第二章固相合成法 PPT

于线圈内。在线圈上通以交流电，在被加热的导体内产
生感应电流——涡流。由于交流电方向变化导致涡流方
向变化，电能转化为热能，实现被加热导体的迅速升温。
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2.2 高温的获得和测量技术
温度测量方法
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2.1 固相合成反应类型
低温固相反应：相对于前两者而言，低热固相反应起步较晚，相比于通 常意义的固相反应，低热固相反应最大的特点在于反应温度降至室温或 接近室温。因而，低温固相反应又叫室温固相反应，指的是在室温或近 室温（≤100℃）的条件下，固相化合物之间所进行的化学反应具有便 于操作和控制的优点。此外低温固相反应还有不使用溶剂，高选择性、 高产率、污染少、节省能源，合成工艺简单等特点。这些特点符合当今 社会绿色化学发展的要求。
传统固相反应通常是指高温固相反应，但高温固相反应只限于制 备那些热力学稳定的化合物，而对于低温条件下稳定的介稳态化合物 或动力学上稳定的化合物不适于采用高温合成。
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2.1 固相合成反应类型
中温固相反应：虽然起步较晚，但由于可以提供重要的机理信息，并 可获得动力学控制的、只能在较低温度下稳定存在而在高温下分解的 介稳化合物，甚至在中温固相反应中可使产物保留反应物的结构特征。
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第二章 固相合成法
陶器
瓷器
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第二章 固相合成法
电容器
微波器件
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第二章 固相合成法
固相化学的应用：制陶工艺
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第二章 固相合成法
英国化学家West在其《固体化学及其应用》一书中所写。 “在室温下经历一段合理时间，固体间一般并不能相互反 应。欲使反应以显著速率发生，必须将它们加热至甚高温 度，通常是1000—1500℃”。
1993年Mallouk教授在Science上的评述中指出的：传统 固相化学反应合成所得到的是热力学稳定的产物，而那 些介稳中间物或动力学控制的化合物往往只能在较低温 度下存在，它们在高温时分解或重组成热力学稳定产物。 为了得到介稳态固相反应产物，扩大材料的选择范围， 有必要降低固相反应温度。
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第二章 固相合成法
固相反应定义： 广义：凡是有固相参与的化学反应。
例：固体的分解氧化 固体与固体的化学反应 固体与液体的化学反应
狭义：常指固体与固体间发生化学反应生成新固体产物 的过程.
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第二章 固相合成法
固相合成法： 指有固态物质参加反应的合成方法。也就是说，反应 物必须是固态物质的反应，才能称为固态反应。固相 反应不适用溶剂，具有高选择性、高产率、工艺过程 简单等优点，是人们制备新型固体材料的主要手段之 一。
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第二章 固相合成法
许多固相反应在低温条件下便可发生。
一个室温固——固反应的实例： 固体4-甲基苯胺与固体CoCl2·6H2O按2：1摩尔比在室温 (20℃)下混合，一旦接触，界面即刻变蓝，稍加研磨反应 完全。该反应甚至在0℃同样瞬间变色。
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第二章 固相合成法
思考： 固相反应与在溶液中反应有哪些不同？
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第二章 固相合成法
固相反应的特点： 固体质点间作用力很大，扩散受到限制，而且反应组分 局限在固体中，使反应只能在界面上进行。
L1＋L2 扩散快 反应快 均相中反应 一般室温下可以反应
S1＋S2 扩散慢 反应慢 界面上反应 高温下反应
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第二章 固相合成法
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。
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2.2 高温的获得和测量技术
各种电阻材料及其最高工作温度
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2.2 高温的获得和测量技术
感应炉
简介：也称高频感应加热设备，主要用于金属、导电材
料的热处理、粉末热压烧结和真空熔炼等。
特点：
升温速度快，操作方便、清洁，并且可准确控制实现局
部加热。
工作原理：以交流线圈为加热部件，将被加热的导体置
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2.1 固相合成反应类型
固相反应
高温固相反应 中温固相反应 低温固相反应
高温: 高于600℃
中温: 100-600 ℃
低温: 低于100 ℃
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2.1 高温的获得和测量技术
高温固相反应：反应温度高于600 ℃。高热固相反应已经在材料合成 领域中建立了主导地位，虽然还没能实现完全按照人们的愿望进行目 标合成，在预测反应产物的结构方面还处于经验胜过科学的状况，但 人们一直致力于它的研究，积累了丰富的实践经验，相信随着研究的 不断深入，定会在合成化学中再创辉煌。
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第二章 固相合成法
固相化学学科的确认： 1912年，年轻的Hedvall发表“关于林曼绿”(CoO和ZnO 的粉末固体反应)为题的论文，有关固相化学的历史才正式 拉开序幕。
原因：自亚里士多德时起，直至距今80多年前，人们广泛 相信“不存在液体就不发生固体间的化学反应”。
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第二章 固相合成法
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2.2 高温的获得和测量技术
获得高温的方法及其温度
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2.2 高温的获得和测量技术
高温反应设备: 电阻炉
感应炉
电弧炉
放电等离子烧结炉（ Spark Plasma Sintering ）
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2.2 高温的获得和测量技术
电阻炉 简介：最常见的加热设备。具有结构简单，使用方便， 温度精确可控等优点。 工作原理：利用发热体加热。 电阻材料：石墨，金属，氧化物，等等。
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第二章 固相合成法
1993年，美国化学家Arthur Bellis等人编写的“Teaching Gene ral Chemistry，A Materials Science Companion”中也指出： “很多固体合成是基于加热固体混合物试图获得具有一定计量 比、颗粒度和理化性质均一的纯样品，这些反应依赖于原子或 离子在固体内或颗粒间的扩散速率。固相中扩散比气、液相中 扩散慢几个数量级，因此，要在合理的时间内完成反应，必须 在高温下进行”。