《材料合成与制备新技术》

《材料合成与制备新技术》

材料合成与制备是一项重要的科学技术，对于新材料的研究和开发起着至关重要的作用。近年来，随着科技的发展，材料合成与制备新技术得到了快速的发展。本文将介绍一些近年来涌现的材料合成与制备新技术，包括二维材料制备、纳米结构制备技术以及仿生材料制备技术等。

二维材料制备是近年来受到广泛关注的领域。二维材料具有独特的结构和性能，如高强度、高导电性和热稳定性等，对于电子器件、能源存储等领域具有广泛的应用前景。传统的二维材料制备方法主要包括机械剥离法和化学气相沉积法。而新兴的二维材料制备技术，如溶液剥离法、电化学剥离法以及化学还原法等，更加简单、高效、环保且能够合成大面积的二维材料。例如，一种基于溶液剥离法的制备技术已经成功合成出大面积的石墨烯薄膜，为石墨烯在电子器件、柔性显示等领域的应用提供了新的可能性。

纳米结构制备技术是制备纳米材料的重要手段之一、纳米材料具有尺寸效应和表面效应，展现出与传统材料截然不同的物理、化学和生物学特性，对于催化、传感、光电器件等领域具有广泛的应用前景。传统的纳米结构制备方法主要包括溶剂热法和溶胶-凝胶法。而近年来涌现的一些新技术，如激光溅射法、原位合成法以及生物合成法等，不仅可以精确地控制纳米材料的形貌和结构，还可以实时监测材料制备过程中的物理和化学变化。例如，一种基于激光溅射法的纳米结构制备技术已经成功制备出具有优异光电特性的纳米材料，并在传感、光电器件等领域展示出潜在的应用价值。

仿生材料制备技术是近年来发展迅猛的一种新技术。仿生材料是通过模仿生物体的结构、功能和性能，以实现材料性能上的超越。仿生材料不

仅能够实现柔性、透明、自愈合等特性，还可以实现自驱动、自适应和智能响应等功能。传统的仿生材料制备方法主要包括拓扑导向法和化学模板法。而新兴的仿生材料制备技术，如微纳米加工技术、生物技术以及三维打印技术等，可以实现精确控制、高效制备和大面积加工的仿生材料。例如，通过三维打印技术可以制备出具有复杂结构和功能的仿生材料，为生物医药、柔性电子等领域的应用提供了新的解决方案。

总的来说，材料合成与制备新技术的涌现将推动材料科学的发展，为材料的研究和开发提供新的思路和方法。二维材料制备、纳米结构制备以及仿生材料制备是近年来受到广泛关注的领域，这些新技术不仅可以改善材料的性能和功能，还可以拓展材料的应用领域。随着科技的不断进步，相信将会有越来越多的材料合成与制备新技术涌现出来，为各个领域的研究和应用提供更多可能性。

材料合成与制备教学大纲

《材料合成与制备》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程编号：10050280 课程中文名称：材料合成与制备 课程英文名称：Synthesis and Preparation of Materials 课程性质：专业主干课 考核方式：考试 开课专业：材料科学与工程、材料物理、材料化学 开课学期：5 总学时：40+16 其中40学时理论授课，16学时实验课 总学分：2.5+1 二、课程目的和任务 《材料合成与制备》课程针对目前21世纪新材料的发展趋势，总结和概括了几种目前热点形态材料和高新材料的常用合成和制备方法。通过本课程的学习，能够使学生对目前几种常见新材料制备方法的发展概况、制备原理、操作设备以及制备工艺方法等有一定的了解和掌握；通过理论课与实验课的结合，学生能够熟悉几种常见形态新材料的制备工艺流程和工艺方法控制手段，这不仅能够锻炼学生操作实验的动手能力，而且在操作过程中，能够理论和实践相结合，对材料的形成机理进行深入的分析和了解，培养了学生发现问题、分析问题和解决相关材料合成和制备方面问题的基本能力，培养学生创新意识，为今后的生产实践和科学研究打下坚实的基础。 三、教学基本要求 要求根据目前新材料的发展趋势，重点结合21世纪高性能材料、低维材料、功能材料、绿色材料以及复合材料的发展方向，将材料学、化学、物理学等学科内容融入材料合成与制备技术中，使学生熟练掌握材料合成与制备的基本原理、工艺方法和技术流程，通过对材料合成机理及实验设备的了解，能够针对具体要求制定材料的合成与制备工艺，并能够完成新材料合成与制备某技术的专题研究任务。 四、教学内容与学时分配

第0章绪论（2学时） 第一章溶胶－凝胶法（4学时） 第二章水热与溶剂热合成（4学时） 第三章电解合成（4学时） 第四章化学气相沉积（4学时） 第五章定向凝固技术（4学时） 第六章低温固相合成（4学时） 第七章热压烧结（4学时） 第八章自蔓延高温合成（4学时） 第九章等离子体烧结合成技术（4学时） 课程总结（2学时） 五、教学方法及手段 教师讲授、研讨式教学、多媒体教学 六、上机实验内容 七、前修课程、后续课程 前修课程：大学物理、大学化学、材料科学基础、物理化学、材料物理八、教材及主要参考资料 教材： [1]乔英杰. 材料合成与制备[M]. 北京：化学工业出版社，2009年

材料合成与制备

等离子体就是指电离程度较高、电离电荷相反、数量相等的气体，通常是由电子、离子、原子或自由基等粒子组成的集合体。 等离子体与固、液、气无论在组成还是性质均有本质区别，即使与气体之间也有着明显的差异。 首先，气体通常是不导电的，等离子体则是一种导电流体而又在整体上保持电中性。 其二，组成粒子间的作用力不同，气体分子间不存在静电磁力，而等离子体中的带电粒子之间存在库仑力，导致带电粒子群特有的集体运动。 第三，作为一个带电粒子系，等离子体的运动行为明显地会受到电磁场影响和约束。 需要说明的是，并非任何电离气体都是等离子体。只要当电离度大到一定程度，使带电粒子密度达到所产生的空间电荷足以限制其自身运动时，体系的性质才会从量变到质变，这样的“电离气体”才算转变成等离子体 等离子体一般分两类高温等离子体或称热等离子体和低温等离子体 等离子体烧结技术 该技术是通过将特殊电源控制装置发生的脉冲电压加到粉体试料上，除了能利用通常放电加工所引起的烧结促进作用（放电冲击压力和焦耳加热）外，还有效利用脉冲放电初期粉体间产生的火花放电现象（瞬间产生高温等离子体）所引起的烧结促进作用通过瞬时高温场实现致密化的快速烧结技术。 放电等离子烧结优点 放电等离子烧结将等离子活化、热压、电阻加热融为一体，升温速度快、烧结时间短、烧结温度低、晶粒均匀、有利于控制烧结体的细微结构、获得材料的致密度高，并且有着操作简单、再现性高、安全可靠。 SPS已广泛应用于纳米材料、梯度功能材料、金属材料、磁性材料、复合材料、陶瓷等材料的制备。 一般等离子体烧结设备主要由三部分组成 产生单轴压力的装置和烧结模具，压力装置可根据烧结材料施加不同的压力 脉冲电流发生器，用来产生等离子体对材料进行活化处理 电阻加热设备 等离子体烧结工艺参数的控制 烧结气氛 烧结气氛对样品烧结的影响很大（真空烧结情况除外），合适的气氛将有助于样品的致密化。 烧结温度 烧结温度是等离子快速烧结过程中一个关键的参数之一。烧结温度的确定要考虑烧结体样品在高温下的相转变、晶粒的生长速率、样品的质量要求以及样品的密度要求。 保温时间 延长烧结温度下的保温时间，一般都会不同程度地促进烧结完成，完善样品的显微结构，这对粘性流动机理的烧结较为明显，而对体积扩散和表面扩散机理的烧结影响较小 升温速率 升温速率的加快，使得样品在很短的时间内达到所要求的温度，晶粒的生长时间会大大减少，这不仅有利于抑制晶粒的长大，得到大小均匀的细晶粒陶瓷，还能

材料合成与制备

一、单晶生长方法与注意事项 注意事项：单晶材料的制备必须排除对材料性能有害的杂质原子和晶体缺陷。低杂质含量、结晶完美的单晶材料多由熔体生长得到，高压惰性气体(如Ar)常被通入单晶炉中防止污染并抑制易挥发元素的逃逸. 1、直拉法 特点是所生长的晶体的质量高，速度快。 熔体置于坩埚中，一块小单晶，称为籽晶，与拉杆相连，并被置于熔体的液面处。加热器使单晶炉内的温场保证坩埚以及熔体的温度保持在材料的熔点以上，籽晶的温度 在熔点以下，而液体和籽晶的固液界面处的温度恰好是材料的熔点。随着拉杆的缓缓拉 伸(典型速率约为每分钟几毫米)，熔体不断在固液界面处结晶，并保持了籽晶的结晶学 取向。为了保持熔体的均匀和固液界面处温度的稳定，籽晶和坩埚通常沿相反的方向旋转 (转速约为每分钟数十转). 2、坩埚下降法（定向凝固法） 基本原理使装有熔体的坩埚缓慢通过具有一定温度梯度的温场。开始时整个物料都处于熔融状态，当坩埚下降通过熔点时，熔体结晶，随着坩埚的移动，固液界面不断沿着坩埚平移，直至熔体全部结晶。使用此方法，首先成核的是几个微晶，可使用籽晶控制晶体的生长。 3、区熔法 沿坩埚的温场有一个峰值，这个峰值附近很小的范围内温度高于材料的熔点。这样的温场由环形加热器来实现。在多晶棒的一端放置籽晶，将籽晶附近原料熔化后，加热器向远离仔晶方向移动，熔体即在籽晶基础上结晶。加热器不断移动，将全部原料熔化、结晶，即完成晶体生长过程。 优缺点：悬浮区熔法不用容器，污染较小，但不易得到大尺寸晶体。利用溶质分凝原理，区熔法还被用来提纯单晶材料，多次区熔提纯后使晶体中的杂质聚集在材料的一端而达到在材料的其他部分提纯的目的。 湿化学法（共沉淀，溶胶-溶胶） 1、化学共沉淀法制备材料 一种或多种金属盐在溶液中发生化学反应，生成不溶的沉淀物微粉。 一个简单的例子是将地AgNO3 和NaCl的水溶液混合，发生反应生成AgCl 沉淀。实际应用中的沉淀过程非常复杂，需要调节溶液的pH 值、温度、浓度等来控制反应速度和沉淀是否完全。 原理：K > Ksp，沉淀/共沉淀。 方法： 化学共沉淀法一般是把化学原料以溶液状态混合，并向溶液中加入适当的沉淀剂（pH 调整剂或难溶化合物生成剂），使溶液中已经混合均匀的各个组分按化学计量比共同沉淀出来，或者在溶液中先反应沉淀出一种中间产物(precursor 前驱物)，再把它煅烧(calcination)分解，制备出微细粉末产品。 沉淀法、共沉淀法的优缺点：（ 优点： 1﹒各种离子在沉淀物中以离子状态混合，混合程度通常非常良好，在溶解度限

材料合成与制备

仅供参考， 1.单晶：即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列。或者说晶体的整体在 三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。 2.非晶：组成物质的原子、分子的空间排列不呈周期性和平移对称性，晶态的长程有序受到 破坏，仍然保持形貌和组分的某些有序特征而具有短程有序，这样一类特殊的物质状态统称 为非晶态。 3.真空蒸镀：真空蒸镀是将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华，使之在工件或基片表 面析出的过程。 4.溅射成膜：溅射是指荷能离子轰击靶材，使靶材表面原子或原子团逸出的现象。逸出的原子在工件表面形成与靶材表面成分相同的薄膜。这种制备薄膜的方法称为溅射成膜。 5.化学气相沉积：当形成的薄膜在基片表面与其他组分发生化学反应，获得与原成分不同的 薄膜材料，这种存在化学反应的气相沉积称为化学气相沉积。 6.三温度法：在制备薄膜时，必须同时控制基片和两个蒸发源的温度，所以也称三温度法。 7.超晶格薄膜：超晶格的概念始于半导体超晶格，半导体超晶格是将两种或两种以上组分不 同或导电类型不同的极薄半导体单晶薄膜交替地外延生长在一起形成的周期性结构材料。 8.热等静压：热等静压是用惰性气体作为传递压力的介质，将原料粉末压坯或将装入包套的 粉料放入高压容器中，降低烧结温度，避免晶粒长大，获得高密度、高强度的陶瓷材料。 9.原位凝固：原位凝固就是指颗粒在悬浮液中的位置不变，靠颗粒之间的作用力或者悬浮体 内部的一些载体性质的变化，从而使悬浮体的液态转变为固态。 10.巨磁阻薄膜：材料的电阻率将受材料磁化状态的变化而呈现显著的变化。 11.溶胶-凝胶法：是指有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，在经过高温热处理 而制成氧化物或其他化合物固体的方法。 12丄B薄膜：是一种超薄有机薄膜，即在水-气界面上将不溶解有机分子或生物分子加以紧密有序排列，形成单分子膜，然后再转移到固体表面上。 1.试说明再结晶驱动力。 答：用应变退火方法生长单晶，通常是通过塑性变形，然后在适当的条件下加热等温退火，温度变化不能剧烈，结果使晶粒尺寸增大。 对于未应变到应变，根据热力学第一定律，有： △E1-2=W—q；△ H1-2=A 曰-2 + 厶(pV) 由于△( pV)很小，近似得：△ Hi-2=^ E1-2 △G1-2= =W—q—S 低温下S可忽略，故△ G1-2疋W—q 即产生应变时，发生的自由能变化近似等于做功减去释放的热量。该热量通常就是应变退火 再结晶的主要推动力。 应变退火再结晶的推动力公式为：△ G=W—q+Gs+A G) 2.简述Walff定理的基本内容。 答：在恒温恒压下，一定体积的晶体处于平衡态时，其总界面自由能为最小，也就是说，趋

材料合成与制备思考题及参考教材

《材料合成与制备》思考题 1.介绍真空蒸镀（物理成膜）与化学气相沉积制备薄膜的工艺过程及特点 2.叙述定向凝固及提拉法制备单晶材料的工艺过程 3.非晶态合金的制备方法有哪些？简述之；简述记忆合金马氏体的相变原理 4.插层纳米复合材料的结构特点如何？介绍两种粘土插层方法（溶液插层与熔 融插层）及聚酰亚胺基插层复合材料的合成、结构与性能特点 5.叙述自蔓延高温合成法（SHS）的化学反应原理及自蔓延传播原理；介绍SHS 材料制备法的特点及两种相应技术（制粉技术、致密化技术） 6.简述机械研磨法、化学气相沉积法及还原化合法三种制备粉末的特点及工艺 过程 7.结构陶瓷的成形及烧结有哪些方法？简述之 8.（1）介绍三种生物活性玻璃和玻璃陶瓷材料体系的特点；（2）简单介绍磷 酸钙生物陶瓷及制备羟基磷灰石的三种方法（水溶液法、固相反应法及水热法） 9.铁氧体材料有哪些种类？简述之；试述粉末冶金法制备铁氧体材料的工艺过 程 《材料合成与制备》课程主要参考教材 材料工程基础，周美岭等，北京工大出版社 薄膜材料――制备技术、原理及应用，唐伟忠，冶金工业出版社 无机材料合成，刘海涛等，化工出版社 材料合成与制备方法，曹茂盛，哈工大出版社 纳米材料制备技术，王世敏，化工出版社 纳米复合材料，徐国财，化工出版社 聚合物――无机纳米复合材料，柯扬船，化工出版社 高性能结构陶瓷及其应用，肖汉宁，化工出版社 特种陶瓷，王零森，中南工大出版社

粉末冶金与陶瓷成型技术，刘军，化工出版社结构陶瓷材料及其应用，张玉军，化工出版社功能陶瓷材料，曲远方，化工出版社 材料制备科学与技术，朱世富，高等教育出版社材料制备技术，吴健生，上海交大出版社 新型材料与材料化学，师昌绪，科学出版社

材料合成与制备_复习资料(有答案)

第一章溶胶-凝胶法 名词解释 1.胶体(Colloid)：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1nm-100nm，这些固体颗粒一般由10^3个-10^9个原子组成。 3.凝胶(Gel)：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1%-3%。 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。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。 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(包括掺杂量及种类)，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。 2.溶剂热法：将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒(如有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等)，采用类似于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成、易氧化、易水解或对水敏感的材料。 3.超临界流体：是指温度及压力都处于临界温度或临界压力之上的流体。在临界状态下，物质有近于液体的溶解特性以及气体的传递特性。 4.微波水热合成：微波加热是一种内加热，具有加热速度快，加热均匀无温度梯度，无滞后效应等特点。微波对化学反应作用是非常复杂的，但有一个方面是反应物分子吸收

无机材料的合成与应用技术

无机材料的合成与应用技术无机材料是一种不含碳元素的物质。它们一般是由一种或多种金属或非金属离子结合形成的晶体。无机材料在现代工业制造、材料科学和生物学等领域有着广泛的应用。本文将介绍无机材料的合成与应用技术。 一、无机材料的合成技术 1、氧化物合成技术 氧化物是最常见的无机材料，它们通常通过高温固相法或水相合成法来合成。高温固相法是将准确量的金属粉末和氧化剂在高温条件下混合反应，形成氧化物晶体。水相合成法是在水溶液中混合适当的化学试剂，再通过控制温度、压力和pH值等参数来合成氧化物。 2、金属有机框架材料合成技术

金属有机框架材料（MOF）是一种可调控结构、具有高比表面积和大孔径的新型无机材料。它们通常通过硝酸铜等金属离子和有机配体在有机溶剂中反应，形成晶体。 3、碳化物合成技术 碳化物是一种具有高硬度、高熔点和高耐腐蚀性的无机材料。它们通常通过混合金属粉末和碳源，再在高温条件下反应制成碳化物。 4、氮化物合成技术 氮化物是一种高硬度、高熔点和耐腐蚀性强的无机材料。它们通常通过高温氮化或气相沉积等技术来制备。 二、无机材料的应用技术 1、光催化材料

光催化材料是一种将光能转化为化学能的无机材料。它们通常被用于分解环境中的有害物质，并净化空气和水。例如，钛酸盐光催化剂可以将环境中的有机物质分解为二氧化碳和水，从而达到净化的效果。 2、电化学材料 电化学材料是一种能够储存和释放电能的无机材料。它们通常被用于电池、电容器和电化学传感器等电子设备中。例如，锂离子电池的正极材料是钴酸锂，负极材料是石墨。 3、磁性材料 磁性材料是一种具有磁性的无机材料。它们通常被用于磁性存储器和磁性传感器等电子设备中。例如，硬磁性材料是一种具有强磁性的材料，它们通常被用于制造硬盘和磁头等设备中。 4、高温材料

高分子材料的合成与加工成型技术

高分子材料的合成与加工成型技术 高分子材料是一类由高分子化合物构成的大分子材料，其长链结构使 其具有一系列优异的物理化学性质，包括可塑性、韧性、耐腐蚀性和 绝缘性等。高分子材料的合成和加工成型技术是制备高分子材料产品 的关键技术，其发展对于高分子材料产业的发展具有至关重要的意义。下面就对高分子材料的合成与加工成型技术进行探讨。 高分子材料的合成是将单体化合物通过化学反应合成成长链高分子化 合物的过程。主要的合成方法包括聚合反应、缩聚反应和交联反应等。聚合反应是指利用自由基、阴离子或阳离子等聚合引发剂催化单体分 子之间的化学反应，形成长链高分子的过程。缩聚反应则是将两个分 子通过缩合反应形成一个分子的过程。交联反应是指将高分子分子链 和交联剂分子间的化学键形成的过程。 高分子材料的加工成型技术主要包括注塑成型、挤出成型、吹膜成型 和热成型等。注塑成型是将高分子材料塑料化后喷射注入模具中，并 在模具中冷却、定型，制成塑料制品的方法。挤出成型是将高分子材 料加热软化后挤压成型，常见的挤出产品有管材、板材、膜材等。吹 膜成型是将高分子材料塑化后通过吹气成型机器吹出薄膜，常见的吹 膜产品有手套、保鲜膜等。热成型则是将高分子材料塑化后压制成形，用于制作餐具、文具等。

在高分子材料合成和加工成型的过程中，还需考虑到环境保护和能源消耗等因素。因此，绿色制造和可持续发展成为了现代高分子材料产业的发展方向。绿色制造是指在生产过程中采用环保技术，减少污染物的排放，实现高分子材料产业的可持续发展。而可持续发展则是指不断满足人类生产生活需求的同时，不破坏自然环境和资源，实现人类与自然的和谐共生。 综上所述，高分子材料的合成和加工成型技术是高分子材料产业发展的关键技术，具有重要意义。随着科学技术的不断发展和进步，高分子材料的合成和加工成型技术也不断地完善和发展，向着绿色制造和可持续发展的方向发展，为人类生产生活带来更加环保、高效和优质的高分子材料产品。

新型功能材料的合成与应用研究

新型功能材料的合成与应用研究 新型功能材料的合成与应用研究 随着科技的不断发展，新型功能材料的研究和应用已经成为了当前材料科学领域的热点之一。新型功能材料具有优异的物理、化学、电学、光学和磁学性质，能够广泛应用于能源、环境、生物医药、电子信息、航空航天等领域。本文将重点介绍新型功能材料的合成方法和应用研究进展。 一、新型功能材料的合成方法 1. 溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是一种常用的制备新型功能材料的方法。该方法 通过水解和缩合反应，将溶胶转化为凝胶，再通过热处理、压缩成型等工艺制备所需的功能材料。该方法具有简单、低成本、易于控制等优点，适用于制备二氧化硅、氧化铝、氧化锆等无机材料。 2. 气相沉积法

气相沉积法是一种将气体在高温下分解成原子或分子，沉积在衬底上形成薄膜的方法。该方法制备的新型功能材料具有高纯度、均匀性好、厚度可控等优点，适用于制备金属、半导体、氧化物等材料。 3. 水热法 水热法是一种利用水热条件下的高温高压反应合成新型功能材料的方法。该方法具有反应时间短、反应条件温和、易于控制等优点，适用于制备氧化物、碳纳米管等材料。 4. 电化学沉积法 电化学沉积法是一种利用电解液中的离子在电极上沉积形成新型功能材料的方法。该方法具有制备过程简单、低成本、易于控制等优点，适用于制备金属、半导体、氧化物等材料。 二、新型功能材料的应用研究进展 1. 能源领域

新型功能材料在能源领域的应用主要包括太阳能电池、锂离子电池和燃料电池等。其中，钙钛矿太阳能电池是目前最为热门的太阳能电池之一，其效率已经超过了20%。锂离子电池是目前最为广泛应用的电池之一，其中正极材料主要采用氧化物和磷酸盐等新型功能材料。燃料电池是一种利用氢气和氧气产生电能的装置，其中质子交换膜燃料电池是目前最为先进的燃料电池之一，其正极材料主要采用钴酸锂和钒酸锂等新型功能材料。 2. 环境领域 新型功能材料在环境领域的应用主要包括水处理、空气净化和垃圾处理等。其中，纳米复合材料是一种利用纳米技术制备的新型功能材料，其具有高效去除重金属和有机污染物的能力。空气净化方面，纳米银是目前应用最为广泛的空气净化材料之一，其具有高效抑菌和除臭能力。垃圾处理方面，新型功能材料可以被用来制备高效垃圾分类和回收系统。 3. 生物医药领域 新型功能材料在生物医药领域的应用主要包括药物传递、组织工程和生物传感等。其中，纳米药物传递系统是一种利用纳米技术制备的新型药物传递系统，其可以提高药物的生物利用度和靶向性。组织工程方面，生物可降解聚合物是目前最为广泛

材料合成与制备方法

材料合成与制备方法

第一章 1、1 溶胶凝胶 1、什么是溶胶——凝胶？ 答：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。 2、基本原理（了解） 3、设备：磁力搅拌器、电力搅拌器 4、优点：该方法制备块体材料具有纯度高、材料成分易控制、成分多元化、均匀性好、材料形状多样化、且可在较低的温度下进性合成并致密化等 5、工艺过程：自己看 6、工艺参数：自己看 2、1水热与溶剂热合成 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，通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境。 2、溶剂热法：将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒（例如：有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用类似于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成，易氧化、易水解或对水敏感的材料。 3、优点：a、在有机溶剂中进行的反应能够有效地抑制产物的氧

化过程或水中氧的污染； b、非水溶剂的采用使得溶剂热法可选择原料范围大大扩大； c、由于有机溶剂的低沸点，在同样的条件下，它们可以达到比水热合成更高的气压，从而有利于产物的结晶； d、由于较低的反应温度，反应物中结构单元可以保留到产物中，且不受破坏。同时，有机溶剂官能团和反应物或产物作用，生成某些新型在催化和储能方面有潜在应用的材料 4、生产设备： 高压釜是进行高温高压水热与溶剂热合成的基本设备；（分类自己看),高压容器一般用特种不锈钢制成, 5、合成工艺：选择反应物核反应介质——确定物料配方——优化配料顺序——装釜、封釜——确定反应温度、压力、时间等试验条件——冷却、开釜——液、固分离——物相分析 6、水热与溶剂热合成存在的问题：1、无法观察晶体生长和材料合成的过程，不直观。2、设备要求高耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬、技术难度大温压控制严格、成本高。3、安全性差，加热时密闭反应釜中流体体积膨胀，能够产生极大的压强，存在极大的安全隐患。 7、水热生长体系中的晶粒形成可分为三种类型： a、“均匀溶液饱和析出”机制 b、“溶解-结晶”机制 c、“原位结晶”机制

材料制备技术的研究与应用

材料制备技术的研究与应用随着科技的日新月异，各种新材料的应用在我们日常生活中变得越来越广泛。而这些新材料的制备技术的研究和开发则是保证这些材料发挥最优性能的重要保障。 一、材料制备技术的概念及发展历程 材料制备技术指的是将原始的材料经过一系列的加工、熔炼、合成等过程，制备成具有特定性能、结构和形态的材料的一系列工艺技术。材料制备技术的出现可以追溯至人类最早的制陶、制铜、锻铁等手工业阶段，随着科技的发展，各种化学、物理、电子等新型材料的制备技术也不断地诞生。例如，纳米材料制备技术、薄膜材料制备技术等都是近年来新兴的领域。 二、材料制备技术的研究 材料制备技术的研究主要集中在以下几个方面： 1.材料结构设计

材料结构设计是基于材料特性和使用需求，通过各种方法，构建出拥有特定形态、尺寸、结构和性能的材料。常用的材料结构设计方法包括分子设计、晶体工程、界面控制等。 2.材料合成和加工 材料合成和加工是将预先设计好的材料结构制备成具有特定形态和性能的材料的过程。材料合成可以采用化学合成、物理合成等方法，加工则包括熔炼、雾化、挤压、离子注入等多种工艺。 3.材料性能表征和优化 材料性能表征和优化是通过各种测试方法，对制备好的材料进行力学、热学、电学、光学等性能测试，评价材料的性能表现，然后对其进行优化。 三、材料制备技术的应用 材料在各个领域都有重要应用。例如：

1.信息领域 在计算机、手表、飞机等信息技术领域，新材料的制备应用促 进了设备的小型化和高速化。例如，晶体管中的硅材料、记录材 料中的镍铁等，都是由精确制备的纳米材料合成而成，可以实现 更高的传导效率和更高的信息容量。 2.医学领域 在医疗设备制造、组织工程、再生医学等领域，新材料的制备 技术有着广泛的应用。例如，可生物降解的聚合物、金属网和3D 打印技术的应用，都在生物医学器械、骨骼再生、人造器官等领 域体现出巨大的潜力。 3.纳米材料 随着纳米技术的发展，新型纳米材料成为最具发展前景的材料 之一。纳米材料制备技术的应用领域非常广泛，例如，磁性留贴、纳米电池等，能够广泛应用于催化、药剂、生物传感等领域。

材料合成与制备

第一章绪论 1．材料按化学组成可分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料四类。 2．材料合成与制备是通过一定的途径，从气态、液态或固态的各种不同原材料中得到化学上及性能上不同于原材料的新材料。 研究内容：一是研究新型材料的合成方法；二是研究已知材料的新合成方法、新合成技术，从而指定节能、经济、环保的合成路线及开发新型结构和功能的材料。 3．材料科学与工程的四个基本要素：合成与加工、组成与结构、性质、使用性能。 第二章无机材料合成实验技术 1．表征真空泵的工作特性的四个参量：起始压强、临界反压强、极限压强、抽气速率 2．平衡分离过程：借助分离媒介（如热能、溶剂或吸附剂）使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。 3．速率分离过程：在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离。 4．吸附分离过程：利用混合物中各组分与吸附剂表面结合力强弱的不同，即各组分在固体相（吸附剂）和流体相间的吸附分配能力的差异，使混合物中难吸附组分与易吸附组分得以分离。 特点：①多数吸附剂具有良好的选择性，同时，被吸附组分又可在不同的条件下脱附, 方便被吸附组分的分别收集和吸附剂的再生利用； ②吸附剂化学稳定性好，分离所得产物纯度高； ③吸附与解吸速度快，为快速分离和获得小体积淋洗液创造了条件； ④吸附剂价廉易得，实验操作简单； ⑤为了增加表面作用位置，吸附剂通常制成多孔结构和大比表面积。吸附机理： ⑴吸附作用机理复杂，包括静电吸附、氢键作用、离子交换、络合作用等多种物理和化学过 程； ⑵从分子间作用力的观点来看，吸附作用是吸附剂表面的立场与吸附质分子之间相互作用的 结果，主要是物理吸附； ⑶硅胶、Al2O3 表面含有大量羟基及O 原子，能与许多物质形成氢键。氢键和电荷转移相 互作用均产生较强的吸附能； ⑷极性吸附剂与极性分子之间的吸附力较强，选择性也较高。 5．膜分离法：用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离，分级，提纯和富集的方法。 透析—超滤分离技术： 原理：透析是采用半透膜作为滤膜，使试样中的小分子经扩散作用不断透出膜外，而大分子不能透过被保留，直到膜两边达到平衡。 特点：半透膜两边均为液体，一边为试样溶液，另一边为纯净溶剂，可不断更换外层溶剂使扩散不断进行，直至符合要求。 第三章扩散、固相反应与烧结 1．扩散：由于物质中存在浓度梯度、化学位梯度、温度梯度和其他梯度所引起的物质运输过程。气体、液体：很大的速率和完全的各向同性；固体：各向异性和扩散速率低。 2．影响扩散的因素：温度、杂质、气氛、粘度、扩散介质。 3．固相反应的定义：狭义：固相反应物之间发生化学反应生成新的固相产物的过程。广义：凡是有固相参与的化学反应都可称为固相反应。 特点：①多数固相反应是发生在两种或两种以上组分界面上的非均相反应；

高性能陶瓷材料制备工艺的新技术与新方法

高性能陶瓷材料制备工艺的新技术与新方法 随着科技的进步和工业的发展，高性能陶瓷材料在各个领域得到了广泛应用。传统的陶瓷材料存在着制备过程复杂、成本高、尺寸难控制等问题，因此，研发新技术和新方法是提高陶瓷材料制备工艺性能的关键。 首先，化学合成法是一种制备高性能陶瓷材料的重要方法。传统的制备工艺通常采用高温烧结方法，存在能耗高、设备复杂等问题。而化学合成法通过溶液中的化学反应进行材料合成，可以在低温下制备出高纯度、均匀分散的纳米颗粒。这种方法相对简单且能耗低，有利于提高陶瓷材料的性能，并且可以实现针对性的控制材料的形貌和尺寸。例如，溶胶-凝胶法是一 种常用的化学合成方法，通过水解和缩聚反应制备出陶瓷材料的前驱体，并通过热处理转化为陶瓷材料。此外，溶胶凝胶法还可以控制前驱体的成分和结构，获取不同性能的陶瓷材料。 其次，电场辅助法是一种新兴的制备高性能陶瓷材料的技术。这种方法是通过外加电场影响材料的结晶过程，实现陶瓷材料晶粒的定向排列和尺寸的控制。通过电场辅助法可以制备出具有优异力学性能、高介电性能和磁性功能的陶瓷材料。例如，电场辅助烧结法是一种通过应用外加电场促进陶瓷材料的烧结过程，实现晶粒的定向排列和尺寸的控制。这种方法可以提高材料的致密度和力学性能，并且制备出具有优异的导热性能和磁性能的材料。 此外，激光选择性烧结技术是一种非常有前景的高性能陶瓷材料制备方法。该方法利用激光束对材料进行选择性烧结，实现

二维和三维结构的精确控制。激光选择性烧结技术具有制备复杂形状和高精度材料的优势，特别适用于制备微纳米尺度的陶瓷材料。例如，通过激光选择性烧结技术可以制备出具有高光学透明性和低热膨胀系数的陶瓷材料，这在光电子领域有重要应用。 综上所述，化学合成法、电场辅助法和激光选择性烧结技术是近年来发展起来的新技术和新方法，可以有效地提高高性能陶瓷材料的制备工艺。这些方法具有制备过程简单、能耗低、成本较低和材料性能优越的特点，为高性能陶瓷材料的发展开辟了新的途径。随着技术的不断创新和推进，相信在不久的将来，高性能陶瓷材料的制备工艺将实现更大的突破和发展。除了化学合成法、电场辅助法和激光选择性烧结技术，还有一些其他的新技术和新方法也被应用于高性能陶瓷材料的制备工艺中。 一种新兴的技术是溶胶凝胶注模技术。这种方法利用溶胶凝胶溶液的流变性质，在3D打印机械上进行直接注射成型，可以 制备出复杂形状和多孔结构的陶瓷材料。这个过程主要包括溶胶凝胶形成、注射成型和烧结三个步骤。溶胶凝胶的形成是通过调整溶胶中的溶质浓度、溶剂性质和pH值等控制的。注射 成型过程通过控制注射速度、压力和模具温度等参数，实现了复杂形状和微尺度多孔结构的制备。烧结过程通过适当的温度和时间控制，进一步提高材料的致密度和性能。 另一种新技术是等静压烧结法。该方法通过提供高温和高压的环境，在短时间内实现粉末颗粒的高度致密化。等静压烧结技术具有高压、高温和高速烧结的特点，能够提供高密度和细粒

新型材料的制备与应用分析

新型材料的制备与应用分析 随着科技进步的不断推进，新型材料的制备与应用越来越受到人们的关注。新型材料的出现，不仅仅意味着科技的进步，更是未来产业和经济竞争的重要领域。本文将从制备和应用两个方面分析新型材料的发展。 一、新型材料的制备 新型材料的制备是新材料研究的重要环节，只有研究出先进的制备技术，才能推动新型材料的研发和产业化。以下是几种常见的新型材料制备技术。 1. 材料合成技术 生物材料、高分子材料等材料合成技术，在材料科学研究中有着重要的地位。常见的材料合成技术包括化学法、物理法和生物法。其中，化学法合成材料通常采用溶胶-凝胶法、水热法、静电纺丝法等技术。物理法则主要采用蒸发挥发法、高能物理法和热释放法等。生物法主要是利用生物途径制备新材料，例如生物合成、酶催化等技术。 2. 材料表面技术 材料表面技术主要是通过对表面材料的改变来提高材料的性能和效率。目前常用的表面技术包括等离子体表面处理、电子束处理、激光处理、化学气相沉积和物理气相沉积等技术。这些表面技术的主要功能是提高材料的表面活性，改变表面化学成分，增加表面光学性能等。 3. 纳米材料制备技术 纳米材料是目前新型材料中的一个研究热点，主要因为它的特殊性能。纳米材料制备技术包括氢氧化物共沉淀法、化学还原法、微波法、物理法等。其中，氢氧化物共沉淀法是较为简便的一种制备方法，同时也具有较高的制备效率和可控性。

二、新型材料的应用 随着新型材料的发展，其在各种领域有着广泛的应用。以下是几种常见的新型 材料应用场景。 1. 智能材料 智能材料可以自主地感知和响应外界刺激，例如变色材料、智能涂料和智能纤 维等。随着人工智能技术的不断发展，智能材料也越来越广泛地应用于科技领域和工业领域。 2. 光学材料 光学材料是具有特殊光学性质的材料，例如光学纤维、光纤和光纤放大器等。 这些材料在大数据、物联网和通信等领域有着广泛的应用。 3. 生物材料 生物材料是指能够与生物体相容的材料，例如骨水泥、果冻状物和生物义齿等。生物材料广泛应用于医疗器械、组织工程和医疗产品等领域。 4. 高分子材料 高分子材料是指由高分子聚合物制成的材料，例如塑料、橡胶和纤维等。高分 子材料在电子、汽车和建材等领域有着广泛的应用，同时也成为了重要的环保材料。 总之，新型材料的制备和应用正在快速发展，它们的出现推动了科技进步，也 让我们的生活更加便利和智能。未来，新型材料的创新将会继续支撑着科技领域的创新和产业发展。

材料合成与制备技术朱继平版期末考试

材料合成与制备技术朱继平版期末考试 1/解释下列术语 (1）金属基复合材料 以金属或合金为基体，并以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料。按所用的基体金属的不同，使用温度范围为350~1200°C. (2)自蔓延高温合成 自蔓延高温合成又称为燃烧合成技术，是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术，当反应物一旦被引燃，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全，是制备无机化合物高温材料的一种新方法。 (3)物理气相沉积 物理气相沉积技术表示在真空条件下，采用物理技法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。 (4)分子束外延 分子束外延(MBE）是新发展起来的外延制膜方法，也是一种特殊的真空镀膜工艺。外延是一种制备单晶薄膜的新技术，它是在适当的衬底与合适的条件下，沿衬底材料晶轴方向逐层生长薄膜的方法。

(5）化学气相沉积 化学气相沉积（简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。与之相对的是物理气相沉积(PVD). 化学气相沉积是一种制备材料的气相生长方法，它是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室，借助空间气相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜的工艺技术。 2/回答下列问题 ⑴)解释材料合成、制备及加工的定义、内涵和区别？ 材料合成是指通过一定的途径，从气态、液态或固态的各种不同原材料中得到化学上不同于原材料的新材料的过程。 材料加工则是指通过一定的工艺手段使现有材料在物理上或形状上处于和原材料不同的状态(但化学上完全相同)的过程。比如从体块材料中获得薄膜材料，从非品材料中得到晶态材料，通过铸、锻、焊成型等。 材料制备则包含了材料合成和材料加工的前部分内容（化学上不同于原材料的新材料以及材料物理状态、组合方式改变，但化学上保持不变)，不涉及部件成型。 (2)简述薄膜材料合成与制备的常用方法及其特点？

新材料合成制备技术知识点

第一部分无机合成的基础知识 知识点：溶剂的作用与分类 例如：根据溶剂分子中所含的化学基团，溶剂可以分为水系溶剂和氨系溶剂根据溶剂亲质子性能的不同，可将溶剂分为碱性溶剂、酸性溶剂、两性溶剂和质子惰性溶剂。 例如：丙酮属于（）溶剂：A 氨系溶剂 B 水系溶剂 C 酸性溶剂 D 无机溶剂 进行无机合成，选择溶剂应遵循的原则： （1）使反应物在溶剂中充分溶解，形成均相溶液。 （2）反应产物不能同溶剂作用 （3）使副反应最少 （4）溶剂与产物易于分离 （5）溶剂的纯度要高、粘度要小、挥发要低、易于回收、价廉、安全等 试剂的等级及危险品的管理方法 例如酒精属于（） A 一级易燃液体试剂B二级易燃液体试剂C三级易燃液体试剂D四级易燃液体试剂 真空的基本概念和获得真空的方法

低温的获得及测量 高温的获得及测量 第二部分溶胶-凝胶合成 溶胶－凝胶法：用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解/醇解、缩聚化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了

失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。 金属醇盐是介于无机化合物和有机化合物之间的金属有机化合物的一部分，可用通式M(OR)n来表示。M是价态为n的金属，R代表烷基。 *金属醇盐可看作是醇ROH中羟基的H被金属M置换而形成的一种诱导体 *金属氢氧化物M（OH）n中羟基的H被烷基R置换而成的一种诱导体。 *金属醇盐具有很强的反应活性，能与众多试剂发生化学反应，尤其是含有羟基的试剂。 例如：关于溶胶-凝胶合成法中常用的金属醇盐，以下说法错误的是(D ) A金属醇盐可看作是醇ROH中羟基的H被金属M置换而形成的一种诱导体 B金属醇盐可看作是金属氢氧化物M(OH)n中羟基的H被烷基R置换而成的一种诱导体。 C金属醇盐具有很强的反应活性，能与众多试剂发生化学反应，尤其是含有羟基的试剂。 D 异丙醇铝不属于金属醇盐 溶胶-凝胶合成法的应用 溶胶一凝胶法作为低温或温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法，在软化学合成中占有重要地位。在制备玻璃、陶瓷、薄膜、纤维、复合材料等方面获得重要应用，更广泛用于制备纳米粒子。 溶胶与凝胶结构的主要区别： 溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，粒子自由运动，分散的粒子大小在1～1000nm之间，，具有流动性、无固定形状。凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，无流动性，有固定形状。 溶胶-凝胶合成法的特点： （1）能与许多无机试剂及有机试剂兼容，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。反应过程及凝胶的微观结构都较易控制，大大减少了副反应，从而提高了转化率，即提高了生产效率。 （2）对材料制备所需温度可大幅降低，形成的凝胶均匀、稳定、分散性好，从