材料合成与制备—韩惠敏版

1、共沉淀法

沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合液中加人适当的沉淀剂制备前驱体沉淀物,再将沉淀物进行干燥或锻烧，从而制得相应的粉体颗粒。

共沉淀法是指在溶液中含有两种或多种阳离子，它们以均相存在于溶液中，加入沉淀剂，经沉淀反应后，可得到各种成分的均一的沉淀，它是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法。

2、水热合成法

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

水热合成：在水体系中进行。即在一定温度(100～1000℃)和压力(1～100MPa)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条件下,由于反

应处于分子水平,反应性提高,因而水热反应可以替代某些高温固相反应。又

由于水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,

因而可以创造出其它方法无法制备的新化合物和新材料。它的优点：所的

产物纯度高，分散性好、粒度易控制。

3、化学气相沉积（CVD）

气相沉积：利用气态或蒸气态的物质在气相或气固界面上反应生成固态沉积物的一类技术化学气相沉积：热CVD，等离子体CVD，激光CVD

一种或数种反应气体在热、激光、等离子体等作用下发生化学反应析出超微粉的方法，称作化学气相沉积法（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）。

4、Ostwald Ripening

Ostwald ripening是一种材料生长的机理，简单点说就是材料从分子阶段开始，首先形成一定尺寸的晶核，然后所有的分子都依附于晶核生长，这个阶段不会再形成新的晶核了，只是晶核生长的越来越大。最经典的一种，就是“从液态转变为固态的过程首先要成核，然后生长，这个过程叫晶粒的成核长大。晶粒内分子、原子都是有规则地排列的，所以一个晶粒就是单晶”。

5、Oriented attachment ripening

多个取向不一致的单晶纳米颗粒，通过粒子的旋转，使得晶格取向一致，然后通过定向附着生长（oreinted attachment）使这些小单晶生长成为一个大单晶。（Banfiled又提出了一种新的晶体生长机制也能形成单晶结构，oriented ttachment, 多个取向不一致的单晶纳米颗，通过粒子的旋转，使得晶格取向一致，向后通过定向附着生长（oreinted attachment）使这些小单晶生长成为一个大单晶，当然定向附着的过程出难免会出现一些位错和缺陷，这种生长机理形成的单晶的特点同Ostwald ripening不同，OR形成的单晶大多是规则的，给材料本身晶体结构相关，而OA形成的单晶结构在形貌上则没有限制，任何形状和结构的单晶材料都能通过此机理形成）

6、介电常数

介电常数 ：描述分子被电场极化的能力，也可以认为是样品阻止微波能通过能力的量度（或介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一

个系数，以字母ε表示，单位为法/米(F/m) 定义为电位移D和电场强度E

之比，ε=D/Ε）。

7、烧结

烧结末或压坯粉在低于主要组分熔点温度下加热，使颗粒间产生连接，以提高制品性能的方法。

宏观定义：在高温下（低于熔点），陶瓷生坯固体颗粒的相互键联，晶粒长大，空隙(气孔)和晶界渐趋减少，通过物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最

后成为具有某种显微结构的致密多晶烧结体，这种现象称为烧结。

微观定义：固态中分子（或原子）间存在互相吸引，通过加热使质点获得足够的能量进行迁移，使粉末体产生颗粒黏结，产生强度并导致致密化和再结晶的过

程称为烧结。

粉体材料成型后，用热、微波等方式将其烧结成固体材料。对陶瓷生坯进行高温焙烧，使之发生质变成为陶瓷产品的过程，也称烧结。目的是去除坯体内所含溶剂、粘结剂、增塑剂等，并减少坯体中的气孔，增强颗粒间的结合强度。

8、物理气相沉积

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition ，简称PVD)：物理气相沉积是通过蒸发，电离或溅射等过程，产生金属粒子并与反应气体反应形成化合物沉积在工件表面。物理气相沉积方法有真空镀，真空溅射和离子镀三种，目前应用较广的是离子镀。如真空蒸发法、溅射法、离子镀等

“物理气相沉积” 通常指满足下面三个步骤的一类薄膜生长技术:

1.所生长的材料以物理的方式由固体转化为气体

2.生长材料的蒸汽经过一个低压区域到达衬底

3.蒸汽在衬底表明上凝结，形成薄膜

9、真空

“真空”是指在指定的空间内压力低于101325Pa的气体状态

“真空度”用来表示真空状态下气体的稀薄程度，通常用压力表示。

10、Langmuir-Blodgett制膜法

LB法建立的一种单分子膜制备技术：在水-气界面上将不溶解的成膜材料分子加以紧密有序排列，形成单分子膜，然后再转移到固体衬底上的制膜技术。

11、功能材料

功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。

12、材料的纳米效应

纳米效应就是指纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点。其特有的效应：表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。

（1）小尺寸效应：由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。在熔点，磁

性，热阻，电学性能，光学性能，化学活性和催化性等都较大尺度颗粒发生了

变化，产生一系列奇特的性质。

（2）表面与界面效应：随着颗粒的直径的减小，表面积和比表面积都将会显著地增大，表面原子数也将迅速增加。表面原子具有高的活性，且极不稳定，它们很容易与外

来的原子相结合，形成稳定的结构。

（3）量子尺寸效应：当粒子尺寸下降到最低值时,费米能级附近的电子能级会由准连续变为离散能级。纳米微粒的声、光、电、磁、热以及超导性与宏观特性有着显著的不

同,这被称为量子尺寸效应。

（4）宏观量子隧道效应：隧道效应是指微观粒子具有贯穿势垒的能力,人们发现一些宏观量,如

磁化强度、量子相干器中的磁通量等具有隧道效应,称之为宏观量子隧

道效应。

13、分子束外延（MBE）制备纳米薄膜的原理及其特点。

外延就是在一定的单晶体材料衬底上沿着衬底的某个指数晶面向外延伸生长一层单晶暴膜

基本原理：是在超高真空的条件下利用Kunsen蒸发器中的蒸发出的分子束或原子束在真空室中不受碰撞直接沉积在衬底表面，沿着原来衬底的晶格方向进行生长的一种方法。

特点：

1)超高真空条件下生长，残余气体分压小，杂质污染少、外延膜纯度高；

2)生长速率低（0.1-2.0μm/h），在合适的生长条件下能实现二维层状生长，可精确的控制单原

子层厚度的生长和获得原子级平整的表面和界面；

3)生长温度低、扩散效应小，可获得十分陡变的掺杂分布和异质界面；

4)可任意改变外延层的组分、掺杂和连续生长复杂的多层异质结构。利用异质材料的晶格失配

应力和不同晶向上材料的生长速率不同，可直接生长出不同维度的低维纳米材料；

5)在生长过程中，可利用配置在生长室上的高能电子衍射仪等表面分析手段，原位观察研究外

延表面的结构和生长机理；

6)可将MBE设备与其他某些半导体工艺设备进行真空连接，使材料生长、蒸发、镀膜、注入

和刻蚀等，半导体器件制造工艺全部在真空中连续进行。

14、冷冻干燥法制备材料的步骤及其特点。

步骤：

1)首先要配制成所要求浓度的盐水溶液

2)用玻璃制喷嘴把配好的盐水溶液喷射到被致冷剂冷却的冷浴中，急速冷冻

3)把冷冻物放入预先冷却的烧瓶中，迅速接入真空系统。边冷冻，边减压排气，随即加热，

使冰升华

4)冷冻干燥物在一定温度下进行煅烧热分解，即得到所要求的化合物粉末

特点：

①盐的水溶液易配制，与沉淀相比，由于不添加沉淀剂，可避免杂质的混入。

②因为冷冻的液滴中仍保存着溶液中的离子混合状态，所以组成不发生分离，可实现

原子级的完全混合。

③用冷冻干燥法制备无水盐的工艺简单，此无水盐的热分解温度与其他方法制备的无

水盐相比要低得多，还可避免水合盐溶化的问题。

④用冷冻干燥法能得到多孔质粉体，热分解时气体放出容易，利用流动床煅烧时，气

体透过性好。

⑤用该法得到微粒子的大小为0.1～0.5μm

15、图示Sol-Gel 法制备纳米颗粒的过程。

一般是先用金属无机盐或金属醇盐在一定的溶剂中超过慢速水解的方法制备成胶体溶液，再通过浸涂法或旋涂法等在衬底上制备形成薄膜，溶胶法制备薄膜。

16、建筑陶瓷的基本制造工艺流程图。

17、陶瓷注浆坯料中陈腐的作用。

1) 通过毛细管的作用使泥料中水分更加均匀分布。

2) 粘土颗粒充分水化和离子交换； 一些硅酸盐矿物(如白云母、绿泥石和末风化的长石等)

长期与水接触发生水解转变为粘土物质，从而提高可塑性。

3) 增加腐植酸物质的含量，改善泥料肋成型性能。

4) 发生一些氧化与还原反应，使泥料松散而均匀。

18、化学气相沉积的特点。

1) 在中温和高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而沉积固体

2) 可以在大气压(常压)或者低于大气压(低压)下进行沉积。一般来说低压效果要好些。

3) 采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应，可在较低的温度下进行沉积。

4) 镀层的化学成分可以改变，从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。

5) 可以控制镀层的密度和纯度。

6)绕镀性好，可以在复杂形状的基体上镀制。

7)气流条件通常是层流的，在基体表面形成厚的边界层。

8)沉积层通常具有柱状晶结构，不耐弯曲。但通过各种技术对化学反应进行气相扰动，可

以得到细晶粒的等轴沉积层。

9)可以形成多种金属、合金、陶瓷和化合物镀层。

19、水热与溶剂热合成化学的特点。

水热与溶剂热合成化学：研究物质在高温和密闭或高压条件下溶液中的化学行为与规律。

1)由于反应物反应性能的改变、活性的提高，水热与溶剂热合成法有可能代替固相反应以

及难于进行的合成反应，并产生一系列新的合成方法。

2)由于中间态、介稳态以及特殊物相易于生成，因此能合成特种介稳结构、特种凝聚态的

新合成产物。

3)能够使低熔点化合物、高蒸气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)水热与溶剂热的低温、等压、溶液条件，有利于生长极少缺陷、取向好、完美的晶体，

且合成产物结晶度高以及易于控制产物晶体的粒度。

5)由于易于调节水热与溶剂热条件下的环境气氛，因而有利于低价态、中间价态与特殊价

态化合物的生成，并能均匀地进行掺杂。

20、硅酸盐水泥的主要生产原料有那些，画出其生产工艺流程图。

生产硅酸盐水泥的原料，主要是石灰质和粘土质两类原料。为了补充铁质及改善煅烧条件，还可加入适量铁粉、萤石等。

21、获得低温的途径。

相变致冷

热电致冷

等焓与等熵绝热膨胀

绝热去磁等

组元复合材料的复合类型。

根据自己的研究方向，详细论述一种材料的发展现状、应用背景、制备工艺以及前景，要求字迹工整、条理清晰，不少于500字。（格式要求：规范写出题名、作者名、通讯单位地址、正文和结论）

《材料合成与制备方法》教学大纲

《无机材料合成》实验教学大纲 课程名称：无机材料合成 课程编号：0 总学时：36 适用对象：材料化学本科专业 一、教学目的和任务： 《无机材料合成》是材料化学专业的一门必修课。本课程的任务是通过各种教学环节，使学生掌握单晶材料的制备、薄膜的制备、非晶态材料制备、复合材料的制备、功能陶瓷的合成与制备、结构陶瓷的制备、功能高分子的制备、催化材料制备、低维材料制备等，使学生获得先进材料合成与制备的基础知识，毕业后可适应化工材料的科学研究与技术开发工作。 二、教学基本要求： 在全部教学过程中，应始终坚持对学生进行实验室安全和爱护公物的教育；简单介绍有效数字和误差理论；介绍正确书写实验记录和实验报告的方法以及基本操作和常规仪器的使用方法。无机材料的制备方法、薄膜制备的溶胶-凝胶法、纳米晶的水热合成法、纳米管的气相沉积法的原理和基本操作方法，材料结构表征和性能测试的结果的正确分析，并在此基础上研究材料结构和性能的关系。培养学生的实际动手操作能力；深刻领会课本所学的理论知识，具有将理论知识应用于实践中的能力。 三、教学内容及要求 实验一无机材料合成(制备)方法与途径 实验仪器：计算机 实验内容：认识无机材料合成中的各种元素、化学反应；相关中外文摘、期刊的查阅方法。 实验要求：了解无机材料合成的基本方法、途径与制约条件 实验二晶体合成 实验仪器：磁力搅拌器、烧杯 实验内容：晶体的生长 实验要求：了解晶体的基本分类与应用；熟悉晶体生长的基本原理；重点掌握晶体合成的技术与方法。 实验三薄膜制备 实验仪器：压电驱动器、磁力搅拌器、烧杯 实验内容：薄膜材料的制备 实验要求：掌握薄膜材料的分类与应用；薄膜与基材的复合方法、途径以及制约条件； 实验四胶凝材料的制备

(完整word版)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。 一、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。 二、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

无机材料合成与制备复习纲要

材料合成与制备复习纲要 我们不是抄答案，我们只做知识的搬运工。 ——无机复习提纲编辑协会宣言试卷构成：填空：15 分 选择：7*2=14 分（共7 题，一题2 分） 名词解释：5*3=15 分（共5 题，一题3分） 问答题：8+12*4=56（第一题8 分，其余四道题每题12 分）注：划线知识点为李老师审阅后所加，疑为重点，望各位复习时多加注意第1 章：经典合成方法 1实验室常用的加热炉为：高温电阻炉 2电炉分为：电阻炉，感应炉，电弧炉，电子束炉 3电阻发热材料的最高工作温度：硅碳棒1400C、硅化钼棒1700C、钨丝1700C 真空、 5氧化物发热体：在氧化气氛中，氧化物发热体是最为理想的加热材料。 6影响固相反应的因素: （1）反应物化学组成与结构，反应物结构状态（2）反应物颗粒尺寸及分布影响。 7化学转移反应：把所需要的沉积物质作为反应源物质，用适当的气体介质与之反应，形成一种气态化合物，这种气态化合物通过载气输运到与源区温度不同的沉积区，再发生逆反应，使反应源物质重新沉积出来，这样的反应过程称为化学转移反应。 8化学转移反应条件源区温度为T2,沉积区温度为T1:如果反应是吸热反应，则 r H m为正，当T2>T1时，温度越高，平衡常数越大，即从左往右反应的平衡常数增大，反应容易进行，物质由热端向冷端转移，即源区温度应大于沉积区温度，物质由源区转移至沉积区。如果反应为放热反应，r H m为负，则应控制源区温度T2 小于沉积区温度T1,这样才能实现物质由源区向沉积区得转移。如果r H m近似为0, 则不能用改变温度的方法来进行化学转移。 9低温合成中，低温的控制主要有两种方法：①恒温冷浴②低温恒温器 10高压合成：就是利用外加的高压力，使物质产生多型相转变或发生不同物质间的化合，从而得到新相，新化合物或新材料。 种类：①静态高温高压合成方法②动态高温高压合成方法 第2 章：软化学合成方法 1软化学合成方法: 通过化学反应克服固相反应过程中的反应势垒，在温和的反应条件下和缓慢的反应进程中，以可控制的步骤逐步地进行化学反应，实现制备新材料的方法。2软化学法分类：溶胶——凝胶法，前驱物法，水热/ 非水溶剂热合成法，沉淀法，支撑接枝工艺法，微乳液法，微波辐射法，超声波法，淬火法，自组装技术，电化 3绿色化学：主要特点是“原子经济性” ，即在获取新物质的转换过程中充分利用原料中的每个原子，实现化学反应中废物的“零排放” 。因此，既可充分利用资源又不污染环境。 4软化学与绿色化学的关系：两者关系密切，但又有区别。软化学强调的是反应条件的温

材料合成与制备方法(金属篇) 复习总结

材料合成与制备方法（金属篇） 第一章单晶材料的制备 1.单晶体经常表现出电、磁、光、热等方面的优异性能，广泛用于现在工业的诸多领域。 2.固—固生长法即是结晶生长法。其主要优点是，能在较低的温度下生长；生长晶体的形状是预先固定的。缺点是难以控制成核以形成大晶粒。 3.结晶通常是放热过程的证明：对任何过程有△G=△H-T△S,在平衡态时△G=0，即 △H=T△S。这里△H是热焓的变化，△S是熵变，T是绝对温度。由于在晶体生长过程中，产物的有序度要比反应物的有序度要高，所以△S<0，△H<0，故结晶通常是放热过程。 4.应变是自发过程，而退火是非自发过程的证明：对于未应变到应变过程，有△E1-2=W-q,这里W是应变给予材料的功，q是释放的热，且W>q。△H1-2=△E1-2+△（pv），由于△（pv）很小，近似得△H1-2=△E1-2。而△G1-2=△H1-2-T△S=W-q-T△S，在低温下T△S可忽略，故△G1-2=W-q>0。因此使结晶产生应变不是一个自发过程，而退火是自发过程。（在退火过程中提高温度只是为了提高速度） 5.再结晶驱动力：经过=塑性变形后，材料承受了大量的应变，因而储存大量的应变能。在产生应变时，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。应变退火再结晶推动力可以由下式给出：△=W-q+G S+△G0。这里W是产生应变或加工时所做的功，q是作为热而释放的能量，G S是晶粒的表面自由能，△G0是试样中不同晶粒取向之间的自由能差。 6.晶粒长大的过程是：形核—焊接—并吞。其推动力是储存在晶粒间界的过剩自由能的减少，因此晶界间的运动起着缩短晶界的作用，晶界能可以看做晶界之间的一种界面张力，而晶粒的并吞使这种张力减小。 7.若有一个晶粒很细微的强烈的织构包含着几个取向稍微不同的较大的晶体，则有利于二次再结晶。再结晶的驱动力是由应变消除的大小差异和欲生长晶体的取向差异共同提供的。 8.在应变退火中，通常在一系列试样上改变应变量，以便找到退火期间引起一个或多个晶粒生长所必须的最佳应变量或临界应变。一般而言，1%~10%的应变足够满足要求，相应的临界应变控制精度不高于0.25%. 9.均匀形核：形成临界晶核时，液、固相之间的自由能差能供给所需要的表面能的三分之二，另三分之一则需由液体中的能量起伏提供。△G*=1/3A**σ。

材料制备与合成

《材料制备与合成[料]》课程简介 课程编号：02034916 课程名称：材料制备与合成/Preparation and Synthesis of Materials 学分: 2.5 学时：40 （课内实验(践)：0 上机：0 课外实践：0 ） 适用专业：材料科学与工程 建议修读学期：6 开课单位：材料科学与工程学院材料物理与化学系 课程负责人：方道来 先修课程：材料化学基础、物理化学、材料科学基础、金属材料学 考核方式与成绩评定标准：期末开卷考试成绩（占80%）与平时考核成绩（占20%）相结合。 教材与主要参考书目： 教材：《材料合成与制备》. 乔英杰主编.国防工业出版社，2010年. 主要参考书目：1. 《新型功能材料制备工艺》, 李垚主编. 化学工业出版社，2011年. 2. 《新型功能复合材料制备新技术》.童忠良主编. 化学工业出版社，2010年. 3. 《无机合成与制备化学》. 徐如人编著. 高等教育出版社, 2009年. 4. 《材料合成与制备方法》. 曹茂盛主编. 哈尔滨工业大学出版社，2008年. 内容概述： 本课程是材料科学与工程专业本科生最重要的专业选修课之一。其主要内容包括：溶胶-凝胶合成法、水热与溶剂热合成法、化学气相沉积法、定向凝固技术、低热固相合成法、热压烧结技术、自蔓延高温合成法和等离子体烧结技术等。其目的是使学生掌握材料制备与合成的基本原理与方法，熟悉材料制备的新技术、新工艺和新设备，理解材料的合成、结构与性能、材料应用之间的相互关系，为将来研发新材料以及材料制备新工艺奠定坚实的理论基础。 The course of preparation and synthesis of materials is one of the most important specialized elective courses for the undergraduate students majoring in materials science and engineering. It includes the following parts: sol-gel method, hydrothermal/solvothermal reaction method, CVD method, directional solidification technique, low-heating solid-state reaction method, hot-pressing sintering technique, self-propagating high-temperature synthesis, and SPS technique. Its purpose is to enable students to master the basic principles and methods of preparation and synthesis of materials, and grasp the new techniques, new processes and new equipments, and further understand the relationship among the synthesis, structure, properties and the applications of materials. The course can lay a firm theoretical foundation for the research and development of new materials and new processes in the future for students.

材料合成与制备

材料合成与制备 《材料合成与制备》课程教学大纲一、课程说明 (一)课程名称、所属专业、课程性质、学分; 课程名称:材料的合成与制备 所属专业:材料化学 课程性质:专业必修课 学分:2学分(36学时) (二)课程简介、目标与任务、先修课与后续相关课程; 课程简介: 材料的合成与制备课程是介绍现代材料制备技术的原理、方法与技能的课程，是材料化学专业一门重要的专业必修课程。 目标与任务:通过本课程的学习，使学生掌握材料制备过程中涉及的材料显微组织演化的基本概念和基本规律;掌握材料合成与制备的基本途径、方法和技能;掌握目前几种常见新材料制备方法的发展、原理、及制备工艺;培养学生树立以获取特定材料组成与结构为目的材料科学研究核心思想，培养学生发现、分析和解决问题的基本能力，培养创新意识，为今后的材料科学相关生产实践和科学研究打下坚实的基础。 先修相关课程: 无机化学、有机化学、物理化学、材料科学基础 (三)教材与主要参考书 教材:自编讲义 主要参考书: 1. 朱世富，材料制备科学与技术，高等教育出版社，2006

2. 许春香，材料制备新技术，化学工业出版社，2010 3. 李爱东，先进材料合成与制备技术，科学出版社，2013 1 二、课程内容与安排 第一章引言 1.1 材料科学的内涵 1.2 材料科学各组元的关系 (一)教学方法与学时分配 讲授，2学时。 (二)内容及基本要求 主要内容:材料科学学科的产生、发展、内涵;材料科学与工程学科的四个基本组元:材料的合成与制备、材料的组成与结构、材料的性质与性能、材料的使用效能;材料科学四组元的相互关系。 【掌握】:材料科学学科的内涵、材料科学学科的四组元、四组元间的相互关系。 【了解】:几个材料合成与制备导致不同组成与结构并最终决定性质与性能的科研实例。 【难点】:树立以获取特定材料组成与结构为核心的学科思想。第二章材料合成与制备主要途径概述 2.1 基于液相-固相转变的材料制备 2.3 基于固相-固相转变的材料制备 2.4 基于气相-固相转变的材料制备 (一)教学方法与学时分配 讲授，2学时。

材料合成与制备

第1章溶胶－凝胶法(Sol-gel method) ?胶体:分散相粒径很小的胶体体系,分散相质量忽略不计, 分子间作用力主要为短程作用力. ?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，分散的粒子大小在1～100nm之间。 ?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，凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。 ?溶胶－凝胶法：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。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。 ?水解度：是水和金属醇盐的物质的量之比。 ?老化时间：从凝胶开始到凝胶干燥前的时间称为老化时 间 ?利用溶胶凝胶法制备陶瓷粉体材料所具有的优点？ 1.工艺简单,无需昂贵设备; 2.对于多组元系统,该法可以大大增加化学均匀性; 3.易于控制,凝胶微观结构可调控; 4.掺

杂范围广,化学计量准确,易于改性;5产物纯度高,烧结温度低. 第二章水热与溶剂热合成 ?水热法(Hydrothermal Synthesis)，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。 ?溶剂热法（Solvothermal Synthesis）：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。 ?原为结晶：当选用常温常压下不可溶的固体粉末、凝胶 或沉淀为前驱物时，如果前驱物和晶相的溶解度相差不是很大时，或者“溶解-结晶”的动力学速度过慢，则前驱物可以经过脱去羟基（或脱水），原子原位重排而转变为结晶态。 ? 一。溶剂热合成的优点： 1.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； 2.非水溶剂的采用使得溶剂热法可选择原料范围大大扩

材料合成与制备期末复习题

第零章绪论 1.材料合成：材料合成是指促使原子或分子构成材料的化学或物理过 程； 2.材料制备：材料制备是指研究如何控制原子与分子使其构成有用的 材料，但材料制备还包括在更为宏观的尺度上控制材料的 结构，使其具备所需的性能和使用效能。 3.材料合成与制备的最终目标是：制造高性能、高质量的新材料以满 足各种构件、物品或仪器等物件的日益发展的需求。 4.材料合成与制备的发展方向：材料的高性能化、复合化、功能化、 低维化、低成本化、绿色化； 5.影响热力学过程自发进行方向的因素：（1）能量因素；（2）系统的 混乱度因素； 6.隔离系统总是自发的向着熵值增加的方向进行。 7.论述反应速率的影响因素： （1）浓度对反应速率的影响： 对于可逆反应，增加反应物浓度可以使平衡向产物方向移动，因此，提高反应物浓度是提高产率的一个办法，但如果反应物成本很高，将反应物之一在生成后立即分离出去或转移到另一相中去，也是提高反应产率的一个很好的办法。对于有气相的反应，如果反应前后气体物质的反应计量数不等，则增加压力会有利于反应向气体计量数小的方向进行。另外，对于多个反应同时进行的反应，则应按主反应的情况来控制反应物的配比； （2）温度对反应速率的影响： 对于一个可逆反应，正反应吸热，则逆反应就放热；如果正反应放热，则逆反应就吸热，升高温度有利于反应向吸热方向进行，不利于放热

反应；对于放热反应，用冷水浴或冰浴使其降温的办法有利于反应的进行，但影响反应速率。实际生产中，要综合考虑单位实际内的产量和转化率同时进行； （3）溶剂等对反应速率的影响：溶剂在反应中的作用：一是提供反应的场所，二是发生溶剂化效应。溶剂最重要的物理效应即溶剂化作用，化学效应主要有溶剂分子的催化作用和容积分子作为反应物或产物参与了化学反应。若溶剂分子与反应物生成不稳定的溶剂化物，可使反应的活化能降低，加快反应速率；若生成稳定的溶剂化物，则使反应活化能升高，降低反应速率；若生成物与溶剂分子生成溶剂化物，不论它是否稳定，都会使反应速率加快。 第一章溶胶-凝胶法 1.溶胶（Sol）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。 2.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。 3.溶胶－凝胶法：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，通过抑制各种化学反应条件，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。 4.粒子间的两个力：（1）颗粒间的范德华力；（2）双电层静电排斥能 5.增加粒子间能垒通常有三个基本途径：(1)使胶粒带表面电荷；(2) 利用空间位阻效应；(3)利用溶剂化效应。 6.由溶胶制备凝胶的具体方法：

无机材料合成与制备复习纲要

料合成与制 备复习纲要 我们不是抄答案，我们只做知识的搬运工。 ——无机复习提纲编辑协会宣言 试卷构成： 填空：15 分 选择：7*2=14 分（共7 题，一题2 分）名词解释：5*3=15 分（共5 题，一题3 分）问答题：8+12*4=56（第一题8 分，其余四道题每题12 分）注：划线知识点为李老师审阅后所加，疑为重点，望各位复习时多加注意第1 章：经典合成方法 1实验室常用的加热炉为：高温电阻炉 2电炉分为：电阻炉，感应炉，电弧炉，电子束炉 3电阻发热材料的最高工作温度：硅碳棒1400C、硅化钼棒1700 C、钨丝1700C 真空、 5氧化物发热体：在氧化气氛中，氧化物发热体是最为理想的加热材料。 6影响固相反应的因素: （1）反应物化学组成与结构，反应物结构状态物颗粒尺 2）反应寸及分布影响。 7化学转移反应：把所需要的沉积物质作为反应源物质，用适当的气体介质与之反应，形成一种气态化合物，这种气态化合物通过载气输运到与源区温度不同的沉积区，再发生逆反应，使反应源物质重新沉积出来，这样的反应过程称为化学转移反应。 8化学转移反应条件源区温度为T2,沉积区温度为T1 :如果反应是吸热反应， 则r H m为正，当T2> T1时，温度越高，平衡常数越大，即从左往右反应的平衡常数增大，反应容易进行，物质由热端向冷端转移，即源区温度应大于沉积区温度，物质由源区转移至沉积区。如果反应为放热反应，r H m为负，则应控制源 区温度T2小于沉积区温度T1，这样才能实现物质由源区向沉积区得转移。如果r H m近似为0,则不能用改变温度的方法来进行化学转移。 9低温合成中，低温的控制主要有两种方法：①恒温冷浴②低温恒温器 10高压合成：就是利用外加的高压力，使物质产生多型相转变或发生不同物质间的化合，从而得到新相，新化合物或新材料。 种类：①静态高温高压合成方法②动态高温高压合成方法第2章：软化学合成方法 1软化学合成方法: 通过化学反应克服固相反应过程中的反应势垒，在温和的反应条件下和缓慢的反应进程中，以可控制的步骤逐步地进行化学反应，实现制备新材料的方法。 2软化学法分类：溶胶——凝胶法，前驱物法，水热/ 非水溶剂热合成法，沉淀

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

材料合成与制备_作业习题

第一章课后习题 一、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：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。 3. 凝胶(Gel)：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. 溶胶－凝胶法(Sol-gel)：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。 5. 水解度R：水和金属醇盐物质的量比，即溶胶—凝胶反应过程中加水的量的多少。 6. 分散系：物质以一种或多种物质分散于另一种物质中的存在形式。 二、填空题 1. 溶胶通常分为亲液型和憎液型两类。 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. 计算颗粒间德华力通常用的两种模型为平板粒子模型、球型粒子模型。 6. 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。 7. 溶胶的凝胶化过程包括脱水凝胶化和碱性凝胶化两类。 8. 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。 9. 搅拌器的种类有采用电机带动搅拌叶片来进行原料混合的搅拌器和磁力搅拌 器。 10. 溶胶凝胶法中固化处理分为干燥和热处理。 11. 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。 三、说明溶胶-凝胶法的原理及基本步骤。 四、溶胶凝胶法的使用围 五、溶胶－凝胶法制备块体材料的优点 六、什么是浓缩法，什么是分散剂法？ 第二章课后习题 一、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，使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。 2、溶剂热法：将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒（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

材料合成与制备试题.

一.填空题: 1.聚合物基复合材料的制备大致可以分为4个步骤 答:增强物的铺放—确定材料形状—基体注入—基体固化。 2.均匀相成核和非均匀相成核 答:在晶体生长过程中,新相核的发生和长大称为成核过程。成核过程可分为均匀成核和非均匀成核。 所谓的均匀成核,是指在一个热力学体系内,各处的成核几率相等。由于热力学体系的涨落现象,在某个瞬间,体系中某个局部区域偏离平衡态,出现密度涨落,这时,这个小局部区域中的原子或分子可能一时聚集起来成为新相的原子集团(称为胚芽。这些胚芽在另一个瞬间可能又解体成为原始态的原子或分子。但某些满足一定条件的胚芽可能成为晶体生长的核心。如果这时有相变驱动力的作用,这些胚芽可以发展成为新的相核,进而生长成为晶体。晶核的形成存在一个临界半径,当晶核半径小于此半径时,晶核趋于消失,只有当其半径大于此半径时,晶核才稳定地长大。 所谓非均匀成核,是指体系在外来质点,容器壁或原有晶体表面上形成的核。在此类体系中,成核几率在空间各点不同。自然界中的雨雪冰雹等的形成都属于非均匀成核。 际上,在所有物质体系中都会发生非均匀成核。有目的地利用体系的非均匀成核,可以达到特殊的效果和作用。 二.名词解释: 非均匀成核:非均匀成核,是指体系在外来质点,容器壁或原有晶体表面上形成的核。 分子束外延法:实际上是改进型的三温度法。当制备三元混晶半导体化合物薄膜时,在加一蒸发源,就形成了四温度法。

模压成型法:将复合材料片材或模塑料放入金属对模中,在温度和压力作用下,材料充满模腔,固化成型,脱模制得产品的方法。 闪蒸法:把合金做成粉末或微细颗粒,在高温加热器或坩锅蒸发源中,使一个一个的颗粒瞬间完全蒸发。 真空蒸镀: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。 物理气相沉积:在真空条件下,用物理的方法,将材料汽化成原子、分子或使其电离成离子,并通过气相过程,在材料或工件表面沉积一层具有某些特殊性能的薄膜。 化学镀:通常称为无电源电镀,是利用还原剂从所镀物质的溶液中以化学还原作用,在镀件的固液两相界面上析出和沉积得到镀层的技术。 喷射成型工艺:通过喷枪将短切纤维和雾化树脂同时喷射到模具表面,经棍压、固化制得复合材料制件的方法。 短纤维沉积预成型:将短纤维预先制成与制品形状相似的疏松毡状毛坯,然后再浸渍胶液,经压紧固化而得到复合材料制品。 三.简答题 1.均匀形核必须具备的条件: 答:①必须过冷,过冷度越大形核驱动力越大; ②必须具备与一定过冷相适应的能量起伏△G* 或结构起伏r*,当△T增大时,△ G* 和r*都减小,此时的形核率增大。 2.溅射与蒸发的异同点: 答:同:在真空中进行。

材料合成与制备-作业习题

材料合成与制备-作业习题

材料合成与制备-作业习题

第一章课后习题 一、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：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。 3. 凝胶(Gel)：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. 溶胶－凝胶法(Sol-gel)：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。 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。

5. 水解度R：水和金属醇盐物质的量比，即溶胶—凝胶反应过程中加水的量的多少。 6. 分散系：物质以一种或多种物质分散于另一种物质中的存在形式。 二、填空题 1. 溶胶通常分为亲液型和憎液型两 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. 计算颗粒间范德华力通常用的两种模型为平板粒子模型、球型粒子模型。 6. 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。 7. 溶胶的凝胶化过程包括脱水凝胶化和

材料合成与制备课程教学大纲

《材料合成与制备》课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：材料的合成与制备 所属专业：材料化学 课程性质：专业必修课 学分：2学分（36学时） （二）课程简介、目标与任务、先修课与后续相关课程； 课程简介： 材料的合成与制备课程是介绍现代材料制备技术的原理、方法与技能的课程，是材料化学专业一门重要的专业必修课程。 目标与任务：通过本课程的学习，使学生掌握材料制备过程中涉及的材料显微组织演化的基本概念和基本规律；掌握材料合成与制备的基本途径、方法和技能；掌握目前几种常见新材料制备方法的发展、原理、及制备工艺；培养学生树立以获取特定材料组成与结构为目的材料科学研究核心思想，培养学生发现、分析和解决问题的基本能力，培养创新意识，为今后的材料科学相关生产实践和科学研究打下坚实的基础。 先修相关课程: 无机化学、有机化学、物理化学、材料科学基础 （三）教材与主要参考书 教材：自编讲义 主要参考书： 1. 朱世富，材料制备科学与技术，高等教育出版社，2006 2. 许春香，材料制备新技术，化学工业出版社，2010 3. 李爱东，先进材料合成与制备技术，科学出版社，2013

二、课程内容与安排 第一章引言 1.1 材料科学的内涵 1.2 材料科学各组元的关系 （一）教学方法与学时分配 讲授，2学时。 （二）内容及基本要求 主要内容：材料科学学科的产生、发展、内涵；材料科学与工程学科的四个基本组元：材料的合成与制备、材料的组成与结构、材料的性质与性能、材料的使用效能；材料科学四组元的相互关系。 【掌握】：材料科学学科的内涵、材料科学学科的四组元、四组元间的相互关系。 【了解】：几个材料合成与制备导致不同组成与结构并最终决定性质与性能的科研实例。 【难点】：树立以获取特定材料组成与结构为核心的学科思想。 第二章材料合成与制备主要途径概述 2.1 基于液相-固相转变的材料制备 2.3 基于固相-固相转变的材料制备 2.4 基于气相-固相转变的材料制备 （一）教学方法与学时分配 讲授，2学时。 （二）内容及基本要求 主要内容：材料科学学科的产生、发展、内涵；材料科学与工程学科的四个基本组元：材料的合成与制备、材料的组成与结构、材料的性质与性能、材料的使用效能；材料科学四组元的相互关系。 【了解】：材料合成与制备的三种主要途径。 【难点】：三种主要途径选择与取舍的依据。

材料合成与制备考试题

《材料合成与制备》期末测验试题 1. 解释下列术语（每题5分） （1）金属基复合材料 以或为，并以、、等为的。按所用的基体金属的不同，使用温度范围为350～1200℃。（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，采用物理方法，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）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。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（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. 简要回答下列问题（每题5分） (1) 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，从非晶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 薄膜沉积的化学方法：包括化学气相沉积，热生长，电镀，阳极氧化，化学镀，溶胶凝胶法，L-B技术等，其特点是设备简单，成本较低，甚至无需真空环境即可进行，但是化学制备、工艺控制复杂，有可能涉及高温环境。 薄膜制备的物理方法主要包括真空蒸发、溅射、离子镀及离子助沉积技术。 (3)列出从熔体制备单晶、非晶的常用方法 从熔体中制备单晶的方法主要有焰熔法、提拉法和区域熔炼法。 非晶的制备方法包括：快速凝固、铜模铸造法、熔体水淬法、抑制形核法、粉末冶金技术、自蔓延反应合成法、定向凝固铸造法等。

材料合成与制备考试题

材料合成与制备考试题 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-

《材料合成与制备》期末测验试题 1. 解释下列术语（每题5分） （1）金属基复合材料 以或为，并以、、等为的。按所用的基体金属的不同，使用温度范围为350～1200℃。 （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，采用物理方法，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）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。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（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. 简要回答下列问题（每题5分） (1) 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，从非晶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？ 薄膜沉积的化学方法：包括化学气相沉积，热生长，电镀，阳极氧化，化学镀，溶胶凝胶法，L-B技术等，其特点是设备简单，成本较低，甚至无需真空环境即可进行，但是化学制备、工艺控制复杂，有可能涉及高温环境。 薄膜制备的物理方法主要包括真空蒸发、溅射、离子镀及离子助沉积技术。(3)列出从熔体制备单晶、非晶的常用方法？

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。