材料制备

特点（作用时间长） 静高压：由油压机获得，温度压力分开控制，能获得长时间压力的 控制
动高压 产生 爆炸、强放电等产生的冲击波瞬间作用在物体上，使物体内部产生 几十GPA甚至上千GPa的压力
特点（压强大）
压强大，利用爆炸、强放电获得温度压力同时产生，往往是一瞬间 的。
区别 老师总结：动态高压产生的压强大，静态高压的作用时间长，动态高压 和高温并存，静态高压的温度和压力由两个独立系统分别控制，动态高 压不需超硬合金和复杂的机械装置且压强测量精确。
晶体内部质点迁移的主要方式， 但当晶体结构比较开放或间隙原子比格 点原子小得多时， 间隙扩散将占优势。 共价键的方向性和饱和性虽然 使其配位数较低， 空间利用率低， 结构较开放， 但由于成键方向性的 限制其间隙扩散的扩散活化能并不低。
内因：结构缺陷 晶界﹑表面等结构缺陷对扩散的影响：由于晶界和表面质点的排列偏离 了理想点阵，因此，晶界和表面处质点迁移所需的活化能较低，扩散系 数大于晶格扩散。晶界、位错都是扩散的快速通道。
PPT：体积小、重量轻、结构简单、易于装配维护、使用方便、热惰性小、 热感度良好，直接与被测物接触可排除环境介质的影响，准确度高，信号可 远距离传送，便于仪表迅速显示和自动记录及自动控制。
非接触式： 辐射（光学）温度计 上课讲的：优点，不接触反应体系，不影响反应体系温度场变化 PPT：不需要接触被测物体，不会影响被测物的温度场，精确度较 高，简便，测温迅速。
材料制备
无机材料合成中的基本理论
材料化学热力学
材料热力学 溶解热、相变热
产物稳定性和生成序
溶解热、相变热 溶解热注意：所有最后的得到的1mol物质都是相同的溶剂体系 相变热：晶型转换、熔化热与结晶热、气化热与升华热
产物稳定性和生成序 奥斯特法则：稳定性顺序和生成顺序相反 米德洛夫-别托杨规则 ：生成顺序与稳定顺序一致
高压技术
高压反应 定义
获得
（重点）作用
高压合成技术定义：是指利用外加的高压力，使物质产生多型相变或发生不同物 质间的化合，而得到新相、新化合物或新材料。通常从1~10MPa称为低压力合 成，1GPa以上的称为高压合成。 获得：（主要内容）区分静高压和动高压，知道如何产生，区别。
静态高压 产生 压低：油压机、金刚石对顶砧
（重点）作用 老师总结：高压有利于高密度、高配位数的形成，压力对于阴离子和阳离子 半径的不同影响有利于掺杂，抑制合成温度下生成物的挥发和分解，提高熔 点。 1、改变距离、作用力。引起原子核壳层结构和电子组态变化（原子层次）
2、距离短，键长键能发生变化，引起结构改变，化合价的改变，新的相态（分 子层次） 3、可能由晶体到非晶，结构改变（物质结构）
影响固相反应的因素 扩散因素 固相反应的速度常数和颗粒半径的平方成反比，颗粒尺寸R0↓，反应速 率常数K↑。 原因：①颗粒尺寸小，比表面积大，反应界面和扩散截面积 ↑，K↑。②颗粒尺寸愈小，弱键比例↑，扩散速度和反应速度↑。 问题：为什么？颗粒大小，颗粒越小速度越快 颗粒小，接触几率高，比表面积大，反应界面和扩散截面积↑，K↑ 颗粒小，表面能高，弱键比例升高，反应活性升高，反应速度增快
奥斯特瓦德规则：生成序与稳定序反向一致。随着ΔG 的下降生成速率也下降 ，初 始产物为稳定性最小的产物，进而不稳定的产物依下降的顺序转化为较稳定的产 物。最终所能得到的产物种类与相对含量将取决于转化反应的动力学特征 。 仅当具 备良好的动力学条件时，最终产物为生成速率最慢的最稳定产物。
扩散：物质中原子或分子由于能量升高迁移到邻近位置的 微观过程及由此引起的宏 观现象叫扩散。扩散是个 传质过程。
初级泵 油泵：直接接入反应体系 杆泵：学名，往复式机械泵
次级泵 扩散泵：反向扩散，导致真空度上不去 分子泵
反扩散现象 达不到理论上的真空值 气体分子从底部到顶部扩散 泵油
重点：初级、次级，应用条件 次级不能直接接入
气体净化及气氛控制技术
其他 气氛控制
物质分离
气氛控制 静态混合（直接混合，装配放在瓶里） 动态混合（两个气路，按照要求通入混合）
反应 高温下的固相反应（制陶反应）： 陶瓷材料、金属陶瓷、金属氧化物、复合 氧化物
其他：高温下的固—气反应（金属化合物的H2、 CO或碱金属蒸气还原、金属或 非金属的高温氧化、氯化等 ）、高温化学转移反应（转移气体）、高温熔炼和合 金制备、高温相变及高温下的晶体生长、高温熔盐电解、+等离子体、激光、聚 焦等作用下的超高温合成
高温技术
高温反应 定义
测量
反应
定义： 两种情况。高温合成技术：是指能够在大的容积空间里长时间地保持高达数 千度的温度，以及能够通过各种脉冲技术（如激光脉冲、冲击波、爆炸和放 电等产生短时间的极高温度（可高达106K）。
测量 要求：只需知道特点
接触式：热电偶高温计 上课讲的：体积小，装配简单，实现远程自动化控温
真空技术
真空反应 定义
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真空泵
定义 低于1atm操作就是真空反应 PPT：｛粗真空（1.013×1051.33×103Pa）低真空（1.33×1031.33×10-1Pa） 高真空 （1.33×10-11.33×10-6Pa）超高真空（1.33×10-61.33×10-12Pa） 极高真空（低于 1.33×10-12Pa）｝。
菲克第一定律：在稳态扩散过程中，单位时间内通过单位横截面的质点数目（扩散 流量密度J）正比于扩散质点的浓度梯度（ΔC）。J=-D ΔC，D：扩散系数
扩散动力学：菲克两定律（浓度场下的扩散动力学定量描述方程） 要求：只需要知道作用，什么条件使用 菲克第一定律： 在稳态扩散过程中， 单位时间内通过单位横截面的质点数目（扩散流量 密度J）正比于扩散质点的浓度梯度（ΔC）。J=-D ΔC，D：扩散系数； 气体通过玻璃﹑陶瓷薄片的渗透以及气罐中气体的泄露都 可以看作稳定 扩散。 稳态扩散：不随时间变化 气体透过材料的速率
真空泵 PPT
往复式机械泵： 粗真空，用于一般的减压蒸馏、真空结晶、干燥和真空过 滤，不可抽出腐蚀性强的气体及含有颗粒状灰尘的气体
旋片式机械泵： 泵体浸于真空油中，电机带动与定子不同轴的转子转动 抽气。可在大气压下开始工作，常用作前级泵。注意：不可反转、先通 大气后停泵、不抽易挥发气体，也不能抽水分过多的体系、定期更换泵 油。 涡流分子泵： 获得超高真空。转子和定子装有多层带斜槽的叶片，二者 方向相反，转子高速旋转，气体从斜槽流出抽气。需要前级泵，启动 快，抽速平稳。工作中突然充入空气，不会破坏泵的结构和性能。 扩散泵： 高真空和超高真空。加热的泵油经喷嘴上升至冷却阱冷却回流 同时带走气体分子，进入前级泵。次级泵，装前清洗，足够的工作液 体、装满冷却水，先开水再加热，先停热后停水
2、固相反应包括相界面上的化学反应和相内的物质迁移。参加反应的 固相相 互接触是界面发生化学反应和物质输送的先决条件。
3、固相反应开始的温度远低于熔点温度和低共熔温度。开始温度为物 质显著扩散的温度。即泰曼温度。当反应物之一有晶型转变时，此转变 温度往往是反应开始变得显著的温度。（海德华定律）
固相反应的动力学特征（固相反应基本历程）： 接触 反应 产物层 增厚 产物结构调整 进一步，穿透产物层 PPT原文 1、反应首先在AB的相界面上进行，形成很薄的产物层，产物缺陷多， 结构疏松。 2、产物层结构调整，晶体生长。 3、反应物通过产物层扩 散，使产物层增厚。反应速度不仅取决于化学反应速度，而且受晶格调 整速率﹑晶粒生长速率﹑扩散速率等的影响。 哪个是最主要的影响因 素，它将控制整个反应。
ouster-opposite：都为o
扩散基本理论
扩散基本理论 固体扩散行为及微观机制
菲克两定律 影响扩散的因素
固体扩散行为以及微观机制 特点：各项异性、扩散速率低 扩散的微观机理（迁移方式）有五种：微观迁移的形式 空位扩散：粒子沿空位迁移，空位则反向迁移。 间隙扩散：间隙原子沿晶格间隙迁移。 准间隙迁移：间隙原子迁移到正常结点位置，而把正常 结点位置上的原 子挤到晶格间隙中去。
其他因素 温度： T↑，有利于固相反应。温度对相界面上的化学反应速度的影响 远大于对扩散速度的影响。 压力：对纯固相反应，P↑，有利于固相反应。对伴有液相﹑气相产生的 固相反应，增大压力反而不利于固相反应的进行。 气氛的影响：对非化学计量缺陷浓度有影响，通过改变固体表面吸附， 影响表面活性。
晶体结构与缺陷
晶体缺陷
晶体缺陷 点
线
面
体
要求：只需知道几种缺陷，四种 零维-点缺陷，一维-线缺陷，二维-面缺陷和三维-体缺陷. 点缺陷细分： 热缺陷 组成缺陷 肖特基缺陷（上课讲了-只在离子材料里存在） 阴阳离子同时离开到表面，形成缺陷对 弗仑克尔缺陷（仅阳离子）
电荷缺陷
不要求性质的改变
无机材料合成的基本实验技术
菲克第二定律 非稳态扩散：随时间、位置变化Fick第二定律适用于不稳定扩散。 不稳 定扩散中扩散物质的浓度不仅随位置而变，而且随时间而变。
恒源向半无限大物体扩散的解:当扩散物质的浓度一定时，扩散深度与扩 散时间的平方根成正比。x∝t1/2 有限源向无限大或半无限大物体扩散的解:
微分方程，积分求解 有限元 半无限大、无限大 适用于：沉积的扩散系数的求解 放射线很贵，（理解）
外因：温度 问题：对反应影响明显还是扩散明显？——对反应明显。
固相反应
固相反应理论 固相反应的特点和基本历程
影响固相反应的因素
固相反应的特点和基本历程： 特点： 非均相，速度慢，受扩散影响高，浓度影响不大，结构影响大 PPT原文：
1、固相反应属非均相反应，与均相反应相比：①反应速度慢。②浓度 不再是重要影响因素。反应物的组成﹑结构﹑缺陷都对反应有明显影 响。
材料制备 无机材料合成中的基本理论 材料化学热力学 扩散基本理论 固相反应 晶体结构与缺陷 无机材料合成的基本实验技术 高温技术 高压技术 低温技术 真空技术 气体净化及气氛控制技术 物质分离与纯化技术 名词解释 无机材料合成的常用方法 溶胶一凝胶合成 水热与溶剂热合成 气相沉积（如何制备碳纳米管，石墨烯-金属薄膜做衬底） 提拉法 自蔓延高温合成SHS 微波与等离子体合成 微重力与超重力合成 仿生合成与限阈合成 超声电化学 静电纺丝 原子层沉积(重点) 磁控溅射 材料合成的前沿领域 新能源材料 石墨烯 高熵材料 考试题型
（易位扩散）：原子间直接相互交换位置的迁移方式 （环形易位扩散）：同种粒子间相互交换位置形成封闭的环状。 实际晶体中原子或离子的迁移机构主要是空位扩散和间隙扩散两种。 AgBr中的Ag+以及UO2+x中的O2-：准间隙扩散 扩散的推动力确切地说应该是化学位梯度 扩散的微观机制：晶体中原子都在平衡位置上振动，振幅0.1Å 左右，频率 1013-1014/s，但晶体中存在着能量起伏，能量高的原子可以克服周围质点的 束缚进行迁移。 活化原子数：n1=ne-ΔG/RT
恒定元 无限大 适用于：气相沉积，恒定气相元掺杂
深度与时间0.5次方成正比 恒定元控制气压（理解）
影响扩散的因素 内因：扩散介质 问题：扩散介质相差越大，影响越？？？？ 要求：知道规律具体变化
1. 扩散物质与扩散介质性质差别愈大， 愈有利于扩散。 2. 扩散介质结构的影响：介质结构越疏松， 扩散越容易。 3. 化学键的影响：在金属键、 离子键和共价键材料中， 空位扩散始终是
物质分离与纯化技术
方法 提纯杂质 溶剂萃取 络合剂提纯浓度 去除金属离子
膜法分离（流体相分隔为互不相通的两部分，之间能产生传质作用。 ） 可以用电，压力，浓度
离子交换分离 典型
其他：吸附 一般不用，因为大小差不多，且都带正电荷
原理不作要求 要求：只需知道用来干啥
名词解释
相变热：物质发生相变时需要吸收或放出的热量。包括 ，晶型转变热、熔化热与结 晶热 、气化热与升华热等。也常利用溶解热的差值测定。
低温技术
低温反应 获得
应用
获得（不做重点要求） 低温冷浴 制冷剂 低温恒温器
应用 急冷凝固制备准晶态或非晶态金属或合金 准晶体、非晶材料
冷冻干燥法合成氧化物和复合氧化物粉体 获得纳米粉末 升华，高温烧结 流程：把可溶盐调成所需浓度的水溶液，经过喷嘴喷雾冷冻微小液滴， 被冷冻的液滴经过加热使冰升华，得到松散的无水盐，经过煅烧，得到 所需的化合物陶瓷粉末。