无机合成制备技术

1.高温合成（怎么获得高温，电阻发热材料有哪些，测量高温仪器，使用电阻发热体注意事项？）

①高温获得的方法电阻炉是最常用的加热炉，优点是设备简单、温度控制精确

②几种重要的电阻发热材料 a.石墨发热体：在真空下可以获得相当高的温度（2500℃），但吸附、和周围气体结合形成挥发性物质，使加热物质污染，石墨本身在使用中损耗。b.金属发热体：在真空和还原性气氛下，钽、钨、钼适用产生高温（1650~1700℃）。在惰性气氛下钨管的工作温度可达3200℃。c.氧化物发热体：氧化物发热体是最理想的加热材料，但存在发热体和通电导线连接问题。

③使用电阻发热体注意事项根据不同的需要选择发热体、数目设计电阻炉；氧化物发热体的电阻温度系数是负的；若各发热体并联使用，其中的发热体电阻值不同，电阻稍低的发热体会产生更多热量，被烧毁。因此，每个发热体尽量分开使用。例如：高温箱式电阻炉、碳化硅电炉、碳管炉、钨管炉、感应炉、电弧炉④测温仪表的主要类型：接触式：膨胀式温度计：液体、固体；压力表式温度计：充液体、冲气体；热电阻式：铂热、铜热、半导体热敏；热电偶：铂铑－铂、镍铬－镍硅（镍铝）、镍铬－康铜；非接触式：光学高温计、辐射高温计、比色高温计

⑤热电偶高温计优缺点及注意事项

热电偶高温计：①体积小、重量轻、结构简单、易装配维护、使用方便②热惰性很小、热感度良好③可与被测量物体直接接触，不受环境介质影响，误差可控制在预期范围内④测量范围较广2000℃左右⑤测量信号可远距离传送，能自动记录和集中管理⑥注意环境气氛⑦避免侵蚀、污染和电磁干扰⑧不能在较高温度环境中长时间工作

光学高温计：①利用受热体的单波辐射强度随温度升高而增加原理进行高温测量。

②不须与被测物质接触，不影响被测物质的温度场③测量温度高，范围广，７００～６０００℃④精确度高，±１０℃⑤使用简便、测量迅速

⑥还原剂的选择:根据G-T图选择还原能力强的金属；容易处理；不能和生成的金属形成合金；可以制得高纯度金属；副产物容易和制备的金属分离；成本尽可能低

2.高温下的固相反应

固相反应的机制和特点：该反应从热力学角度讲完全可以进行，但实际上在１２００℃下几乎不能进行，在１５００℃下反应须数天才能完成。

影响该反应的主要因素①反应物固体表面积和反应物间接触面积②生成物相的成核速率③相界面间特别是通过生成物相层的离子扩散速率

固相反应合成的几个问题①反应物固体的表面积和接触面积②固体反应物的反应性③固相反应产物的性质

3.低温合成与分离

低温测量：低温热电偶、电阻温度计、蒸汽压温度计

低温控制：恒温冷浴、低温恒温器

温度计的选择：测温范围、要求精度、稳定性、热循环重复性、对磁场的敏感度、布线和读数设备等费用

4.真空的获得与测量

真空获得：①粗真空105~103Pa水泵、机械泵②低真空.103~10-1Pa机械泵、油或机械增压泵、冷凝泵. ③高真空10-1~10-6Pa扩散泵、吸气剂离子泵④超高真空10-6~10-12Pa扩散泵加阱、吸气剂离子泵、涡轮分子泵⑤极高真空 <10-12Pa深冷泵、扩散泵加阱

真空测量：测量真空度的量具称为真空计或真空规。真空规分为两类：

1、绝对规：直接测量压强

2、相对规：测量与压强有关的物理量，压强刻度需绝对规进行校正

常用的真空装置一般包括：真空泵、真空测量和具体的管路、仪器。真空装置中阀门是必不可少的，其作用是调节气体流量和切断气流通路，选择和配置对系统真空度有直接影响。

5.水热与溶剂热合成

概念：水热与溶剂热合成是指在一定温度（100~1000℃）和压强（1~100MPa）条件下利用溶液中物质化学反应所进行的合成。

合成程序：①选择反应物料②确定合成物料的配方③配料程序探索，混合搅拌④装釜，封釜⑤确定反应时间、温度、状态（动或静态）⑥取釜，冷却⑦开釜，取样⑧过滤，干燥⑨分析

合成特点：①由于在水热与溶剂条件下反应物反应性能的改变、活性的提高，水热与溶剂热合成方法有可能替代固相反应及难于进行的合成反应，形成一系列新的合成方法。②由于在水热与溶剂条件下中间态、介稳态和特殊物相易于生成，可合成开发新合成产物。③能够使低熔点化合物、高蒸汽压且不能在融体中生成的物质、高温分解相在水热与溶剂热低温条件下晶化生成。④水热与溶剂条件的低温、等压、溶液条件，有利于生长极少缺陷、取向好、完美晶体，合成产物的结晶度高，晶体的粒度易控制。⑤由于可调节水热与溶剂条件下的环境气氛，有利于低价态、中间价态和特殊价态化合物的生成，能均匀掺杂。

控制系统：温度控制、压力控制、密封控制

表征方法：传统的水热或溶剂热反应的表征方法是快速终止反应后，应用光学等物理手段测试体系或产物的变化和结构。

介稳材料的合成（合成介稳材料的方法是水热合成和溶剂热合成）

沸石分子筛微孔晶体的应用从传统的催化、吸附、离子交换，向量子电子学、非线性光学、化学选择传感、信息储存与处理、能量储存与交换、环境保护以及生命科学领域扩展。

水热与溶剂热合成技术：高压容器是进行高温高压水热实验的基本设备；在材料

上，要求机械强度大、耐高温、耐腐蚀和易加工；在容器设计上，要求结构简单，便于开装和清洗，密封严密，安全可靠。

6.溶剂水的性质（超临界水：超临界温度374℃、超临界压强22.1MP）

高温加压下水热反应的特征①使重要的离子间反应加速②水解反应加剧③氧化还原电势明显变化

高温高压水热体系水性质①蒸汽压变高②密度变低③表面张力变低④粘度变低⑥离子积变高。

在高温高压水热条件下，常温不溶于水的物质的反应，也可诱发离子反应或促进反应。反应加剧的原因是水的电离常数的增加。

3.高温高压水的作用：①作为化学组分起化学反应②反应和重排的促进剂③起压力传递介质作用④起低熔点物质的作用⑤提高物质的溶解度⑥无毒⑦有时与容器反应

有机溶剂的性质标度有机溶剂为反应提供场所，使反应物溶解或部分溶解，生成溶剂化合物，溶剂化过程影响化学反应速率，在合成体系中改变反应物活性物种在液相中的浓度、解离程度、聚合态分布，从而改变反应过程。

七．石英的压电效应

1.压电效应是当某些电介晶体在外力作用下发生形变时，它的某些表面会出现电荷积累

2.石英的生长机制

①培养基石英溶解：

②溶解的SiO2向籽晶上生长：溶质离子的活化

NaSi

3O

7

-+H

2

O=Si

3

O

6

-+Na++2OH- NaSi

3

O

5

-+H

2

O=Si

2

O

4

-+Na++2OH-

生长体表面活性中心的吸引，穿过生长表面的扩散层沉降到石英体表面

3.影响石英晶体生长的因素（简答）：

①温度 dlnv/dT=C/RT2 T↑.V↑②压强：是原始填充度、温度和温差的函数。提高压强生长速率加快。填充度↑压强↑V↑③过饱和度v=k

v

S（矿化剂和水的用量改变）

在高温条件下，相应地提高填充度和溶液的碱度可提高晶体的完整度

超临界体系中的反应特点及表征：①完全溶解有机物②完全溶解空气或氧气③完全溶解气相反应的产物④对无机物溶解度不高

八、溶胶-凝胶合成法

溶胶-凝胶合成是近期发展起来的能替代高温固相合成反应制备陶瓷、玻璃和许多固体材料的方法。溶胶-凝胶法（sol-gel）是以无机盐或金属醇盐作前驱体在液相下均匀混合，并进行水解、缩合反应，形成稳定的溶胶体系，经放置，胶粒间缓慢聚合，形成三维网络结构的凝胶，借助于蒸发或萃取除去其中所含的液体介质。

溶胶—凝胶(sol-gel)合成优点（特点）

通过各种反应物溶液的混合，很容易获得需要的均相多组分体系；对材料制备所需温度可大幅度降低，从而能在较温和条件下合成出陶瓷、玻璃、纳米复合材料等功能材料；由于溶胶的前驱体可以提纯而且溶胶—凝胶过程能在低温下可控制的进行，因而可制备高纯或超纯物质，且可避免在高温下对反应容器的污染等问题；溶胶或凝胶的流变性质有利于通过某种技术如喷射、旋涂、浸拉、涅质等制