材料合成与制备方法 复习43页PPT
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材料合成与制备的基本途径课件
高能球磨技 术
电子信息领域
集成电路 电子元器件 显示技 术
生物医学领域
生物材料 药物载体 生物检测
航空航天领域
01
轻质复合材料
02
功能涂层
03
发动机材料
新材料的开 发
高性能复合材料 功能材料 生物材料
新技术的探索
01
原子层沉积技术
利用物理或化学方法在基底表面 逐层沉积材料原子，实现纳米级 别的精确控制。
02
分子束外延技术
在单晶衬底上生长单层或超薄晶 体薄膜，广泛应用于半导体器件 和光电器件等领域。
03
激光诱导化学气相 沉积技术
利用激光诱导化学反应在基底表 面沉积材料，具有高精度、高效 率的特点。
环境友好型的材料合成与制备
绿色化学合成 生物合成 循环利用与再生
• 材料合成与制备的基本概念 • 材料合成与制备的物理方法 • 材料合成与制备的化学方法 • 材料合成与制备的新技术 • 材料合成与制备的应用领域 • 材料合成与制备的未来发展
材料合成与制备的定义
总结词
材料合成与制备是指通过一系列物理、化学或生物过程，将所需物质转化为详细描述
适用范围
优点
缺点
熔炼法是一种通过高温 将原料熔化成液态，再 经冷却凝固得到材料的 制备方法。
熔炼法通常在高温炉中 进行，通过加热将原料 熔化为液态，然后进行 冷却凝固，得到所需材 料。这种方法可以制备 出高质量、高纯度的金 属、合金和化合物等。
适用于制备金属、合金、 金属化合物等材料。
材料合成与制备的基本原则
总结词
材料合成与制备需要遵循一定的基本原则，以保证获 得高质量的新型材料。
详细描述
在进行材料合成与制备时，需要遵循一定的基本原则。 首先，要确保所使用的原料纯度高、质量稳定，以保证 最终获得高质量的新型材料。其次，要精确控制反应条 件和参数，如温度、压力、气氛等，以确保反应过程顺 利进行并获得所需的结构和性能。此外，还需要注意安 全问题，如防止爆炸、中毒、腐蚀等危险情况的发生。 最后，要重视环境保护和资源利用效率，尽可能采用绿 色合成方法和循环利用技术，以降低对环境的负面影响。
材料合成与制备方法 复习43页PPT
材料合成与制备方法 复习
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。—于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。—于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
材料的化学合成与制备技术ppt课件
用这种方法制得的复合氧化物化学计量比可精确控制。强 度高，烧成温度低，颗粒均匀，可达纳米级，是先进高性 能陶瓷粉体合成的先进技术之一。
（3）cm(An+)cn(Bm-) < Ksp时，为饱和溶液。无沉淀析出。若体系中有沉淀 存在，则沉淀将溶解，直至饱和为止。
水解程度的大小主要取决于金属离子的电荷、半径及电 子构型，或者说是取决于金属离子的极化力。金属离子的电 荷越高，半径越小，金属离子的水解程度越大。 非8e构型的金属离子容易水解，如p区、d区、f区、ds区 元素栗子。 高价金属离子的盐类如SnCl4、TiCl4等可直接水解制取氧 化物。
沉淀的生成
沉淀的生成一般要经过晶核形成和晶核长大两个过程。
沉淀的生成条件：
形成沉淀的离子浓度的乘积超过该条件下沉淀的溶 度积时，离子通过相互碰撞聚集成微小的晶核，晶核逐 渐长大形成沉淀微粒。 聚集速度： 离子形成晶核，进一步聚集成沉淀微粒的速度 定向速度： 在聚集的同时，构晶粒子在一定晶格中定向排列的速度
4 利用金属醇盐类的水解制备氧化物纳米材料
金属醇盐容易进行水解，产生构成醇盐的金属元素的氧化 物、氢氧化物或水合物的沉淀。产物经过过滤、干燥、煅 烧可制得纳米粉末。 含有几种金属元素的陶瓷微粉的合成，可以利用两种金属 醇盐溶液混合后共水解；也可利用可溶于醇的其它有机盐 类，如乙酸盐、柠檬酸盐等无或无机盐，如TiCl4等与另一 种金属的醇盐溶液混合共水解后得到的混合氧化物，煅烧 后制得氧化物。
3 利用盐类的强制水解制备无机材料
盐类的强制水解一般是指在酸性条件下，高温水解金属盐。 无碱存在的阳离子的水热强制水解比常温更为显著，水解 反应会导致盐溶液中直接生成氧化物粉体，且纯度更高。
控制强制水解反应的要点是低的阳离子浓度，以免爆发成 核，这样有可能获得均匀的溶胶状多晶材料，其尺寸可达 20nm以下。
材料合成与制备复习资料有复习资料
第一章溶胶-凝胶法名词解释1. 胶体()：胶体是一种分散相粒径很小的分散体系，分散相粒子的质量可以忽略不计，粒子之间的相互作用主要是短程作用力。
2. 溶胶：溶胶是具有液体特征的胶体体系，是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，不停地进行布朗运动的体系。
分散粒子是固体或者大分子颗粒，分散粒子的尺寸为1100，这些固体颗粒一般由10^3个-10^9个原子组成。
3. 凝胶()：凝胶是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网络骨架，骨架孔隙中充满液体或气体，凝胶中分散相含量很低，一般为13%。
4. 多孔材料：是由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体所组成。
一、填空题1.溶胶通常分为亲液型和憎液型型两类。
2.材料制备方法主要有物理方法和化学方法。
3.化学方法制备材料的优点是可以从分子尺度控制材料的合成。
4.由于界面原子的自由能比内部原子高，因此溶胶是热力学不稳定体系，若无其它条件限制，胶粒倾向于自发凝聚，达到低比表面状态。
5.溶胶稳定机制中增加粒子间能垒通常用的三个基本途径是使胶粒带表面电荷、利用空间位阻效应、利用溶剂化效应。
6.溶胶的凝胶化过程包括脱水凝胶化和碱性凝胶化两类。
7.溶胶－凝胶制备材料工艺的机制大体可分为三种类型传统胶体型、无机聚合物型、络合物型。
8.搅拌器的种类有电力搅拌器和磁力搅拌器。
9.溶胶凝胶法中固化处理分为干燥和热处理。
10.对于金属无机盐的水溶液，前驱体的水解行为还会受到金属离子半径的大小、电负性和配位数等多种因素的影响。
二、简答题溶胶－凝胶制备陶瓷粉体材料的优点？制备工艺简单，无需昂贵的设备；对多元组分体系，溶胶-凝胶法可大大增加其化学均匀性；反应过程易控制，可以调控凝胶的微观结构；材料可掺杂的范围较宽（包括掺杂量与种类），化学计量准确，易于改性；产物纯度高，烧结温度低等。
第二章水热溶剂热法名词解释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，通过将反应体系加热至临界温度（或接近临界温度），在反应体系中产生高压环境而进行无机合成与材料制备的一种有效方法。
材料合成与制备方法复习PPT课件
E槽＝E可逆+ E不可逆+IR1+ IR2
15
在电极与溶液之间形成的界面上进行的电极反响分为哪几个步骤？ 反响物粒子自溶液本体向电极外表传递 反响物粒子在电极外表或电极外表附近液层中进行某种转化 在电极与溶液之间的界面上进行得失电子的电极反响 电极反响产物在电极外表或电极外表附近液层中进行某种转化 电极反响产物自电极外表向溶液本体传递。
“原位结晶〞机制中选用常温常压下不可溶的固体粉末，凝胶或沉淀为前驱物
时，如果前驱物和晶相的溶解度相差不是很大时，或者“溶解-结晶〞的动力学
速度过慢，那么前驱物可以经过脱去羟基〔或脱水〕，原子原位重排而转变
为结晶态。
9
水热条件下晶体生长包括哪几个步骤？ 〔1〕营养料在水热介质里溶解，以离子、分子团的形式进入溶液〔溶解 阶段〕； 〔2〕由于体系中存在十分有效的热对流及溶解区和生长之间的浓度差， 这些离子、分子或离子团被输运到生长区〔输运阶段〕； 〔3〕离子、分子或离子团在生长界面上吸附、分解与脱附； 〔4〕吸附物质在界面上的运动； 〔5〕结晶。
为什么在水热合成体系中，在不改变其它反响条件的情况下，在一相当短 的时间内使反响物浓度有极大的增加，可以大大加快成核速率，从而到达 减小产物晶粒粒度的目的？
粉体的晶粒粒度与粉体形成时的成核速度有关，成核速度越快，由此 制得的粉体的粒粒度就越小，对于溶液体系，如果采取一定的措施， 加快成核速度，即在相对较短的时间内形成相对较多的晶核，由于在 成核过程中溶质被大量消耗，在生长过程所提供的溶质就会相对减少， 那么可以使产物的晶粒粒度减少。
• 除去溶剂：使聚合产物的浓度增大，当存在一定程度的交联时，发 生溶胶-凝胶的转变，粘度突然增大。
• 用酸或碱催化以促进水解和缩聚反响的发生。
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在电极与溶液之间形成的界面上进行的电极反响分为哪几个步骤？ 反响物粒子自溶液本体向电极外表传递 反响物粒子在电极外表或电极外表附近液层中进行某种转化 在电极与溶液之间的界面上进行得失电子的电极反响 电极反响产物在电极外表或电极外表附近液层中进行某种转化 电极反响产物自电极外表向溶液本体传递。
“原位结晶〞机制中选用常温常压下不可溶的固体粉末，凝胶或沉淀为前驱物
时，如果前驱物和晶相的溶解度相差不是很大时，或者“溶解-结晶〞的动力学
速度过慢，那么前驱物可以经过脱去羟基〔或脱水〕，原子原位重排而转变
为结晶态。
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水热条件下晶体生长包括哪几个步骤？ 〔1〕营养料在水热介质里溶解，以离子、分子团的形式进入溶液〔溶解 阶段〕； 〔2〕由于体系中存在十分有效的热对流及溶解区和生长之间的浓度差， 这些离子、分子或离子团被输运到生长区〔输运阶段〕； 〔3〕离子、分子或离子团在生长界面上吸附、分解与脱附； 〔4〕吸附物质在界面上的运动； 〔5〕结晶。
为什么在水热合成体系中，在不改变其它反响条件的情况下，在一相当短 的时间内使反响物浓度有极大的增加，可以大大加快成核速率，从而到达 减小产物晶粒粒度的目的？
粉体的晶粒粒度与粉体形成时的成核速度有关，成核速度越快，由此 制得的粉体的粒粒度就越小，对于溶液体系，如果采取一定的措施， 加快成核速度，即在相对较短的时间内形成相对较多的晶核，由于在 成核过程中溶质被大量消耗，在生长过程所提供的溶质就会相对减少， 那么可以使产物的晶粒粒度减少。
• 除去溶剂：使聚合产物的浓度增大，当存在一定程度的交联时，发 生溶胶-凝胶的转变，粘度突然增大。
• 用酸或碱催化以促进水解和缩聚反响的发生。
材料合成与制备 课件
2、应变退火法生长晶体
（1）应变退火法制备铝单晶 （2）应变退火法制备铜单晶 （3）应变退火法制备铁晶体
烧结就是粉末或压坯在低于主要组分熔点 温度下加热，使颗粒间产生连接，以提高制品 性能的方法。
烧结过程中晶粒长大的推动力主要是由 残余应变、反向应变和晶粒维度效应等因素 影响。 烧结仅用于非金属材料中的晶粒长大。
①特定结构的坩埚； 用于制作坩埚的材料通常是派拉克斯玻璃、外 科尔玻璃、石英玻璃、氧化铝、贵金属或石墨材 料。 ②热梯度炉体； ③程序控温设备； ④坩埚传动设备。
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。
晶体生长的几何淘汰示意图
若有许多呈不同取向的
1.2.1 定向凝固法（坩埚下降法）
1925年，布里奇曼（Bridgman）提出通过 控制过冷度定向凝固已获得单晶的方法； 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。
定向凝固技术原理：
（1）长大的驱动力
驱动力来自总界面能的下 降。晶粒长大是通过晶界迁 移来实现。
晶界移动的驱动力属于化 学力。化学力的来源是系统 自由能的降低。具体讲有两 种情况： 相邻晶粒的能量差 界面曲率
铝晶粒长大的晶界迁移 1 — 迁移前晶界位臵 2 — 迁移后晶界位臵
晶粒的正常长大（即均匀长大）
（2）晶界迁移的规律 若晶粒长大到一定程度，晶界可变为平直状，晶界 迁移便趋停止。因此，再结晶后的晶粒长大有一定 的限度，不会无限粗化。 a. 弯曲晶界总是趋向于平直化即晶界向曲率中心移 动，以减少表面积，
材料的合成与制备PPT课件
Al2O3， Si3N4 GaP、 GaAs GaAsP
SnO2,In2O3
(Pb，La)(Zr， Ti)O3
玻璃纤维
第3页/共57页
7.1.1 固体反应与制陶过程
1．固体反应一般原理 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℃。这表明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。 下面我们以1：1摩尔比的MgO和Al2O3的混合物反应生成尖晶石为例来 讨论固体反应过程的影响因素。
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。图7.1给出氧化镁和氧化铝反应生成尖晶石过程的示
意图。由图7.1(a)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
1．共沉淀法 设计所要合成的固体的成分，以其可溶性盐配成确定比例的溶 液，选择合适的沉淀剂，共沉淀得到固体。有时共沉淀颗粒细小， 混合均一化程度更高。我们仍以合成ZnFe2O4尖晶石为例，可采取 锌和铁的草酸盐为反应物，以1：1的锌和铁盐配成水溶液，沉淀为 草酸盐，加热、除去水分，得到固体细粉。将沉淀焙烧，得到均一 化很高的产物。反应温度可以加的很高。
第5页/共57页
（ a）
SnO2,In2O3
(Pb，La)(Zr， Ti)O3
玻璃纤维
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7.1.1 固体反应与制陶过程
1．固体反应一般原理 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℃。这表明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。 下面我们以1：1摩尔比的MgO和Al2O3的混合物反应生成尖晶石为例来 讨论固体反应过程的影响因素。
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。图7.1给出氧化镁和氧化铝反应生成尖晶石过程的示
意图。由图7.1(a)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
1．共沉淀法 设计所要合成的固体的成分，以其可溶性盐配成确定比例的溶 液，选择合适的沉淀剂，共沉淀得到固体。有时共沉淀颗粒细小， 混合均一化程度更高。我们仍以合成ZnFe2O4尖晶石为例，可采取 锌和铁的草酸盐为反应物，以1：1的锌和铁盐配成水溶液，沉淀为 草酸盐，加热、除去水分，得到固体细粉。将沉淀焙烧，得到均一 化很高的产物。反应温度可以加的很高。
第5页/共57页
（ a）
《材料合成与制备》课件
化学法
化学法主要包括化学气相沉积、 溶胶-凝胶法、水热法等技术。
化学气相沉积技术是利用气体反 应物在固体表面上发生化学反应 并生成固态沉积物的过程。
溶胶-凝胶法是通过溶液中的化学 反应制备出溶胶，然后将其转化 为凝胶，再经过干燥和热处理得 到目标材料。
化学法是通过化学反应将元素或 化合物转化为目标材料的技术， 其优点在于可以合成出结构复杂 、性能优异的材料。
详细描述
随着科技的发展，人类对材料性能的要求越来越高，因此需要不断探索新的材 料合成与制备方法。这些方法不仅有助于提高材料的性能和稳定性，还能降低 生产成本，为人类社会的发展提供重要的支撑。
材料合成与制备的分类
总结词
材料合成与制备可以根据不同的分类标准进行分类，如按合成方法、材料类型、应用领 域等。
化学气相沉积法
总结词
通过化学反应使气态物质在固态基体表面沉积，以制 备薄膜材料的方法。
详细描述
化学气相沉积法是一种先进的材料制备技术，适用于制 备陶瓷、金属化合物等薄膜材料。在化学气相沉积法中 ，气态物质在固态基体表面发生化学反应，生成所需的 固态物质并沉积在基体表面，形成连续的薄膜。化学气 相沉积法制备的材料具有较高的纯度和致密性，且制备 过程具有较高的灵活性和可控制性。但设备成本较高， 且对于某些高分子材料而言，需要解决化学气相沉积过 程中发生的化学反应和副产物的控制问题。
的重点。
技术创新与挑战
01
新的合成方法
随着新材料需求的不断增长，探索新的合成方法成为关键。例如，化学
气相沉积、溶胶-凝胶法、微波合成等新技术的应用，为材料合成提供
了更多可能性。
02
绿色合成技术
随着环保意识的提高，绿色合成技术成为研究的热点。通过无毒或低毒
材料合成与制备方法 复习43页PPT
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
材料合成与制备方法 复习
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
材料合成与制备方法 复习
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。