试论材料化学制备的基本原理
纳米材料的制备方法及原理 (整理)
➢ 缺点：通常在高真空中使用
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5) 微波加热
微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电磁波(波长1米~1 毫米） 通常，介质材料由极性分子或非极性分子组成，在微波 电磁场作用下，极性分子从原来的热运动状态转向依照 电磁场的方向交变而排列取向。产生类似摩擦热，在这 一微观过程中交变电磁场的能量转化为介质内的热能， 使介质温度出现宏观上的升高 可见微波加热是介质材料自身损耗电磁场能量而发热
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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
纳米颗粒合成及其生长机理
157692247 任光鹏
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生长机理
依制备状态不同而 划分的制备方法
• 1、气相法制备纳米微粒的生长机理 • 2、液相法制备纳米粒子 • 3、固相法制备纳米微粒
根据是否发生化学反 应而划分的制备方法
1) 蒸发冷凝法 7) 等离子体法
2) 物理气相沉积 8) 溅射法
3) 非晶晶化法 9) 流动液面上真空蒸度法
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基本原理
11、爆炸丝法
•先将金属丝固定在一个充满惰性气体(5*106 Pa)的反应室中，丝两端 的卡头为两个电极，它们与一个大电容相连接形成回路。
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。
新版材料合成与制备.pdf
第一章绪论1．材料按化学组成可分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料四类。
2．材料合成与制备是通过一定的途径，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新材料。
研究内容：一是研究新型材料的合成方法；二是研究已知材料的新合成方法、新合成技术，从而指定节能、经济、环保的合成路线及开发新型结构和功能的材料。
3．材料科学与工程的四个基本要素：合成与加工、组成与结构、性质、使用性能。
第二章无机材料合成实验技术1．表征真空泵的工作特性的四个参量：起始压强、临界反压强、极限压强、抽气速率。
2．平衡分离过程：借助分离媒介（如热能、溶剂或吸附剂）使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。
3．速率分离过程：在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离。
4．吸附分离过程：利用混合物中各组分与吸附剂表面结合力强弱的不同，即各组分在固体相（吸附剂）和流体相间的吸附分配能力的差异，使混合物中难吸附组分与易吸附组分得以分离。
特点：①多数吸附剂具有良好的选择性，同时，被吸附组分又可在不同的条件下脱附，方便被吸附组分的分别收集和吸附剂的再生利用；②吸附剂化学稳定性好，分离所得产物纯度高；③吸附与解吸速度快，为快速分离和获得小体积淋洗液创造了条件；④吸附剂价廉易得，实验操作简单；⑤为了增加表面作用位置，吸附剂通常制成多孔结构和大比表面积。
吸附机理：⑴吸附作用机理复杂，包括静电吸附、氢键作用、离子交换、络合作用等多种物理和化学过程；⑵从分子间作用力的观点来看，吸附作用是吸附剂表面的立场与吸附质分子之间相互作用的结果，主要是物理吸附；⑶硅胶、Al2O3表面含有大量羟基及O原子，能与许多物质形成氢键。
氢键和电荷转移相互作用均产生较强的吸附能；⑷极性吸附剂与极性分子之间的吸附力较强，选择性也较高。
材料合成与制备方法
材料合成与制备方法第一章1、1 溶胶凝胶1、什么是溶胶——凝胶？答：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。
2、基本原理（了解）3、设备：磁力搅拌器、电力搅拌器4、优点：该方法制备块体材料具有纯度高、材料成分易控制、成分多元化、均匀性好、材料形状多样化、且可在较低的温度下进性合成并致密化等5、工艺过程：自己看6、工艺参数：自己看2、1水热与溶剂热合成1、水热法：是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境。
2、溶剂热法：将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒（例如：有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用类似于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成，易氧化、易水解或对水敏感的材料。
3、优点：a、在有机溶剂中进行的反应能够有效地抑制产物的氧化过程或水中氧的污染；b、非水溶剂的采用使得溶剂热法可选择原料范围大大扩大；c、由于有机溶剂的低沸点，在同样的条件下，它们可以达到比水热合成更高的气压，从而有利于产物的结晶；d、由于较低的反应温度，反应物中结构单元可以保留到产物中，且不受破坏。
同时，有机溶剂官能团和反应物或产物作用，生成某些新型在催化和储能方面有潜在应用的材料4、生产设备：高压釜是进行高温高压水热与溶剂热合成的基本设备；（分类自己看),高压容器一般用特种不锈钢制成,5、合成工艺：选择反应物核反应介质——确定物料配方——优化配料顺序——装釜、封釜——确定反应温度、压力、时间等试验条件——冷却、开釜——液、固分离——物相分析6、水热与溶剂热合成存在的问题：1、无法观察晶体生长和材料合成的过程，不直观。
2、设备要求高耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬、技术难度大温压控制严格、成本高。
化学材料的成型与制备技术
化学材料的成型与制备技术化学材料的成型与制备技术是指将化学原料通过一定的工艺手段加工成所需形状和尺寸的过程。
在这个过程中，涉及到多种物理和化学反应，常用的成型与制备技术包括：1.合成：通过化学反应将原料转化为目标产品。
常用的合成方法有溶液聚合、乳液聚合、悬浮聚合等。
2.干燥：将合成得到的湿态物料通过热量和通风等手段除去水分，得到干燥的固体产品。
常用的干燥方法有流化床干燥、滚筒干燥、喷雾干燥等。
3.研磨：将干燥后的固体物料通过机械研磨的方式达到细化和均匀分散的目的。
常用的研磨设备有球磨机、振动磨、搅拌磨等。
4.混合：将不同物料按照一定比例进行机械混合，以得到均匀的复合材料。
常用的混合设备有双螺杆挤出机、单螺杆挤出机、捏合机等。
5.成型：将混合好的物料通过挤出、压延、模压等手段制成所需形状和尺寸的产品。
常用的成型方法有挤出成型、压延成型、模压成型等。
6.烧结：将成型后的物料通过高温加热使其发生物理和化学变化，从而得到致密的固体产品。
常用的烧结方法有气氛烧结、高温烧结、等离子烧结等。
7.后处理：对成型烧结后的产品进行切割、打磨、涂装等工艺处理，以满足产品的性能和外观要求。
以上是化学材料成型与制备技术的基本流程和常用方法。
在实际生产中，根据不同的原料、产品性能和应用领域，可能还会涉及到其他特殊的成型与制备技术。
习题及方法：1.习题：合成聚乙烯的反应原理是什么？解题方法：回顾课本中关于聚乙烯合成的相关知识，找出聚乙烯的合成反应原理。
答案：聚乙烯的合成原理是通过乙烯单体在催化剂的作用下发生加成聚合反应，生成聚乙烯链节。
2.习题：在干燥过程中，如何选择合适的干燥方法？解题方法：参考教材中关于干燥方法的选择依据，分析不同干燥方法适用的场景。
答案：选择干燥方法时，需要考虑物料的性质、干燥温度、干燥速率、能耗等因素。
例如，对于热敏性物料，可以选择流化床干燥；对于颗粒状物料，可以选择滚筒干燥。
3.习题：为什么在研磨过程中需要控制物料的湿度？解题方法：分析研磨过程中物料湿度对研磨效果的影响。
高考化学复习第3节考点3物质制备的基本思路教师用书新人教版
考点3 物质制备的基本思路1．物质制备的原则(1)选择最佳反应途径①用铜制取硫酸铜2Cu ＋O 2=====△2CuO 、CuO ＋H 2SO 4===CuSO 4＋H 2O 。
②用铜制取硝酸铜2Cu ＋O 2=====△2CuO 、CuO ＋2HNO 3===Cu(NO 3)2＋H 2O 。
③用铝制取氢氧化铝2Al ＋3H 2SO 4===Al 2(SO 4)3＋3H 2↑2Al ＋2NaOH ＋2H 2O===2NaAlO 2＋3H 2↑Al 2(SO 4)3＋6NaAlO 2＋12H 2O===8Al(OH)3↓＋3Na 2SO 4当n (Al 3＋)∶n (AlO －2)＝1∶3时，Al(OH)3产率最高。
(2)选择最佳原料如实验室用铝盐溶液与碱溶液反应制取氢氧化铝，应选用氨水，而不能选用强碱氢氧化钠溶液(氢氧化铝可溶解在氢氧化钠溶液中)，离子方程式：Al 3＋＋3NH 3·H 2O===Al(OH)3↓＋3NH ＋4；用铜盐与碱溶液反应制取氢氧化铜，应选用氢氧化钠溶液，而不能选用氨水(氢氧化铜可溶解在氨水中)等。
(3)选择适宜操作方法如实验室制备氢氧化亚铁时，因氢氧化亚铁在空气中极易与氧气、水反应生成氢氧化铁，更要注意隔绝空气。
其方法是：①亚铁盐需新制(用足量铁与稀硫酸反应或还原氯化铁溶液)；②将所用氢氧化钠溶液煮沸以赶尽溶于其中的空气(O 2)；③使用长滴管吸入氢氧化钠溶液后将滴管伸至氯化亚铁溶液的液面以下，慢慢挤压乳胶头使氢氧化钠与氯化亚铁接触；④还可在氯化亚铁溶液上加一层苯或植物油，尽量减少与空气的接触。
2．制备实验的基本思路(1)制备实验方案设计的基本思路(2)有气体参加的反应实验方案设计(装置连接)的基本思路(3)气体除杂的一般思路气体的除杂，首先要判断气体中的杂质，判断气体中的杂质的方法：①看反应物的性质，如用盐酸制取的气体中应含有HCl 气体杂质；②看气体是否完全反应，如用CO 2与Na 2O 2反应制取的氧气中应含有CO 2杂质；③看反应实质，如C 和浓硫酸加热制取的SO 2中一定含有CO 2；④看是否有副反应发生等。
化学法合成与制备专业实验指导书
《化学法合成与制备专业实验》实验指导书溶胶-凝胶法制备超细二氧化硅粉体溶胶-凝胶（sol-gel）法作为一种高新制造技术，受到科技界和企业界的关注，在生产超细粉体、薄膜涂层、纤维等材料的工艺中得到广泛应用。
一、实验目的使学生对溶胶凝胶法制备超细粉体材料有一个感性的认识；了解该制备方法的原理及其在粉体制备科技中的运用，使学生掌握科技论文的写作技巧，引导学生阅读相关的科技文献；提高学生的科技创新能力和增强实践能力的培养。
二、实验基本原理溶胶-凝胶法是以有机盐或无机盐为原料，在有机介质里进行水解、缩聚反应，使溶液经溶胶-凝胶化过程得到凝胶，凝胶经加热或冷冻干燥，最后煅烧得到超微细粉体的方法。
其基本原理是易水解的金属化合物（包括无机盐或金属醇盐）在某种溶剂中与水发生反应，经过水解与聚合过程逐渐凝胶化，再经过干燥煅烧处理得到所需要的粉体材料。
三、实验仪器及药品烘箱、高温马弗炉、超细粉碎机、电动搅拌机、滴管、200ml、500ml烧杯、玻璃棒、秒表分析纯硅酸乙酯、无水乙醇、盐酸、去离子水等。
四、实验内容及步骤（1）溶胶的制备将分析纯硅酸乙酯和无水乙醇按1：1混合，盐酸为催化剂，用去离子水进行水解，考察了水和盐酸加人量对水解时间t ,凝胶形成时间的影响。
（2）凝胶的煅烧及粉末制备将所形成的凝胶经600-800ºC、2-4h的煅烧，取出研磨。
（3）粉体测试对其粒度、物相、比表面积等特性进行测试。
溶胶-凝胶法制备超细氧化锌粉体及薄膜溶胶-凝胶法作为一种高新制造技术，受到科技界和企业界的关注，在生产超细粉体、薄膜涂层、纤维等材料的工艺中得到广泛应用。
五、实验目的溶胶–凝胶法是20世纪60年代发展起来的一种制备玻璃、陶瓷等无机材料的新工艺。
其基本原理是：将金属醇盐或无机盐经过水解形成溶胶，或经过解凝形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧，去除有机成分，最后得到无机材料。
溶胶–凝胶法包括以下几个步骤：第一步为溶胶的制备；第二步为凝胶化；第三步为凝胶的干燥。
本科生材料化学-作业(材料合成与制备)
6、简述固相反应的特点及其主要影响因素。 7、简述自蔓延高温合成技术的基本原理。
自蔓延高温合成技术适用于何种反应体系？ 8、简述固相合成与制备方法的主要优点和不足。
9、简述液相法制备材料所涉及的两大主要步骤。 10、液相法制备材料过程中，溶剂的选择很关键，溶
剂的作用有哪些？ 11、采用沉淀法制备颗粒材料时，为了获得颗粒度均
匀的沉淀，可采用什么方法？ 12、为什么微乳液滴被称为纳米微型反应器？ 13、简述溶胶-凝胶方法的主要应用领域。 14、简述水热合成技术的基本原理。
15、简述机械合金化制备材料的基本方法。 16、机械合金化制备过程中涉及的物理和化学变化有
哪些？ 17、机械合金化制备材料的 Nhomakorabea应性。 18、简述单晶制备的主要方法。 19、简述非晶制备的主要方法。
1、真空蒸镀、溅射镀、离子镀(离子束辅助沉积)是 主要的物理化学气相沉积技术，简述三种沉积技 术的基本原理及特点。
2、磁控溅射技术是如何实现高速镀膜和基底的低温、 低损伤特点的？
3、化学气相沉积适用于什么样的反应体系？ 4、对于热敏感基底，可以采用哪些途径来降低化学气
相沉积的温度？ 5、简述利用化学输运反应沉积薄膜的主要步骤。
试样的制备实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 掌握试样制备的基本方法。
2. 了解试样制备过程中的注意事项。
3. 提高试样制备的准确性和可靠性。
二、实验原理试样制备是指将样品加工成适合分析、测试的形态的过程。
试样制备的目的是为了满足分析、测试方法对试样形态、尺寸、质量等方面的要求。
试样制备过程包括样品的预处理、破碎、筛分、混合、均质等步骤。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：样品、溶剂、标准样品等。
2. 实验仪器：研钵、研杵、破碎机、筛分机、混合器、天平等。
四、实验步骤1. 样品预处理（1）称取适量样品，置于研钵中。
（2）加入少量溶剂，用研杵研磨至粉末状。
（3）将研磨好的样品过筛，收集筛下的粉末。
2. 样品破碎（1）将预处理后的样品放入破碎机中。
（2）开启破碎机，破碎至规定的粒度。
3. 样品筛分（1）将破碎后的样品过筛，收集筛下的粉末。
（2）根据分析、测试方法的要求，选择合适的筛孔尺寸。
4. 样品混合（1）将筛分后的样品置于混合器中。
（2）开启混合器，混合均匀。
5. 样品均质（1）将混合后的样品置于均质器中。
（2）开启均质器，均质至规定的程度。
五、实验结果与分析1. 样品制备过程中，样品预处理、破碎、筛分、混合、均质等步骤均按实验步骤进行，未出现异常情况。
2. 制备的试样符合分析、测试方法对试样形态、尺寸、质量等方面的要求。
3. 通过本次实验，掌握了试样制备的基本方法，提高了试样制备的准确性和可靠性。
六、实验总结1. 试样制备是分析、测试工作的重要环节，对分析、测试结果的准确性具有直接影响。
2. 在试样制备过程中，要严格按照实验步骤进行，注意操作细节，确保试样制备的准确性和可靠性。
3. 本次实验成功制备了符合要求的试样，为后续分析、测试工作奠定了基础。
4. 在实际工作中，应根据不同的分析、测试方法，选择合适的试样制备方法，提高实验效率和质量。
第2篇一、实验目的1. 熟悉试样制备的基本原理和操作方法。
2. 掌握不同试样类型的制备技术。
金属粉末的制备方法及基本原理
金属粉末的制备方法及基本原理1 引言金属粉末尺寸小,比表面积大,用其制得的金属零部件具有许多不同于常规材料的性质, 如优良的力学性能、特殊的磁性能、高的电导率和扩散率、高的反应活性和催化活性等。
这些特殊性质使得金属粉末材料在航空航天、舰船、汽车、冶金、化工等领域得到越来越广泛的应用。
2 金属粉末的制备方法2.1 机械法机械法就是借助于机械力将大块金属破碎成所需粒径粉末的一种加工方法。
按照机械力的不同可将其分为机械冲击式粉碎法、气流磨粉碎法、球磨法和超声波粉碎法等。
目前普遍使用的方法还是球磨法和气流磨粉碎法,其优点是工艺简单、产量大,可以制备一些常规方法难以得到的高熔点金属和合金的纳米粉末。
2.1.1 球磨法球磨法主要分为滚动球法和振动球磨法。
该方法利用了金属颗粒在不同的应变速率下因产生变形而破碎细化的机理。
其优点是对物料的选择性不强,可连续操作,生产效率高,适用于干磨、湿磨,可以进行多种金属及合金的粉末制备。
缺点是在粉末制备过程中分级比较困难[3]。
2.1.2 气流磨粉碎法气流磨粉碎法是目前制备磁性材料粉末应用最广的方法。
具体的工艺过程为:压缩气体经过特殊设计的喷嘴后,被加速为超音速气流,喷射到研磨机的中心研磨区, 从而带动研磨区内的物料互相碰撞,使粉末粉碎变细; 气流膨胀后随物料上升进入分级区,由涡轮式分级器分选出达到粒度的物料,其余粗粉返回研磨区继续研磨, 直至达到要求的粒度被分出为止。
整个生产过程可以连续自动运行,并通过分级轮转速的调节来控制粉末粒径大小( 平均粒度在3～8 μm)。
气流磨粉碎法适于大批量工业化生产,工艺成熟。
缺点是在金属粉末的生产过程中,必须使用连续不断的惰性气体或氮气作为压缩气源, 耗气量较大;只适合脆性金属及合金的破碎制粉。
2.2 物理法物理法一般是通过高温、高压将块状金属材料熔化,并破碎成细小的液滴,并在收集器内冷凝而得到金属粉末,该过程不发生化学变化。
目前研究和使用最多的物理法主要有等离子旋转电极法和气体雾化法。
溶胶凝胶法的基本原理、发展及应用现状
溶胶凝胶法的基本原理、发展及应用现状一、本文概述1、溶胶凝胶法的定义溶胶凝胶法（Sol-Gel Method）是一种广泛应用于材料科学领域的湿化学合成方法。
该方法基于溶胶（sol）和凝胶（gel）两个关键阶段的转换，通过控制化学反应条件，使前驱体在溶液中发生水解和缩聚反应，形成稳定的溶胶体系。
随着反应的进行，溶胶粒子逐渐增大并相互连接，形成三维网络结构的凝胶。
最终，通过热处理等后处理手段，凝胶转化为所需的纳米材料或涂层。
溶胶凝胶法的基本原理在于利用前驱体在溶液中的化学反应活性，通过控制反应条件如温度、pH值、浓度等，使前驱体在分子或离子水平上均匀混合，并发生水解和缩聚反应。
这些反应使得前驱体之间形成化学键合，进而形成稳定的溶胶体系。
随着反应的进行，溶胶粒子逐渐增大并相互连接，形成三维网络结构的凝胶。
这种凝胶具有高度的多孔性和比表面积，为后续的材料处理和应用提供了良好的基础。
溶胶凝胶法的发展可以追溯到20世纪初，但直到近年来，随着纳米科技的兴起和人们对材料性能要求的不断提高，溶胶凝胶法才得到了广泛的应用和研究。
目前，溶胶凝胶法已经成为制备纳米材料、薄膜、涂层和复合材料等的重要方法之一。
同时，随着科学技术的不断进步，溶胶凝胶法在反应机理、材料设计、工艺优化等方面也取得了显著的进展。
在应用方面，溶胶凝胶法已经广泛应用于陶瓷、玻璃、金属氧化物、复合材料等多个领域。
例如，在陶瓷领域，溶胶凝胶法被用于制备高性能的陶瓷材料，如氧化铝、氧化锆等。
在金属氧化物领域，该方法被用于制备纳米金属氧化物颗粒，如二氧化钛、氧化铁等，这些颗粒在光催化、气敏传感器等领域具有广泛的应用前景。
溶胶凝胶法还在涂层和复合材料的制备中发挥着重要作用，如制备防腐涂层、功能薄膜等。
溶胶凝胶法作为一种重要的湿化学合成方法，在材料科学领域具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步和人们对材料性能要求的不断提高，溶胶凝胶法将在更多领域发挥重要作用。
材料化学-
材料化学材料化学是一门综合性学科，涉及到物质结构、性质和应用以及化学、物理、生物等多个学科领域。
本文将从材料化学的基本概念、发展历程和应用领域等方面进行介绍。
一、材料化学的基本概念材料化学是研究化学材料的结构、性质、制备和应用的学科。
它是一门跨学科的科学，涉及到物质的组成、形态、电学、热学、光学、磁学、力学、环境等多个方面，以及材料科学、化学、物理、生物等领域的知识。
它的目的是为了制造更好、更可靠、更经济、更环保的材料，解决人类面对的各种技术难题。
材料化学的研究对象是各种材料、组成物和表面现象，包括金属、非金属、有机和无机材料。
这些材料可以是制备新型材料的原料，也可以是被制作成各种产品的原材料。
例如电子器件、光电子元件、生物医药、化学催化剂、化妆品、建筑材料等，材料化学都有着广泛的应用。
二、材料化学的发展历程材料化学是一门新兴的学科，它的发展历程可以分为以下几个阶段：1. 原始阶段：早期的材料化学研究主要集中在金属和非金属材料上。
早在4000年前，中国就开始使用青铜来制作器具。
1728年，英国化学家布莱克在研究天然石墨时发现了石墨的导电性。
到19世纪末，人们开始研究非晶态材料和纳米材料。
2. 现代化阶段：20世纪初，宏观结构和微观结构的研究开始融合在一起。
发现了石墨烯材料，它具有优异的导电性、热导率和力学强度。
发现了固态电解质材料，它是用于高温燃料电池的重要组成部分。
还发现了具有超导性质的材料，可以用于核磁共振成像和能源转换。
3. 在新的材料化学时代，复杂性、多功能性和可编程性成为了研究热点。
材料的功能化、结构设计和控制成为了研究方向。
通过仿生学思想设计生物材料，开发出各种具有优异性能的新型材料。
利用计算机模拟和控制，发展了材料工程学和化学工程学。
三、材料化学的应用领域材料化学在各行各业都有广泛的应用，其中一些重要的应用领域如下：1. 电子器件：电子器件需要具备可靠的性能，包括高分辨率、低功耗、长寿命等。
介绍一个材料化学专业实验—Ag纳米线的制备
该装置由高纯氮气钢瓶、减压阀、稳压阀、不锈钢管路、球 阀、乳胶管和基于三口圆底烧瓶的反应器组成，球型冷凝管的 上端可以连接一个液封，防止空气进入。使用时打开减压阀总 阀门并顺时针旋转另一旋钮调节气体输出压力、调节稳压阀旋
收稿日期:2021 —03 —16 基金项目：国家自然科学基金一河南人才培养联合基金（U1504531） 作者简介：罗保民（1980 — ）,河南卫辉人，博士，主要研究方向燃料电池。
(2) 为获得较高的精度，先润洗管嘴，然后再正式移液，因 为吸取血清蛋白质溶液或有机溶剂时，吸头内壁会残留一层o 液膜0造成排液量偏小而产生误差°
(3) 未装吸头时，切莫移液° (4) 注意所设量程在移液器量程范围内，要将按钮旋出量 程，否则会卡住机械装置，损坏了移液器° (5) 液器严禁吸取有强挥发性、强腐蚀性的液体(如浓酸、 浓碱、有机物等# (6) 移液器、管嘴和液体在同一温度° (7) 移液时移液器竖直，管嘴没入液面下仅数毫米° (8) 采用反向取液法的时候不可以最大量程取液，可分多 次移取'
Abstract: Introducing the latest scientific research results into the classroom instead of the old experiments is beneficial to broadenstudents'horOzons and stOmulate students'OnterestOnlearnOng.ThOs paperOntroduces a materOalchemOstry experOmentdesOgnedonthebasOsofthelatestlterature.Ultra—thOnAgnanowOreswerepreparedbyusOngethyleneglycol assolvent,ethyleneglycoland benzoOn asreductants,PVP and Br— ascappOngreagents.ThroughthOsexperOment, studentscannotonly mastertheuseofnOtrogenprotectondevOce,pOpetegunandhOgh—speedcentrfuge,butalsoget famlarwOththeknowledgeofcrystalstructure. Keywords"materOalchemOstryspecOalty$experOmentalteachOng$nanowOres$Ag
溶胶凝胶法制备纳米材料
利用溶胶凝胶法制备纳米材料的基本原理学院:材料学院班号：1109102 学号：1110910209 姓名：袁皓摘要：本文介绍了纳米材料的性能用途以及制备方法，主要是新兴的制备纳米材料低温工艺——溶胶凝胶法，在文中详细说明了溶胶凝胶法的类型和特征，重点描述了利用溶胶凝胶法制备纳米材料的类型，基本原理以及简略的操作流程。
关键词：纳米材料溶胶凝胶基本原理一溶胶凝胶法的基本原理溶胶凝胶(sol-gel)法是一种制备超细粉末的一种湿化学法，它是以液体的化学试剂配制成金属有机或无机化合物或者是金属醇盐前驱物，前驱物溶于溶剂中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或是醇解反应，反应生成物在液相下均匀混合，均匀反应，生成稳定且无沉淀的溶胶体系，放置一段时间后或是干燥处理溶胶之后转变为凝胶，在凝胶中通常含有大量的液相物质，需要利用萃取或蒸发除去液体介质，并在远低于传统的烧结温度下热处理，最后形成相应物质化合物粉体,利用溶胶凝胶法还可以制备其他形态的材料包括单晶、纤维、图层、薄膜材料等。
表2-1 对于制备纳米材料的溶胶凝胶法类型和特征1.1 溶剂化能电离的前驱物－金属盐的金属阳离子M z+吸引水分子形成溶剂单元(M(H2O)n)z+(z 为M 离子的价数)，为保持它的配位数而具有强烈的释放H＋的趋势。
(M(H2O)n)z+==(M(H2O)n-1(OH))(z-1)++H＋1.2 水解反应非电离式分子前驱物，如金属醇盐M(OR)n(n 为金属M 的原子价，R 代表烷基)，与水反应，反应可延续进行，直至生成M(OH)n。
M(OR)n＋xH2O→M(OH)x(OR)n-x+xROH1.3 缩聚反应可分为失水缩聚：-M-OH+HO-M→M-O-M-+H2O失醇缩聚：-M-OR+HO-M→-M-O-M+ROH二溶胶凝胶法的工艺过程1.金属无机盐在水溶液中的水解金属盐在水中的性质受金属粒子半径大小、电负性、配位数的影响。
它们溶于纯水中常电离析出Mz+离子并溶剂化，根据溶液的酸度和相应的电荷转移大小，水解反应存在下列平衡关系：[M-OH]Z+——[M-OH](Z-1)+H+——[M=O](Z-2)+2H由上述平衡，任何无机盐前驱物的水解产物都可以粗略地写在[MONH2N-h](Z-h)+其中N是M的配位数，Z是M的原子价，h称为水解摩尔比。
材料的制备方法
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Preparation of nanoparticles
（一）溶胶制备工艺
1、 有机途径
组成： 母体——醇盐，浓度10~50%；
溶剂——乙醇； 催化剂——盐酸、醋酸等 螯合剂——乙酰丙酮 水——用量一定要控制
特点：水、溶剂挥发，干燥龟裂；
薄膜厚度受限； 但可反复涂覆。
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Preparation of nanoparticles
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Preparation of nanoparticles
2 陶瓷法（固相反应法）
1）定义：固态原料通过高温条件下的界面扩散或反应，形 成新的多晶材料。 2) 实例（镁铝尖晶石的制备）
结构变化： O-2密堆： M 填隙：
MgO + Al2O3 → Mg Al2O4 （立方） （畸变六方） （立方） （八面体）（八面体） （四、八面体 ）
制备方法的界定
一般地， 化学方法(液相法,气相法) 物理方法(机械粉碎法) 但是，某些气相法在制备超微粒的过程中并没有化学反 应，因此笼统划为化学法是不合适的。 相反，机械粉碎法中的机械合金化在一定情况产可形成 金属间化合物（涉及到化学反应），因此把粉碎法 全归为物理方法也不合适。
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Preparation of nanoparticles
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Preparation of nanoparticles
气体冷凝法的原理见图1。
整个制备过程是在超高真空室内
进行，通过分子涡轮泵使其达到0.1Pa
以上的真空度，然后充入低压(约2kPa) 的纯净惰性气体(He或Ar)。
欲蒸物质( 例金属，CaF2、NaCl、
FeF等离子化合物、过渡族金属氮化物 及易升华的氧化物等)置于坩埚内，通 过钨电阻加热器或石墨加热器等加热 装置，逐渐加热蒸发，产生原物质烟 雾。 图1 气体冷凝法制备纳米微 粒原理图
石墨材料的化学气相沉积研究
石墨材料的化学气相沉积研究石墨材料的化学气相沉积是一种重要的制备方法，可以实现高纯度、大面积和可控性好的石墨材料制备。
本文将通过综合分析和总结最新研究成果，深入探讨化学气相沉积在石墨材料制备中的原理、方法和应用。
一、原理化学气相沉积是利用化学反应在气相中生成物质，然后通过沉积到基材表面实现材料制备的一种方法。
在石墨材料的制备中，常用的前体气体有甲烷、丙烷、乙炔等，通过热解反应产生碳源。
碳源随后在高温下分解，生成碳原子，并在基材表面重新组装形成石墨结构。
二、方法1. 化学气相沉积方法通常分为热分解法和等离子体增强化学气相沉积法两种。
热分解法通过控制反应温度和时间，调节碳源的分解速率和扩散动力学，实现对石墨材料形貌和结构的控制。
而等离子体增强化学气相沉积法在热分解法的基础上加入了等离子体辐射照射，可以在保持低温的同时增强碳源的分解和扩散，从而获得高质量的石墨材料。
2. 石墨材料的制备还可通过添加协同催化剂、调节反应气体的比例和流速等方法来实现。
协同催化剂能够增强碳源的活性，促进碳源的分解和生长过程，提高石墨材料的质量和结晶性。
控制反应气体的比例和流速，可以调节碳源在基材表面的扩散速率和碳原子的沉积速率，从而实现石墨材料的形貌调控和结构控制。
三、应用1. 电子器件领域：石墨材料在电突触器件、传感器、柔性电子器件等领域具有广泛应用潜力。
化学气相沉积可实现大面积多层石墨烯薄膜的制备，为高性能电子器件的制备提供了可能。
2. 催化剂载体领域：石墨材料的高比表面积和良好的导电性使其成为理想的催化剂载体。
通过化学气相沉积可以在石墨材料表面修饰特定的功能基团，提高催化剂的分散性和活性，进而应用于催化反应中。
3. 能源领域：石墨材料可作为锂离子电池、超级电容器等能源器件的电极材料。
化学气相沉积可以实现对石墨材料电极性能的调控，提高电池的循环稳定性和储能密度。
四、挑战与展望化学气相沉积方法在石墨材料制备中具有许多优点，但也存在一些挑战。
材料的制备实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 掌握材料的制备方法；2. 了解材料的基本性能；3. 分析材料制备过程中的影响因素。
二、实验原理本实验采用溶液法制备材料，通过化学反应使原料转化为所需材料。
溶液法是将原料溶解于溶剂中，加入适当的反应剂，在一定条件下进行反应，生成所需材料。
实验过程中，需要严格控制反应条件，如温度、pH值、反应时间等，以确保材料的质量。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 原料：A、B、C- 反应剂：D- 溶剂：E2. 实验仪器：- 电子天平- 烧杯- 烧瓶- 搅拌器- 温度计- pH计- 透析袋四、实验步骤1. 称取适量的原料A、B、C，溶解于溶剂E中，配制成溶液；2. 将溶液转移至烧杯中，加入适量的反应剂D，搅拌均匀；3. 将烧杯置于恒温水浴锅中，控制温度为50℃；4. 使用pH计实时监测溶液的pH值，调节至所需值；5. 在一定时间内，持续搅拌溶液；6. 反应结束后，将溶液转移至透析袋中，进行透析处理；7. 透析结束后，将材料取出，晾干；8. 对制备的材料进行性能测试。
五、实验结果与分析1. 材料外观：制备的材料呈均匀的白色粉末状；2. 材料性能：- 熔点：200℃；- 溶解度：20g/100mL（25℃）；- 热稳定性：在300℃下，材料分解率为5%；- 抗折强度：20MPa；- 伸长率：5%。
分析：1. 材料制备过程中，温度、pH值、反应时间等因素对材料性能有显著影响；2. 适当提高温度、延长反应时间、控制pH值在适宜范围内，可提高材料性能；3. 在制备过程中，应注意搅拌均匀，避免出现沉淀现象。
六、实验结论本实验成功制备了所需材料，并通过性能测试，验证了材料的基本性能。
在实验过程中，严格控制反应条件，确保了材料的质量。
今后，可进一步优化制备工艺，提高材料性能，为实际应用奠定基础。
七、实验反思1. 实验过程中，应注意安全操作，避免发生意外；2. 实验结果受多种因素影响，需在实验过程中严格控制；3. 实验数据应准确记录，为后续研究提供依据。
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1.1.2 材料设计的范围和层次
使用效能
合成及其 生产流程
性能 组成、结构
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（1）材料设计的范围： 材料制备----材料性能----材料使用
四个组成要素：四者是整体 *材料的性质----材料的固有性质 *组成与结构 *合成与加工 *使用性能----材料在使用条件下的表现。包括寿命、 能量效率、安全、价格等。
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(3) 合成和加工工艺设计----重要环节 建立原子、分子团的新排列，从微观到宏观尺度 对结构----控制----高效----有竞争力地制造材料和零 件的演变过程。 许多新材料的出现----伴随合成和加工工艺突破。
例如：非平衡组织和非晶结构的研究----新的技术革新---快速凝固技术。
例如：纳米材料，采用溶胶-凝胶法制备超细粉末 例如：陶瓷材料领域，稳定化处理的氧化锆；溶胶-凝
胶法制取的陶瓷、新型耐火纤维、陶瓷复合材料、 高温超导体等。
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(4) 使用性能设计 设计材料的目的在于应用，对使用性能的考查和 实用性考虑在材料设计中必不可少。 以往，由于对市场因素和实用性考虑不够，使许 多新材料由于成本过高而得不到广泛应用----材料 设计和研究者要重视。 材料成分、组织均匀性、非平衡组织的稳定性等 对使用性能的影响----材料设计时必须考虑。
c. 工程设计层次 ----宏观材料，大块材料加工和使用性能设计研究。
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不同层次、不同范畴内用不同的理论方法
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1.1.3 材料设计的发展阶段 a. 二战前，对材料的研究几乎只限于金属。 b. 20世纪50年代开始，军工国际竞争加剧，促进新兴
材料高速发展，后转入民用，得到更大的发展。 c. 目前处于一个高速发展的阶段，新的材料不断涌现。
包含：雾化法、急冷法、激光表面处理等。 优点：产品具有更优、更特别的性质， 广泛用于金属直接成型、晶态合金和非晶态合金等
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例如：自蔓延高温合成(SHS)工艺 充分利用物质化合热----形成一个独立领域----成功 合成了上百种新材料。
例如：复合材料的发展，促进CVD、PCVD等许多工 艺和方法的发展。
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1.1 材料设计概述 1.1.1 材料设计的含义
通过理论与计算预测新材料的组分、性能。 通过理论设计来“订做”特定性能的新材料。 利用现有的材料、科学知识和实践经验，通过 分析和综合，创造出满足特殊要求的新材料的 一种活动过程。 目的： 改进已有的材料，创造新材料。 材料设计须考察材料的性质、组成与结构、合 成与加工、使用性能及它们间的关系。并运用 系统的方法来研究材料，找设计材料的突破口。
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又如：低碳马氏体型超高强度钢的设计 为使马氏体组织状态获得超高强度水平，须在合
金元素设计上既考虑： a. 强度作用 b. 发挥改善韧性的效果 通过正交设计和回归分析获得Si-Mn-Cr-Mo-V系
列钢中元素成分和性能间的回归方程； 主要元素的选择----长期经验的应用
其中：C、Si是强化元素 Mn、Ni、Mo是韧化元素。
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d. 现有理论研究与材料设计脱节 物理学已经对微观粒子做了深入研究，数学也提供 了足够的处理问题的计算方法，但用这些知识处理 实际的材料设计问题往往仍令人不知所措。 现代物理学和材料科学对物质的性能、组织和组成 已做了很详细的研究，即宏观、微观和介观的研究 取得很大的进展 三者间的关系缺乏系统研究，找不到一个由微观参 数到宏观性能指标的定量的科学准则指导材料设计。
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材料的设计过程 根据性能要求确定设计目标，有效利用现有资源， 通过成分、结构、组织和工艺过程的合理设计制 造材料，最后对材料行为的评价，完成整个过程。
关键：成分-结构和组织的设计 重要环节：
合成和加工是保证成分与组织的主要手段。 凝聚态物理学、量子化学等相关基础学科的发展， 计算机计算能力的空前提高，使材料研制过程中 理论和计算的作用越来越大----不可缺少。
如：环境、受力态对材料的特性曲线及寿命的影响。 决定材料能否发展、大量使用。
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（2）微观设计层次 按研究对象的空间尺度划分：
a. 原子、电子层次的设计 ----空间尺度约为1nm量级；
b. 连续模型层次的设计 ----典型尺寸约在1pm量级----材料被看成连续介质， 不考虑其中单个原子、分子的行为。
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(c) 基本计算法 应用现代物理（经典物理、量子物理、相对论、 统计物理和热力学等）和数学知识，从第一性原理 出发进行材料设计。
例如： AB算法、嵌入原子法、分子动力学法、蒙特卡罗 法等----计算量很大----不可能求解 一简单原子间相互作用势计算----一个人几十年 现代科学技术的发展，计算机的发展使问题得到 圆满解决。 计算机模拟设计材料已成为或将成为材料设计的 主要手段，把人们从大量实验中解脱出来，进行有 目的的设计。
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物理学家和材料学家紧密结合是解决和攻克材料 设计领域重大问题的关键----把物理学的重大成就 与材料设计联系----通过控制微观粒子(如原子、 电子)，按预先的要求设计和合成材料----计算机 应用技术。
目前原子尺度上，利用扫描隧道显微镜和原子分
辨率透射电子显微镜等仪器能以一个原的分辨
这些新材料有明显的时代特征： *多数是固体物理、固体化学、有机合成、冶金学和陶
瓷学等学科的新成就 新材料的发展与新工艺、新技术密切相关 为适应科技发展的要求，更新换代快、试样变化多。
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*真正意义“材料设计”设想始于20世纪50年代。 *50年代初：前苏联开展关于合金设计及无机化合物的
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按发展过程和研究深度分为三种方法： (a) 经验法----大多数材料
根据大量实验数据，分析归纳出一些经验公式、 辨别式和相分析法。 如：钢铁设计 材料科学工作者经过长期大量的实验确定了不同 元素对钢铁性质的影响。 例如：提高耐热性：添加Cr、Mn等元素
保证钢性能：严格控制S、P等含量 塑性：C含量增加提高强度，塑性降低。
第三章 材料化学制备的基本原理
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第三章 材料化学制备的基本原理
§3-1 材料的设计方法 §3-2 各类材料的特点 §3-3 材料固相反应制备的原理
§3-4 液相化学制备的原理 §3-5 气相沉积 §3-6 机械合金化
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(b) 半经验法 量子力学、PauLing理论、能带理论基础上，不同
元素和化合物试验资料的分析、归纳和总结，提出 处理复杂体系的“经验电子理论”，确定晶体内各 类原子的杂化状态----描述晶体。 例如： *Fe-C奥氏体低碳合金----超高强度钢 *中科院程开甲院士提出的新“TFD”模型理论 ----界面电子密度连续条件为材料设计提供有效方法 *纳米材料、薄膜材料、复合材料和超导材料等从电子 角度----解释。
例如：金刚石
耀度和透明度----宝石和多性能涂层
高硬度和导热性----切削工具和传导体
又如：陶瓷
高熔点、高强度和化学惰性----先进热力发动机中 的 火焰筒或保护涂层
脆性----限制了它的广泛使用。
设计时取长补短。
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建立材料性质数据库，是材料设计的前提。根据 设计要求，区分材料的特征和制作方法----不同文 件。 主要有四大文件： 原始数据文件 主资料文件 标准数据文件 材料行为数据文件。 例如： 合金设计的过程
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1.1.5 材料设计的发展趋势及反思 (1) 对原有的材料进行改进和发展新材料
原有材料(如钢铁等)在未来社会生活中仍然占有重 要的地位，充分利用新工艺、新手段来更新旧材料 具有很好的前景。
新型产业的兴起需要新材料为依托。新材料的设 计是目前材料研究的热点。如：超导材料、纳米材 料、高强高温的轻质材料、复合材料、薄膜材料、 陶瓷和高分子材料等。
率显示材料的结构。
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运用等离子技术、分子束技术及相应的设备在原 子层次上控制物质的成核和生长
利用第一性原理和统计物理在电子层次上对材料 进行设汁。 例如：
由于计算机的功能越来越强，根据各种组成物的 原子数量，可预测其结构及随时间变化的过程。
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计算机的功能越来越强，能进行各种计算确定某 种原子特殊组合和排列的性质。
各种层次材料设计的计算机模拟方法得到广泛应 用，计算机和计算机建模大大缩短了新材料、新工 艺和新设计从实验室转移到生产现场所需的时间。 局限：
目前，材料设计仍局限于经验设计，现代科学技 术未能转化成材料设计的有力工具，许多材料工作 者习惯于传统的设计思想，有意无意地阻碍新思想、 新知识的输入。其原因如下：
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a. 根据设计的目标，检索标准数据文件，确定所开发 的合金系列 b. 根据知识库进行推理，进行成分和组织结构的设计 c. 研究主要数据文件----评价实验数据----对源数据文件 所记载的实验方法或结论进行观察，在此基础上制订 实验计划并予以实施 d. 实验结果以实验报告的形式输入到源数据文件及主 资料行为数据文件，对材料的分析结果输入到材料行 为数据文件中 e. 以上设计实验和评价几经反复至满足性能要求，将 设定的特性经数据处理记入标准数据文件。
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(2) 环境意识加强，材料设计受应用前景支配 脱离应用背景的研究将被抛弃，危害人类未来处
境的材料将被限制和被新材料所代替。 (3) 材料学与生物学相融合
仿生材料设计将日益受到重视，基本的研究方向 是了解合成物质与生物组织间的相互作用。 (4) 材料设计趋向定量化