
实际晶体
理想晶体 实际晶体 离子固体的导电和固体电解质
无机功能材料举例
电功能材料 导体、半导体和绝缘体 的导体 电子陶瓷 光功能材料
超导体
5 烧结陶瓷
两种或数种固态粉末起始物均匀研磨混和， 然后压铸成型，在低于熔点温度下锻烧，制得的具 有一定强度的由单相或多相多晶颗粒表面互相粘连 而成的多孔固体总称陶瓷。
此过程称为烧结。
为了使烧结反应进行得比较充分、快速，
常见的措施有以下三种：
① 用共沉淀法 首先从水溶液中制得均匀 混合物乃至化合物，然后在高温下分解成目标物质，再 压铸成型最后烧结成陶瓷体。
许多无机固体在常压下难溶于纯水，酸或碱溶 液，但在高温高压下却可以溶解。因此，可以将目 标物质与相应的酸、碱水溶液盛于高压釜中令目标 物质达到饱和态，然后降温、降压，使其以单晶析 出，如水晶、刚玉、超磷酸盐分子筛等单晶都可用 这种方法制得。
单晶
2 水热法制备水晶(α-SiO2)和沸石(分子筛)
水 晶 ( α -SiO2) 单 晶 是 在 高 压 釜 中 装 入 1 . 0 ～ 1 . 2 mol·L－1 SiO2的NaOH溶液，溶液占高压釜的体积的80～85 ％，密封后加热，令釜的下半部达360∼380 ℃，上半部达
熔体，转动并移动多晶棒，使熔体向一
个方向缓慢移动，如果重复多次。由于
杂质在熔融态中的浓度远大于在晶态中 加热 的浓度，所以杂质将集中到棒的一端， 然后被截断弃去。同时，经过这种熔炼的 过程，多晶棒转变
为单晶棒。在半导体上十分有用的单晶硅、砷化镓就是
通过这种方法获得的。
4 化学气相输运法
化学气相输运法是一种前途广阔的十分奇特的 制备方法。
化学气相输运法的关键是生成一种气态的中间物。如
A(s, 目标物)＋B(g) AB(g) A(s, 目标物)＋B(g) 或 A＋B＋C(g) ABC(g) AB(s, 目标物)＋C(g)
钇铝石榴石Y3Al5O12是激光的基体材料，它的 单晶是使用助熔剂法来制备的。
将3.4％(mol)的Y2O3，7％(mol)的Al2O3，41.5 ％(mol)的PbO、48.1％(mol)的PbF2放于铂坩埚，密封 加热至1 150∼1 160 ℃熔融、保温24 h后以4 ℃/h的 速度降温到750 ℃，随即停火冷却到室温。然后用热 稀HNO3洗去PbO和PbF2助溶剂，即可得到3.13 mm直径的 钇铝石榴石。
② 尽量使高温烧结反应发生时能有气体放 出，放出的气体可起到搅拌的作用，这可有利于形 成多孔状的陶瓷体。
例如, 在用固－固反应制备BaTiO3时, 很 显然, 用BaCO3代替BaO同TiO2作用将更为有利(高温 烧结时有CO2气体放出)。
③ 尽量在某起始物的熔点温度下进行。这 时使固－固反应变成了固－液反应。扩散速度加快， 以确保反应能顺利进行。
(能生成目标物AB的混合物)
还有一种是： AB＋C ABC AC (s, 目标物)＋B
例, 将ZnSe(多晶)和I2一起装入石英瓿，抽真空后熔封。 ZnSe(s)＋I2(g) 气化 ZnI2(g)＋1/2Se2(g) 沉淀 ZnI2(s)
气化区850 ℃, 沉淀区830 ℃, 可得10×8×4 mm3 单晶 碘化锌。
4.2 无机固体的结构
4.2.1 零维岛状晶格结构
通常在讨论晶体的结构时总是按晶体的 键型来分类的。按这种分类方式，晶体可分为分 子晶体、原子晶体、离子晶体，金属晶格，各种 过渡型晶格等。
330～350 ℃，压力为(1 000～20 000)×105 Pa。SiO2在 下半部形成饱和溶液，上升到上半部，由于上半部温度低，
溶液呈过饱和态从而析出α-SiO2水晶单晶。
沸石(分子筛)的合成:
NaAl(OH)4(水溶液)＋Na2SiO3(水溶液)＋NaOH(水溶液)
↓25 ℃ Naa(AlO2)b(SiO2)c·NaOH·H2O (凝胶)
习题: 2，3，4，5，7，12, 13
无机材料的主要存在形态是固体，许多无机材 料只能以固体形式存在。对无机固体结构的描述，显然 不仅是对离子、原子、分子等有限的核—电子体系的结 构描述的单纯放大，它还涉及到一些晶体结构理论的认 识。在实践上，很多无机固体具有一些特异的性质，包 括光学、电学、磁学及声、热、力等性质以及它们的相 互转化。还有一些无机固体具有催化、吸附、离子交换 等特性。所以，无机固体化学作为一门涉及物理、化学、 晶体学、各种技术学科等的独立边缘学科，以科学发展 史上少有的先例的飞快速度而蓬勃发展起来。
例如, 高温超导材料YBa2Cu3O7－x化合物, 是 将Y2O3、BaCO3、CuO按一定的摩尔比溶于饱和柠檬酸水 溶液得一澄清溶液后,蒸发至干,预灼烧成Y－Ba－Cu－O 目标化合物；然后研磨,压铸成型,在一定的氧气压力下 煅烧，从而制备出的单相YBa2Cu3O7－x的陶瓷体，这种陶 瓷体具有高温超导特性。
压力↓25～175 ℃ Nax(AlO2)x(SiO2)y·mH2O (沸石(分子筛)晶体)
3 区域溶炼法制单晶硅
区域溶炼法是将目标物质的粉末， s
lLeabharlann Baidu
烧结成棒状多晶体，放入单晶炉，两端
固定，注意不要使多晶棒与炉壁接触，
这样，棒四周就是气体气氛。然后用高 目标物质
杂质
频线圈加热，使多晶棒的很窄一段变为
4.1 无机固体材料的合成
许多无机固体材料的熔点很高，在达到其熔 点之前便先行化学分解或者气化。为了制备这些物质 的单晶可以寻找一种或数种固体作助熔剂以降低其熔 点。将目标物质和助熔剂的混合物加热熔融，并使目 标物质形成饱和熔液。然后缓慢降温，目标物质溶解 度降低，从熔体内以单晶形式析出。
1 助熔剂法制备钇铝石榴石
第四章
无机材料化学
要点
无机固体材料的合成
助熔剂法 水热法 区域熔炼法 化学气相输送法 烧结陶瓷
无机固体的结构
零维岛状晶粉结构 密堆积和填隙模型 无机晶体结构理论
实际晶体
理想晶体 实际晶体 离子固体的导电和固体电解质
无机功能材料举例
电功能材料 导体、半导体和绝缘体 的导体 电子陶瓷 光功能材料
超导体
5 烧结陶瓷
两种或数种固态粉末起始物均匀研磨混和， 然后压铸成型，在低于熔点温度下锻烧，制得的具 有一定强度的由单相或多相多晶颗粒表面互相粘连 而成的多孔固体总称陶瓷。
此过程称为烧结。
为了使烧结反应进行得比较充分、快速，
常见的措施有以下三种：
① 用共沉淀法 首先从水溶液中制得均匀 混合物乃至化合物，然后在高温下分解成目标物质，再 压铸成型最后烧结成陶瓷体。
许多无机固体在常压下难溶于纯水，酸或碱溶 液，但在高温高压下却可以溶解。因此，可以将目 标物质与相应的酸、碱水溶液盛于高压釜中令目标 物质达到饱和态，然后降温、降压，使其以单晶析 出，如水晶、刚玉、超磷酸盐分子筛等单晶都可用 这种方法制得。
单晶
2 水热法制备水晶(α-SiO2)和沸石(分子筛)
水 晶 ( α -SiO2) 单 晶 是 在 高 压 釜 中 装 入 1 . 0 ～ 1 . 2 mol·L－1 SiO2的NaOH溶液，溶液占高压釜的体积的80～85 ％，密封后加热，令釜的下半部达360∼380 ℃，上半部达
熔体，转动并移动多晶棒，使熔体向一
个方向缓慢移动，如果重复多次。由于
杂质在熔融态中的浓度远大于在晶态中 加热 的浓度，所以杂质将集中到棒的一端， 然后被截断弃去。同时，经过这种熔炼的 过程，多晶棒转变
为单晶棒。在半导体上十分有用的单晶硅、砷化镓就是
通过这种方法获得的。
4 化学气相输运法
化学气相输运法是一种前途广阔的十分奇特的 制备方法。