2014第四章 材料制备化学
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第四章现代材料制备化学在第二次世界大战期间,研制原子弹计划中曾出现过一个问题,即要处理非常活泼的熔融放射性铀和钚,必须制备出一种新的耐高温材料。
这种新材料既要具有高温下的稳定性,还要能抗辐射,并容易成形和烧结而制成高温反应用的坩锅。
人们感到某些硫化物可能适用,经热力学和动力学分析,得出最稳定可行的硫化物应该属于周期表中在钍与稀土元素附近的那些元素。
于是研究出了铈的硫化物,并发现硫化铈不但是一种性能特好的抗辐射耐高温材料,而且可以避免氧对电正性很强的金属的污染从而,成功地利用硫化铈做成能熔炼铀和钚那样的放射性金属用的坩埚。
从现代科学技术发展史来看,一种新材料的制得及其特性的发现,往往导致一个新的科技领域甚至一个崭新产业的兴起。
例如磷化铟的合成开始了III-V族化合物半导体的应用;现代非线性光学创始于LiNBO3晶体的制得;各种高性能(耐高温、耐辐射和高强度)陶瓷材料和有机高分子材料的制得,为航空航天等高技领域的发展很供了保障。
Y-Ba2Cu3O7的研制使超导材料的临界温度进入液氮温度,从而促进了高温超导材料的发展;纳米制备与合成技术的发展,为崭新学科领域—纳米物理与纳米化学的建立奠定了基础。
由于现代科学技术和国民经济不断发展,要求制备出具有各种功能的固体材料,包括单晶、多晶、非晶态、扳璃、陶瓷、薄膜、涂料、低纤维化合物、超细粉末、新型金属与合全、金属间化合物、功能高分子以及现代复合材料,致使现代材料制备科学已成为材料科学的核心和研究热点。
为了迎接21世纪的挑战,我国基础性研究已纳入2010年远远景规则,并把“材料制备过程中的基础研究”列为材料科学的首项优先发展领域。
只有深入研究现代材料的制备方法和过程,掌握其规律性,发现好的制备条件(甚至生产工艺条件),才能生产各种高附加值的现代材料。
为使材料的性能能够重复、可靠,并在成本与价格上有竞争力,材料的制备科学具有特殊意义。
发展材料制备化学,不须研制与开发新材料,将为研究材料结构性能与反应以及它们之间的关系,揭示新规律与新理论提供依据,是推动材料科学与相邻科学发展的重要驱动力。
第一章绪论1.基本概念材料化学:化学与材料科学两者结合,从分子水平到宏观尺度认识与控制结构与性能或功能的基本关系;是关于材料制备、加工和分析的化学,它的作用是改进材料的组成、结构以及合成方法,开发具有突出性能或特殊功能的新型材料。
2.材料的分类(1)按组成、结构特点分:金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料(2)按使用性能分:结构材料(主要利用材料的力学性能)功能材料(主要利用材料的物理和化学性能)(3)按状态分:单晶材料、多晶材料、非晶态材料、复合材料3.材料的构成要素当一种材料被创造、发现和生产出来时,该材料所表现出来的性质和现象是人们关心的中心问题,而材料的性质和现象取决于成分和各种层次上的结构,材料的结构又是合成和加工的结果,最终得到的材料制品必须能够、并且以经济和社会可以接受的方式完成某一指定的任务。
习题:1.什么是材料化学,应该从哪些角度来认识材料?2.你如何认识材料的结构与性能之间的关系?举例说明。
第二章材料化学的理论基础1.晶体的宏观特征:规则的几何外形、晶面角守恒、物理性质的各向异性、有固定的熔点。
2.晶体与非晶体之间的转化a 热力学:非晶态的吉布斯自由能高,是一种亚稳状态。
b 动力学:动力学上难以转化,(势垒高)如金刚石和石墨。
c 转化方法:机械能使晶体非晶化。
3.点阵:按连结任意两点所得向量进行平移后能够复原的一组点。
4.点阵的二个必要条件:(1)点数无限多;(2)各点所处环境完全相同。
5.平面点阵(晶面)指标(h k l)定义:一平面点阵在三个晶轴的倒易截数之比。
意义:用来标记一组互相平行且间距相等的平面点阵面与晶轴的趋向关系。
6.晶面间距d(hkl)定义:晶面指标为(h k l)的一组平面点阵中相邻的两平面点阵面间的垂直距离。
意义:每一种晶体物质都有一套特征d(hkl),是晶体物相分析的重要依据。
7.群:在一非空集合G中,当某种代数运算规定后,若集合同时满足封闭性、单位元素、逆元素、结合规律四个条件,则G构成一个群。