无机合成化学- 合成晶体-PPT演示文稿
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无机合成化学5合成晶体

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重要的晶体
• 宝石晶体 有极高的硬度、稳定性好、奇特的星彩闪光或 艳丽颜色的晶体,是大家所熟悉的宝石晶体。
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重要的晶体
• 光折变晶体 当外界微弱的光照到这种晶体上时,晶体的折射率会发 生变化,形成极为特殊的折射率光栅。 可在3cm3的体积中存储5000幅不同的图像,并可以迅 速显示其中任意一幅; 可把微弱的图像亮度增强1000倍; 可精密地探测出小得只有10-7米的距离改变; 可使畸变得无法辨认的图像清晰如初; 可滤去静止不变的图像,专门跟踪刚发生的图像改变; 还可以模拟人脑的联想思维能力。
粒子在三维空间按一定的规则进行排列,形成空 间点阵结构时,就形成了晶体。因此,具有空间 点阵结构的固体就叫晶体 。 • 晶体又有单晶体和多晶体之分。单晶体就是由同 一空间点阵结构贯穿晶体而成的;而多晶体却没 有这种能贯穿整个晶体的结构,它是由许多单晶 体以随机的取向结合起来的。
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• 闪烁晶体 具有闪烁效应的晶体.广泛用于测量核辐射能 量,20世纪80年代中,用坩埚下降法生长的大 尺寸锗酸铋晶体,取代掺铊的碘化钠晶体,成 为性能最佳的闪烁晶体,其他如氟化钡、氟化 铈、氟化铅等正在研制中。
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• 磁光晶体 具有较大的纯法拉第效应,对使用波长的吸收系 数低,磁化强度和磁导率高,用于制作光隔离器、 光非互易元件、磁光存储器及磁光调制器等。
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晶体的分析
• 1669 • 1848 • 1885 • 1895 • 1912 • 1914 • 1927
• 1931
N. Steno A. Bravias Fedrov W. C. Roentgen M. von Laue Bragg父子 C. J. Davisson G. P. Thomson E. Ruska
第二讲 无机材料的制备化学ppt课件

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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]
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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)
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。
《无机合成》幻灯片PPT

第二节 离子交换别离方法
2.2 离子交换剂及其分类
凡具有离子交换能力的物质,一般都称为离子交换剂。 离子交换剂的分类
第二节 离子交换别离方法
2.2 离子交换剂及其分类
无机离子交换剂
最早使用的粘土、泡沸石及人工合成沸石等无机离子交换剂的交 换容量小,机械强度差,且对氢离子比较敏感,应用范围存在很大局 限性。近期人们研制出磷酸锆、钨酸锆、磷酸锡、锑酸锡,磷钼酸等 杂多酸及水合氧化锆、氯氧化锆等具有耐高温、耐辐射、选择性高、 交换能力强的新型无机交换剂,为无机离子交换剂开辟了新的应用领 域。
磷酸锆系列已用于海水提取K+和Cs+,别离Cu2+、Ag+、Au3+三 种离子及核燃料中提纯铀和钚。
第二节 离子交换别离方法2. Nhomakorabea 离子交换剂及其分类
离子交换树脂的性质
交换容量:每克干树脂能够交换离子的毫摩尔数称交换容量。 交联度:离子交换树脂的母体是具有立体网状构造的高聚物,在 制备交换树脂的过程中参加交联剂,骨架中交联剂的原料在树脂 总重量中所占的百分数,称为树脂的交联度。
1 加料漏斗 2 交换柱 3 溶液导出管 4 承受瓶 5 玻璃棉
第二节 离子交换别离方法
2.4 离子交换法别离提纯例如
制备高纯CsCl
我国某厂在制备高纯CsCl过程中为去除CsCl中的碱金属等杂质, 曾将含杂质的 CsCl溶液吸附在强酸性阳离子交换柱上,然后用 4mo/L 高纯HCl淋洗。这样,水合半径比Cs+小的碱金属离子首先被淋洗下来, 而Cs+那么被最后淋洗,从而依Na+、K+、Rb+、Cs+的顺序淋出,可 制得高纯的CsCl。
第二节 离子交换别离方法
几种典型的无机化合物的合成 118页PPT文档

从广义上来说,夹心配合物需符 合以下两个条件:
(1)分子中必须有两个CnHn环;
(2)金属原子处于环的n重对称轴 上,等价地与环中所有的碳原子 结合。ຫໍສະໝຸດ 一、二茂铁的性能、结构与成键
1.性质和应用
物理性质
二茂铁(Ferrocene) 桔红色固体,易升华 ,熔点446K。隔绝空气加热至773K都 不分解,是稳定的共价化合物。不溶于 水,能溶于乙醇、乙醚和苯等有机溶剂 。反磁性,但易被氧化成顺磁性 [Fe(C5H5)2]+。
(2)取代反应
羰基化合物普遍而最重要的一类反应,即羰基配合 物中的CO易被其他的配体如PPh3、PX3、R2S或一些 不饱和的有机化合物如C6H6、C5H5-等所取代。取代 反应完全符合EAN规则。所有这些配体或配位原子都 具有空的轨道可接受过渡金属原子的d电子而形成反 馈键。
Ni(CO)4 + PPh3 Ni(CO)3(PPh3) + CO Cr(CO)6 + C6H6 Cr(CO)3(C6H6) + 3CO
18电子规则的理论依据
从分子轨道理论看,过渡金属原子的9个价层轨道, 与配体轨道组合最多可得到9个成键分子轨道和9个 反键分子轨道。当9个成键分子轨道都填满电子时, 对降低体系能量最为有利。如有过多的电子,则要 填入反键轨道,显然体系是不稳定的,这就是18电 子规则的分子轨道理论依据。
对于平面正方形的金属有机化合物,虽只进行四配 位,但由于dz2是非键轨道,所以价电子数等于16也 是相当稳定的。
配键和反馈配键是同时形成的,由 于形成反馈键,可将配键给予中心 原子的过多负电荷取走;另一方面,因 形成配键而使中心原子聚集起来的过 多的负电荷也促进了反馈键的形成
2.5 无机化合物晶体结构——材料科学基础课件PPT

两个四面体间的距离,共用一个顶点时为1,则共棱和共面 时分别为0.58和0.33; 八面体的情况下,分别为1、0.71和0.58。
库仑定律,同种电荷间的斥力与其距离的平方成反比,导致 离子间的库仑斥力增加,结构稳定性下降。
7
四、不同种类一种以上正离子的离子晶体 中,一些电价较高,配位数较低的正离子配位多面体之间, 有尽量互不结合的趋势。”
电价规则用途之二:判断共用一个顶点的多面体的数目
利用这一规则可以推测得出:O2-能够在两个SiO4四面体之间, 而CO32-、NO3-、PO43-、SO42-和ClO4-等在晶体中是一些孤立的 离子团。
对于SiO4
S Z 4 1 n4
氧的剩余电价为2-1=1, 刚好还可以与一个Si相连。
对于SO42-
1
Ball-and-stick and bined polyhedral/ball-and-stick representation for [As6Fe7Mo22O98]25-
二、电价规则——鲍林第二规则
在一个稳定的离子晶体结构中,每一个负离子电荷数Z-等 于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度 的总和,其偏差≤1/4价。
MgTe 0.37 BeO 0.26 BeS 0.20 BeSe 0.18
BeTe 0.17
10
(1) CsCl型结构
离子晶体结构中最简单的一种,属立 方晶系简单立方点阵。
Cs+ 和 Cl- 半 径 之 比 为 0.169nm/0.181 nm=0.933,Cl-离子构成正六面体, Cs+在其中心。
Cs+和Cl-的配位数均为8,多面体共面 连接,一个晶胞内含Cs+和Cl-各一个。 属于此类结构的有CsBr, CsI。
库仑定律,同种电荷间的斥力与其距离的平方成反比,导致 离子间的库仑斥力增加,结构稳定性下降。
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四、不同种类一种以上正离子的离子晶体 中,一些电价较高,配位数较低的正离子配位多面体之间, 有尽量互不结合的趋势。”
电价规则用途之二:判断共用一个顶点的多面体的数目
利用这一规则可以推测得出:O2-能够在两个SiO4四面体之间, 而CO32-、NO3-、PO43-、SO42-和ClO4-等在晶体中是一些孤立的 离子团。
对于SiO4
S Z 4 1 n4
氧的剩余电价为2-1=1, 刚好还可以与一个Si相连。
对于SO42-
1
Ball-and-stick and bined polyhedral/ball-and-stick representation for [As6Fe7Mo22O98]25-
二、电价规则——鲍林第二规则
在一个稳定的离子晶体结构中,每一个负离子电荷数Z-等 于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度 的总和,其偏差≤1/4价。
MgTe 0.37 BeO 0.26 BeS 0.20 BeSe 0.18
BeTe 0.17
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(1) CsCl型结构
离子晶体结构中最简单的一种,属立 方晶系简单立方点阵。
Cs+ 和 Cl- 半 径 之 比 为 0.169nm/0.181 nm=0.933,Cl-离子构成正六面体, Cs+在其中心。
Cs+和Cl-的配位数均为8,多面体共面 连接,一个晶胞内含Cs+和Cl-各一个。 属于此类结构的有CsBr, CsI。
无机盐生产-结晶ppt课件

结晶过程:固体物质以晶体状态从蒸汽、 溶液或熔融物中析出的过程。
精品课件
5
结晶与沉淀的区别
➢ 沉淀可分为晶形沉淀和非晶形沉淀两大 类型。
➢ 晶形沉淀内部排列较规则,结构 紧密, 颗粒较大,易于沉降和过滤;非晶形沉 淀颗粒很小,没有明显的晶格,排列杂 乱,结构疏松,易吸附杂质,难以过滤. 结晶的纯度远高于沉淀。
精品课件
27
第二节 溶液(三)溶液的过饱和
➢ 饱和溶液:当溶液中溶质浓度等于该溶质 在同等条件下的饱和溶解度时,该溶液称 为饱和溶液;
➢ 过饱和溶液:溶质浓度超过饱和溶解度时, 该溶液称之为过饱和溶液;
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28
结晶形成必要条件:
➢ 溶质只有在过饱和溶液中才能析出;要使溶 质从溶液中结晶出来,必有设法产生一定的 过饱和度作为推动力。
精品课件
34
第二节 溶液(五)过饱和溶液的形成方 法
(1) 冷却(等溶剂结晶) :适用于溶解度随温度升 高而增加的体系;同时,溶解度随温度变化的幅 度要适中;
(2) 溶剂蒸发(等温结晶法) :适用于溶解度随温 度降低变化不大的体系,或随温度升高溶解度降 低的体系;
(3) 改变溶剂性质
(4) 化学反应产生低溶解度物质:加入反应剂产生 新物质,当该新物质的溶解度超过饱和溶解度时 ,即有晶体析出;
1. 分子量较大、组成较复杂、含有结晶水 的化合物易于形成稳定的过饱和溶液:
2. 溶解度小的物质形成的过饱和溶液的稳 定性较高如 CaS04、CaC03等物质的溶液 能长期持介稳状态而不发生相变;
3. 过饱和溶液的稳定性随温度升高而降低 ;
4. 在搅拌条件下,介稳区宽度变窄
5. 不溶性杂质的存在能够降低均相体系的 相变自由能,从而使过饱和溶液的稳定 性下降。
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5
结晶与沉淀的区别
➢ 沉淀可分为晶形沉淀和非晶形沉淀两大 类型。
➢ 晶形沉淀内部排列较规则,结构 紧密, 颗粒较大,易于沉降和过滤;非晶形沉 淀颗粒很小,没有明显的晶格,排列杂 乱,结构疏松,易吸附杂质,难以过滤. 结晶的纯度远高于沉淀。
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27
第二节 溶液(三)溶液的过饱和
➢ 饱和溶液:当溶液中溶质浓度等于该溶质 在同等条件下的饱和溶解度时,该溶液称 为饱和溶液;
➢ 过饱和溶液:溶质浓度超过饱和溶解度时, 该溶液称之为过饱和溶液;
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28
结晶形成必要条件:
➢ 溶质只有在过饱和溶液中才能析出;要使溶 质从溶液中结晶出来,必有设法产生一定的 过饱和度作为推动力。
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第二节 溶液(五)过饱和溶液的形成方 法
(1) 冷却(等溶剂结晶) :适用于溶解度随温度升 高而增加的体系;同时,溶解度随温度变化的幅 度要适中;
(2) 溶剂蒸发(等温结晶法) :适用于溶解度随温 度降低变化不大的体系,或随温度升高溶解度降 低的体系;
(3) 改变溶剂性质
(4) 化学反应产生低溶解度物质:加入反应剂产生 新物质,当该新物质的溶解度超过饱和溶解度时 ,即有晶体析出;
1. 分子量较大、组成较复杂、含有结晶水 的化合物易于形成稳定的过饱和溶液:
2. 溶解度小的物质形成的过饱和溶液的稳 定性较高如 CaS04、CaC03等物质的溶液 能长期持介稳状态而不发生相变;
3. 过饱和溶液的稳定性随温度升高而降低 ;
4. 在搅拌条件下,介稳区宽度变窄
5. 不溶性杂质的存在能够降低均相体系的 相变自由能,从而使过饱和溶液的稳定 性下降。
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水热法是一种在高温高压下从过饱和水溶液中进行结晶的 方法。
表征: X射线结构分析
在电磁波谱中,X射线的波长范围为0.005~10nm
射线
一张粉末衍射图能提供哪些信息?
获得材料成分、内部原子或分子的结构或形态等信息
随堂测试:
1.详述先进陶瓷的制备工艺流程。
2.详述晶体生长理论(层生长理论和螺旋生长理论)。
晶体的生长基础
相变过程和结晶的驱动力
• 晶体的形成是在一定热力学条件下发生的物质相变过 程,它可分为成核和晶体生长两个阶段。晶体生长又 包括两个基本过程,即界面过程和运输过程。
• 晶体的形成过程是物质由其它聚集态即气态、液态、 固态(包括非晶态和其它晶相)向特定晶态转变的过 程,其实质是相变过程。
熔融法
提拉法是被普遍采用 的晶体生长方法。在 一定温度场、提拉速 度和旋转速度下,熔 体通过籽晶生长,形 成一定尺寸的单晶。
水平区熔法:主要用于材料的物理提纯,但也常用于生长晶体。 生长晶体时,首先将原料烧结或压制成棒状,固定两端,然后 移动原料棒或加热高频线圈,使得只有受加热的部分熔融,而 绝大部分材料处于固态。随着熔区沿着原料棒由一端向另一端 缓慢移动,晶体就慢慢生长,并慢慢冷却直至完成生长过程。
石英的带状构造
晶体由小长大,许多晶面向外平行移动的轨迹 形成以晶体中心为顶点的锥状体称为生长锥或 砂钟状构造。
螺旋生长理论
合成晶体的方法和技术
人工晶体的制备实际上就是把组成晶体的基元(原子、 分子或离子)解离后又重新使它们组合的过程。按照晶体 组分解离手段的不同,人工晶体的制备有三大类。 气相法--使晶体原料蒸发或挥发,包含有化学气相沉积、 升华法、气相外延技术,化学气相运输法等。
指不考虑外来质点或表面的影响,在一个体系中各个地方成核 的概率均相等,称为均匀成核。
真正均匀成核很少遇见,在实际晶体生长中,经常有不均匀部 位存在,这种在相界表面(外来质点、容器壁及原有晶体表面) 上形成晶核称为不均匀成核作用。
粗糙表面上非均匀成核
层状生长理论
层生长理论态演示
晶体常生长成为面平、棱直的多面体形态。 在晶体生长的过程中,环境可能有所变化,不 同时刻生成的晶体在物性(如颜色)和成分等方 面可能有细微的变化,因而在晶体的断面上常 常可以看到带状构造。它表明晶面是平行向外 推移生长的。 由于晶面是向外平行推移生长的,所以同种矿 物对应晶面间的夹角不变。
合成晶体
主要内容
• 晶体概述 • 晶体的生长基础 • 晶体的合成
什么是晶体?
• 晶体的一般定义为:具有格子构造的固体,或指内部质点 (原子、分子或离子)在三维空间周期性地重复排列构成 的固体物质。
• 晶体又有单晶体和多晶体之分。 • 单晶体就是由同一空间点阵结构贯穿整个晶体而成的; • 而多晶体却没有这种能贯穿整个晶体的结构,它是由许多
➢ 最小内能 :在相同的热力学条件下晶体与同种物质的非 晶体、液体、气体相比较,其内能最小。
➢ 稳定性 :晶体由于有最小内能,因而结晶状态是一个相 对稳定的状态。这就是晶体的稳定性。
天然晶体的不足
第四,天然晶体不具备合成晶体的某些功能。
KDP(磷酸二氢钾)晶体
人工晶体的分类
人工晶体的分类: 人工晶体按照功能不同,可粗略分为半 导体晶体,激光晶体,非线性光学晶体,光折变晶体,闪 烁晶体,电光、磁光、声光调制晶体,压电晶体,红外探 测晶体,光学晶体,双折射晶体,宝石晶体与超硬晶体, 等十二类。
升华法是气相法生长晶 体的一种,是在高温区 将材料升华,然后输送 到冷凝区,使其成为饱 和蒸气,经过冷凝成核 而长为晶体。其装置示 意图如图所示。
升华法生长速度较慢,主要应用于生长小块晶体 ,薄膜和晶须等。
为了得到完整性好的晶体,需要调节好扩散速度
对于易于氧化的原料,需要加惰性气体保护,升 华室一般都充有氮气或氩气等
冷坩埚法,如人工合成氧化锆。因为氧化锆的熔点高 (~2700℃),找不到合适的坩埚材料。此时,用原 料本身作为“坩埚”进行生长 。
主要流程:
加入ZrO2粉末和掺杂的离子—加热—持续熔化数小时— 逐渐降温冷却—退火
溶液法
水溶液法的基本原理是将原料 (溶质)溶解在水中,采取适 当的措施造成溶液的过饱和状 态,使晶体在其中生长。
• 结晶过程是在热力学驱动下非平衡相变过程。
相变过程和结晶的驱动力
• 气相生长 • 熔体生长 • 溶液生长
气相生长
当蒸气压到达过饱和状态时,体系才能由气相转变为晶 相。驱动力是蒸气压的过饱和度。
熔体生长
对于结晶过程ΔH小于零,为使反应自发进行,T必须 小于Te 。
过冷度ΔT即Te - T,为其熔体生长过程的驱动力。
熔融法--使晶体原料完全熔化,包含有提拉法、坩埚 相对移动法、区熔法、基座法、冷坩埚法与焰熔法等。 溶液法--使晶体原料溶解在溶液中,具体包含有水 溶液法、水热法与助熔剂法。水溶液法在常压下生长 晶体,温度约为八、九十摄氏度;水热法是在高温高 压下生长;而助熔剂法则是在常压高温下生长晶体。
气相法
溶液生长
Δ G =RTlnco/c
当溶液处于过饱和状态时,体系才能由液相转变为晶相。 驱动力是溶液的过饱和度。
晶体的生长
这时由于温度或浓度的局部变化,外部撞击,或一些杂质粒 子的影响,都会导致体系中出现局部过饱和度、过冷却度较高的 区域,使结晶粒子的大小达到临界值以上。这种形成结晶微粒子 的作用称之为成核作用。
单晶体以随机的取向结合起来的。 特征: • 自发形成规则的几何多面体的外形 • 具有固定的熔点(固体受热变成液体的温度) • 物理性质随方向不同(各向异性)
单晶体和非晶体的区别
晶体的基本性质(通性)
➢ 自范性:自范性是指晶体在适当条件下可以自发地形成几何 多面体的性质。
➢ 均一性(均匀性):同一晶体的不同部分其物理化学性质完 全相同。具有空间平移不变性。晶体是绝对均一性,非晶态 是统计的平均近似均一性。
➢ 各向异性:同一格子构造中,在不同方向上质点排列一般是 不同的,因此,晶体的性质也随方向的不同而有所差异,这就 是晶体的异向性。如,蓝晶石的不同方向上硬度不同。
➢ 对称性:在晶体的外形上,也常有相等的晶面、晶棱和角 顶重复出现。这种相同的性质在不同的方向或位置上作有 规律地重复,就是对称性。晶体的格子构造本身就是质点 重复规律的体现。