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

材料合成与制备思考题

第一章 1．单晶的主要特性及应用领域，单晶的生长方法的分类？ （1）单晶内部晶格位相完全一致，各向异性。（2）应用：金刚石加工业、偏光镜、压电水晶、单晶硅板、水晶装饰等。（3）生长方法：气相生长、溶液生长、熔体生长、固相生长。 ★2．溶液生长方法分几种？他们依据的基本原理？何为水热生长法？α-水晶生长的基本过程，关键设备，优缺点及应用？ （1）分：降温法、蒸发法、凝胶法、水热生长法。（2）基本原理：将原料溶解在溶剂中，采取适当措施造成溶液的过饱和状态，使晶体在过饱和溶液的亚稳区生长，并要求在整个过程中溶液都保持在亚稳区，使析出的溶质都在籽晶上长成单晶。 降温法—改变温度；蒸发法—减少溶剂；凝胶法—化学法应控制过饱和度；亚稳相法—亚稳相控制过饱和度。（3）水热生长：在高温高压下的过饱和水溶液中结晶方法。 （4）过程：SiO2??→ ?1713四方??→?1478正交?→?870六方?→?573 三方（α-SiO2）低温固溶体。 设备：特质高压釜。 优点：生长低温固相单晶；高粘度材料；高蒸汽压材料；晶体形状完美，热应力小，宏观缺陷少。 缺点：需特制高压釜及保护措施；适当大小优质籽晶；生长过程不能观察，生长速率慢，时间长。 应用：棱镜、滤光片、偏光片。 3．逐区熔化法和泡生法的生长方法，特点，优缺点，应用？ ①逐区：生长方法：熔区被限制在一狭窄范围内，熔区向多晶原料方向移动，生长靠晶体长大和多晶原料消耗实现。 特点：体系由晶体、熔体、多晶组成，有2个固熔界面：一个结晶，一个融化。 优点：污染少，纯度高。 应用：半导体材料，硅单晶，宝石等的生产，高纯而完整的单晶硅。 ②泡生：生长方法：受冷籽晶与熔体接触，界面温度低于熔点，籽晶开始生长，降低熔体温度，晶体不断长大。 特点：晶体生长不与坩埚接触，压力减少。 4．熔体生长的方法有哪些？依据的基本原理，生长过程，适用范围及优缺点？ （1）正常凝固法：晶体提拉法、坩埚移动法（定向凝固法）、泡生法、弧溶法。 逐区熔化法：水平区熔法、垂直区熔法（悬浮区熔法）、基座法、焰熔法。 生长过程：缓慢向上提拉和转动籽晶传杆，同时缓慢降低加热功率，籽晶逐渐长粗，小心调整加热功率就能得到所需直径的晶体。（2）基本原理：将结晶物质加热到熔点以上熔化，再在一定温度梯度下冷却，用各种方式缓慢移动固液界面，使熔体逐渐凝压成晶体。（生长过程）（3）适用：现代电子、光电子所需单晶材料，如Si ，GaAs ，Al2O3等。 ★5．晶体提拉法和坩埚移动法的主要特点设备有缺点及应用？ ①提拉法特点：溶液生长，降温，蒸发，凝胶，水热生长。 设备：单晶炉、接热器、控制器、坩埚。 优点：生长速率快、纯度高、完整性好。 缺点：坩埚使熔体有污染，含易挥发物时，熔体组分控制困难，适用范围有一定的限制。 应用：适用无破坏性相变，较低蒸汽压或离解压的同成分融化的化合物或纯元素，如单晶Si 。 ②坩埚移动法特点：A.熔体在坩埚中逐渐冷却而凝固；B.坩埚可垂直或水平放置，固液界面移动一般采用移动坩埚，也可移动加热炉。 设备：特定结构的坩埚、热梯度单晶炉、程序控温设备。 优点：原料密封，成分易控制，可生长大尺寸晶体，可同时多块生长，效率高。 缺点：不适合生长冷却体积增大的材料，易引入杂质，若采用籽晶法，生长不好控制，难于观察，生长周期长。 应用：适用碱金属和碱土金属的卤族化合物，如NaI 等；半导体化合物，如AgGaSe 等。 第二章 1．何为非晶态？微观结构特征是什么？ （1）传统定义：以不同方法获得的以结构方式无序为主要特征的固体物质状态。

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.

材料合成与制备方法

材料合成与制备方法 随着科学技术的不断进步和应用领域的拓展，材料的合成和制备方法也在不断发展和创新。本文将从几个常见的材料类别出发，介绍其合成过程和制备方法。 一、金属材料的合成与制备方法 1.1 金属合金的制备方法 金属合金是由两种或更多种金属元素组成的材料。它具有优良的物理和化学性质，广泛应用于工程领域。目前常见的金属合金制备方法主要有： 1.1.1 熔融法 熔融法是最常见和广泛应用的金属合金制备方法之一。通过将不同比例的金属元素加热至其熔点，使其熔融混合，并通过淬火、调质等工艺处理，得到所需的金属合金。 1.1.2 粉末冶金法 粉末冶金法是利用金属粉末混合、压制和烧结等工艺制备金属合金的方法。通过粉末混合、球磨和压制等工艺，将金属粉末制备成所需形状，然后通过烧结工艺使其变得致密，并进行后续的热处理，最终得到金属合金。 1.1.3 溶液法

溶液法是将金属溶解在适当的溶剂中，形成金属离子，并通过还原反应得到金属合金的方法。常见的溶液法制备金属合金的方法有电解法、浸渍法等。 二、无机材料的合成与制备方法 2.1 陶瓷材料的合成方法 陶瓷材料是由非金属元素组成的一类材料，具有高温稳定性、绝缘性、耐磨性等特点。常见的陶瓷材料合成方法包括： 2.1.1 固相反应法 固相反应法是利用固体材料的化学反应生成所需陶瓷材料的方法。将相应的无机化合物粉末按照一定的配比混合均匀，然后进行高温煅烧，使其发生化学反应，最终得到所需的陶瓷材料。 2.1.2 溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是将溶解的无机盐或金属有机化合物通过溶胶凝胶反应生成凝胶的方法，然后通过热处理使其形成致密的陶瓷材料。该方法可以制备出高纯度、均匀性好的陶瓷材料。 2.2 硅材料的合成方法 硅材料是一类重要的无机材料，广泛应用于光电、电子等领域。硅材料的主要合成方法包括： 2.2.1 气相沉积法

材料合成与制备课程设计

材料合成与制备课程设计 介绍 材料合成与制备是材料科学的一个重要分支，涵盖了物质的制备、表征、性能 研究、应用等方面。材料合成与制备课程作为材料科学和工程领域的核心课程，具有重要的教学意义和应用价值。本文将介绍材料合成与制备课程设计的内容。 课程设计目标 本次课程设计旨在让学生了解材料合成与制备的基本原理和方法，掌握一些常 见的合成和制备技术，并在实验中学习到实验操作技能，提升学生的实践能力和科学素养。 课程设计内容 实验1：材料表征 实验目的：了解常见材料的基本性质及其表征方法。 实验步骤： 1.使用X射线衍射（XRD）技术对样品进行分析，得到样品晶体结构及 晶胞参数信息。 2.使用扫描电子显微镜（SEM）技术对样品进行扫描，观察其表面形貌。 3.使用透射电子显微镜（TEM）技术对样品进行观察，了解其显微结构 特征。 实验结果：学生能够使用XRD、SEM、TEM技术进行样品表征，并分析测试结果。 实验2：溶液法合成金属氧化物 实验目的：掌握溶液法合成方法，制备金属氧化物样品。

实验步骤： 1.将金属盐和氧化剂按一定比例混合，搅拌溶解。 2.将溶液加入到搅拌的溶液中，搅拌混合。 3.将混合好的溶液转移到装有胶体微球的烧杯中，在慢慢搅拌的过程中， 胶体微球表面会逐渐析出晶体。 4.将析出的晶体沉淀、洗涤，并进行干燥。 实验结果：学生能够使用溶液法合成金属氧化物，并通过SEM、TEM观察、XRD 鉴定结构及晶体型相。 实验3：气相沉积制备二氧化硅薄膜 实验目的：掌握气相沉积技术，制备二氧化硅薄膜。 实验步骤： 1.将硅基片放置在反应室底部，使气象物质经过加热后分解，形成基片 表面一层二氧化硅的薄膜。 2.控制反应温度，可以调节薄膜的特性，如晶体结构、单晶或多晶、晶 体取向等参数。 3.通过SEM技术观察、XRD测试对制备的二氧化硅薄膜进行表征。 实验结果：学生能够使用气相沉积技术制备二氧化硅薄膜，并了解不同反应条 件对薄膜特性的影响。 总结 以上三个实验内容涵盖了材料合成与制备的基本原理和方法，学生通过实验操 作掌握了相关实验技术及数据处理方法。本次课程设计旨在提高学生的实践能力、科学素养和创新思考能力，为学生今后从事材料科学和工程相关研究或实际工作打下坚实的基础。

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

材料合成与制备 1. 引言 材料合成与制备是一项重要的科学研究领域，涉及到从原材料到最终产品的整个过程。通过合成和制备材料，我们可以获得具有特定性质和功能的新材料，以满足不同领域的需求。本文将介绍材料合成与制备的基本概念、方法和应用。 2. 材料合成的基本概念 2.1 材料合成的定义 材料合成是指通过化学反应、物理方法或其他途径将原始物质转化为具有期望性质和结构的新物质。这一过程可以包括单一组分材料的制备，也可以是复合材料的合成。 2.2 材料合成的分类 根据原始物质和反应方式的不同，材料合成可以分为以下几类： •化学气相沉积（CVD）：通过气相反应在固体表面上生成薄膜或纳米颗粒。•溶液法：利用溶液中溶解度差异来实现晶体生长或纳米颗粒形成。 •固相法：通过固态反应在固体材料中生成新的晶相或化合物。 •电化学法：利用电化学反应来合成材料，如电沉积、电解等。 •水热合成：利用高温高压水环境下的化学反应来合成材料。 3. 材料制备的基本概念 3.1 材料制备的定义 材料制备是指通过加工和处理原始材料，将其转化为具有特定形状、结构和性质的最终产品。这一过程可以包括物理加工、化学处理、热处理等。

3.2 材料制备的分类 根据加工方式和处理方法的不同，材料制备可以分为以下几类： •熔融法：将原始材料加热至熔点，使其熔化后再冷却固化成所需形状。 •粉末冶金法：将粉末材料通过压制、烧结等工艺制备成所需形状。 •涂覆法：通过涂覆技术将液态或粉末材料均匀地覆盖在基底上，形成所需表面层。 •光刻技术：利用光敏物质的特性，在光照和化学处理的作用下制备微米或纳米尺度的结构。 •3D打印技术：通过逐层堆积材料来制备三维结构。 4. 材料合成与制备的方法 材料合成与制备的方法多种多样，具体选择哪种方法取决于材料的性质、结构和应用要求。以下是一些常用的方法： 4.1 化学合成 化学合成是指通过化学反应将原始物质转化为所需材料。常见的化学合成方法包括溶液法、气相法、固相法等。例如，利用溶液法可以通过溶解金属盐和还原剂来合成金属纳米颗粒。 4.2 物理沉积 物理沉积是指利用物理方法将原始物质沉积在基底表面形成薄膜或纳米颗粒。常见的物理沉积方法包括物理气相沉积（PVD）、分子束外延（MBE）等。例如，利用物理气相沉积可以在基底上生长高质量的晶体薄膜。 4.3 热处理 热处理是指通过加热和冷却来改变材料的结构和性质。常见的热处理方法包括退火、淬火、固溶处理等。例如，通过退火可以消除材料中的缺陷，提高其晶体结构的完整性。

材料合成与制备

材料合成与制备 材料合成与制备 材料合成与制备是材料科学与工程的重要领域之一，旨在通过不同的化学反应或物理方法将原始材料转化为具有特定性能和结构的新材料。合成制备方法的选择和优化对于获得理想的材料性能至关重要。 材料合成的过程主要包括反应物的选择、反应条件的优化和反应机理的研究。首先，研究人员需要选择适当的原料，确保其纯度和稳定性，以避免杂质对材料性能的影响。其次，反应条件的优化对于控制反应的速率、选择性和产率非常重要。温度、压力、溶剂和催化剂的选择都会对反应结果产生影响。最后，研究人员需要深入研究反应机理，了解反应的过程和中间产物的生成，以便更好地控制反应的进行，并优化合成方法。 材料制备的过程主要包括样品的制备、纯化和形貌控制等方面。首先，样品的制备需要精确地计量原料，并按照合适的比例进行混合。根据不同的制备要求，可以选择溶胶凝胶法、溶剂热法、熔融法、气相沉积等方法。其次，为了提高样品的纯度和质量，纯化过程非常重要。常用的纯化方法包括溶解、浸泡、过滤、洗涤等。最后，形貌控制是指通过调节制备条件或添加特定的剂量，在材料制备过程中获得特定形貌的材料。形貌控制可以通过选择合适的制备方法、调节反应条件和添加特定的添加剂等方式实现。 近年来，随着纳米材料和功能材料的发展，材料合成与制备技

术得到了很大的发展。纳米材料的合成制备涉及到纳米级别的尺度控制和接口调控，对于研究材料的量子效应和界面特性非常重要。功能材料的合成制备涉及到对材料性能的特定调控，以获得特定的电、磁、光、热等性能，以满足不同领域应用的需求。 总之，材料合成与制备是材料科学与工程的基础，对于研究和应用材料具有重要意义。通过合理选择反应条件、优化合成方法和调控材料形貌，可以获得具有优异性能的新材料，为各个领域的应用提供了有力的支持。材料合成与制备的发展将进一步推动材料科学的研究和应用。

材料合成与制备教学设计

材料合成与制备教学设计 1. 课程概述 本课程旨在为化学、材料科学、物理和工程学科的研究生提供所需的基本知识和技能，以从事新材料、能源、环境和生物医学等领域的研究和工作。本课程重点涉及材料的合成和制备，包括溶液化学合成、气相合成、固体化学合成、生物合成和纳米颗粒合成等方面的基本原理和实践技能。通过本课程，学生将掌握基本的化学合成和制备技能，理解材料的物理和化学基础，了解新材料的应用和发展趋势。 2. 教学目标 本课程旨在培养学生以下能力： •具备化学分析和计量学的基本知识和技能； •掌握新材料的设计、合成和制备的基本原理和方法； •熟悉各种化学合成和制备工艺，并能进行实验操作； •了解新材料的性能、应用和发展趋势。 3. 教学大纲 3.1. 材料的基本原理 •材料的物理和化学基础 •材料分类与性能 3.2. 溶液化学合成 •离子溶液化学合成 •氧化还原溶液化学合成 •晶体生长

3.3. 气相合成 •化学气相沉积 •物理气相沉积 •气相浸渍法 3.4. 固体化学合成 •热固相法 •水热合成法 •碱性熔渣法 3.5. 生物合成 •生物矿化与生物矿化合成 •生物体外合成 3.6. 纳米颗粒合成 •纳米晶体的化学合成 •纳米颗粒的可控制备 •纳米材料制备中的基本原理 3.7. 新材料的应用和发展趋势 •光电材料 •磁性材料 •全固态电池 •导电聚合物材料 •纳米材料与应用 4. 教学方法和实践 本课程采用讲授与实践相结合的教学方法，将理论和实践紧密衔接，加深学生对理论知识的理解和掌握。实践环节包括以下实验项目：

•溶液化学合成 •燃烧法制备氧化物和金属粉末 •化学气相沉积 •物理气相沉积 •纳米颗粒合成实践 此外，本课程还将安排教师带领学生实地参观有代表性的材料制备实验室、企业和生产线，并进行探讨。 5. 教学评估 本课程采用多种评估手段，包括课堂出勤、作业、期中考试、实验报告和期末考试等。其中，实验报告的分值占总成绩的比重较高，以鼓励学生亲自动手实践，掌握理论知识和实习技能，并促进创新思维的培养。 6. 总结 本课程旨在为研究生提供基本的化学知识和实践技能，熟悉新材料的设计、合成和制备方法，掌握各种材料制备工艺及其应用，同时，也重点培养学生的创新能力，使学生在工作和研究中能够灵活运用所学知识，探索新的研究领域。希望本课程能够帮助学生打下坚实的基础，为未来的职业发展奠定良好的基础。

材料合成与制备方法

材料合成与制备方法 材料合成是指通过化学反应或其他方法，将原始物质转化为具有特定 性质和用途的新材料的过程。材料合成是材料科学和工程领域的重要研究 内容之一，它可以为各个行业提供各种不同性质和用途的材料，包括金属、陶瓷、聚合物和复合材料等。 在材料合成的过程中，存在多种不同的制备方法，下面将介绍一些常 见的制备方法。 1.溶液法合成：溶液法合成是指将所需原料溶解于溶剂中，通过一系 列的反应和处理步骤，使原料逐渐形成所需的新材料。溶液法合成常用于 制备金属盐、陶瓷粉末和纳米材料等。这种方法具有成本低、操作简单的 优点，但也存在一些问题，如产品纯度有限、溶剂回收困难等。 2.气相沉积法：气相沉积法是指通过将气体原料转化为激活态，然后 在特定条件下进行反应，使材料沉积在特定基底上。气相沉积法常用于制 备薄膜材料和纳米材料等。这种方法具有制备过程可控性好、产品均匀性 高的优点，但也存在一些问题，如设备复杂、制备成本较高等。 3.熔融法合成：熔融法合成是指将固体原料加热至熔融状态，然后冷 却形成新材料的过程。熔融法合成常用于制备金属合金、玻璃和陶瓷等。 这种方法具有制备过程简单、产品纯度高的优点，但也存在一些问题，如 温度控制难度大、合成周期长等。 4.沉淀法合成：沉淀法合成是指通过加入沉淀剂，使材料的溶液中的 溶质生成沉淀，然后通过过滤、洗涤和干燥等步骤，得到所需的新材料。 沉淀法合成常用于制备颗粒状材料和胶体材料等。这种方法具有操作简单、

适用范围广的优点，但也存在一些问题，如沉淀剂的选择和处理工艺的掌 握等。 5.水热合成法：水热合成法是指将原料与水或溶液在高温高压环境下 反应，以合成新材料的方法。水热合成法常用于制备氧化物陶瓷、纳米颗 粒和有机无机复合材料等。这种方法具有制备条件温和、反应速度快的优点，但也存在一些问题，如设备压力限制和产物分离困难等。 综上所述，材料合成与制备方法涵盖了多种不同的技术和手段，根据 实际需求选择合适的制备方法非常重要。未来随着科学技术的发展和进步，相信会有更多新的材料合成和制备方法出现，为各个行业提供更多更好的 材料选择。

材料合成制备教案

材料合成制备教案 一、引言 材料合成制备是一项重要的工艺过程，通过合成制备，可以获得具有特定性能和应用价值的材料。本教案主要介绍材料合成制备的基本原理、方法和相关实验。 二、理论基础 1. 合成反应原理 材料合成制备的基础是合成反应，根据原料的特性和反应条件，选择适当的反应路径和反应条件，使得原料在一定的温度、压力和气氛下发生化学变化，生成所需的目标材料。 2. 合成材料分类 常见的合成材料包括金属合金、无机材料和有机高分子材料等。根据材料的性质和用途，选择合适的合成方法和工艺参数，实现材料的制备。 三、合成制备方法 1. 热处理法 热处理法是一种常见的合成制备方法，通过加热原料混合物使之发生化学反应，生成所需的材料。常用的热处理方法包括固相反应、熔融法和燃烧法等。

2. 溶剂溶解法 溶剂溶解法是将不溶于溶剂的物质通过反应与溶剂结合，生成溶剂中稳定的物质。常用的溶剂溶解法包括溶胶-凝胶法、溶胶燃烧法和溶胶复合法等。 3. 气相沉积法 气相沉积法是利用气相反应使气体或蒸汽在表面沉积形成薄膜或颗粒状材料的制备方法。常用的气相沉积法包括化学气相沉积、物理气相沉积和热原子沉积等。 四、实验操作 在合成制备材料的实验操作中，需注意以下几点： 1. 实验前准备 按照实验要求准备好所需的原料、试剂和实验设备，并确保实验环境的安全性。 2. 材料合成 根据所选的合成方法，按照适当的温度、压力和反应条件操作，控制反应的时间和速度，使原料充分反应。 3. 产品收集与后续处理 根据实验要求，将合成生成的材料收集并进行后续处理，如过滤、洗涤、干燥等步骤。

五、实验案例 以合成银纳米颗粒为例进行实验操作： 1. 实验原料准备 准备好所需的溶液和试剂，包括银盐溶液、还原剂和稳定剂等。 2. 实验操作步骤 按照实验要求将银盐溶液和还原剂混合，在适当的温度和溶剂条件 下进行反应，生成银纳米颗粒。 3. 产物处理 将合成得到的银纳米颗粒进行过滤和洗涤，去除杂质和残余试剂。 4. 产品检测与表征 利用适当的工具和手段对合成的银纳米颗粒进行检测与表征，如透 射电子显微镜（TEM）观察颗粒形貌和尺寸，紫外-可见吸收光谱 （UV-Vis）测定颜色和吸收特性等。 六、总结 材料合成制备是一项复杂而重要的过程，通过选择合适的合成方法 和操作条件，可以制备出具有特定性能和应用价值的材料。在实验中，需要严格遵守实验操作规程，确保实验安全和数据的准确性。通过对 合成材料的制备和表征，可以深入理解材料的结构和性能，为进一步 的研究和应用提供基础支持。

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；

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。 异：蒸发制膜是将材料加热汽化。 溅射制膜是用离子轰击靶材，将其原子打出。

材料合成与制备思考题1

第一章思考题 影响分子与固体表面相互吸附的因素有那些？ 在合成反应中常需要搅拌，为什么？ 边界层是怎么形成的？ 界面的稳定性对晶体的生长有何意义？ 完整光滑面、非完整光滑面、粗糙面及扩散面的生长各有何特点？影响因素有哪些？ 第二章思考题 试比较溶液法、水热法、高温溶液法晶体生长的特点 人工晶体主要有哪些生长方法？各方法有何特点？ 人工晶体有哪些主要性质和用途？ 晶体的压电与铁电性质机－电换能器具有正压电效应的晶体具有将机械作用转变成电信号的能力，因此提供了对机械振动、压力、声波、旋转和扭曲的精确计算，在机电转换元件中有广泛的应用具有逆压电效应的晶体可将电信号转变成机械作用可应用于：扬声器和超声发生器 晶体中光波的双折射（Birefringence）和旋光性，广泛应用于各种光学元件中，如光棱镜、光偏振器、旋光器等 外场作用下的晶体光学性质：电光、声光、磁光效应 晶体的非线性光学性质，可制备各种非线性光学元件。 晶体的激光性质，应用于激光器的制备中。目前较成熟的有：红宝石激光器、色心激光器晶体的热释电性质，主要应用于热或红外线辐射探测器等 第三章思考题 粉体的合成方法主要有那些？各有何特点？ 湿化学合成法：通过液体介质合成； 水热法：在水溶液体系中于一定温度条件下进行 沉淀法：利用某些电荷相反的离子在溶液中发生反应生成不溶于水的晶质的性质而进行合成的方法。粉体颗粒的粒径取决于核形成和成长的速率，沉淀物的溶解度越小，沉淀物的粒径也越小；而溶液的过饱和度越小，则沉淀物的粒径越大 水解法：利用某些化合物可水解生成沉淀的性质来合成超细粉体的。体系仅由金属盐和水组成，只要利用高纯度的金属盐，就可以合成出高纯度的超细粉体。 喷雾干燥法：将原料制成溶液或泥浆，然后用喷嘴喷成雾状，使原料微细化。这种雾状微粒在干燥器中干燥，并用旋风吸尘器收集，而后进行高温（800～1000℃）焙烧，可制成粒度<1 m的粉体。很容易制成亚微米级的微粉。超微粉体不仅粒径小，而且组成极均匀。 喷雾水解法 喷雾焙烧法

(完整word版)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

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