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材料合成与制备方法 复习 ppt课件

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材料的合成与制备PPT课件

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例如： Fe2((COO)2)2+Zn(COO)2) →ZnFe2O4+4CO+4CO2 (~1000℃) 共沉淀法可以成功地用于制备许多诸如尖晶石类的的材料。但也受 到一些限制，主要的原因在于：（1） 两种或几种反应物在水中溶解度相 差很多时，会发生分步沉淀，造成沉淀成分不均匀；（2）反应物沉淀时 速率不同，也会造成分步沉淀；（3）常形成饱和溶液等。所以，制备高 纯度的精确化学计量比的物相，采用下面单一化合物相前驱物就要好得 多。 2．化合物前驱体法 如果能将固体组分反应形成一个单一化合物相，就可以避免某种成 分的损失，可以克服共沉淀法的缺点。譬如，制备NiFe2O4尖晶石时，是 以镍和铁的碱式双醋酸盐和吡啶反应形成中间物 Ni3Fe6(CH3COO)17O3OH·12C5H5N，其中Ni：Fe的比例精确为1：2，并且 可以从吡啶中重结晶，可将此吡啶化合物晶体缓慢加热到200至300℃， 以除去有机物质，然后在空气中~1000℃加热2-3天得到尖晶石相。
(HO)3Ti—O—H + H—O—Ti(OH)3→(HO)3Ti—O—Ti(OH)3
7.1.3
这是一类缩聚反应，反应中涉及两个反应物之间脱去小分子如水。
实际上，上述脱水聚合还可以发生中心钛原子的其它氢氧集团之间，便
产生了三维网状结构。这时产物是一种粘稠的超微粒子悬浮体，称作凝
胶。将凝胶材料小心加热到200~500℃，除去其中所有的液体，凝胶就
SnO2,In2O3
(Pb，La)(Zr， Ti)O3
玻璃纤维
7.1.1 固体反应与制陶过程
1．固体反应一般原理
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。
材料合成与制备的基本途径课件

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高能球磨技 术
电子信息领域
集成电路 电子元器件 显示技 术
生物医学领域
生物材料 药物载体 生物检测
航空航天领域
01
轻质复合材料
02
功能涂层
03
发动机材料
新材料的开 发
高性能复合材料 功能材料 生物材料
新技术的探索
01
原子层沉积技术
利用物理或化学方法在基底表面 逐层沉积材料原子，实现纳米级 别的精确控制。
02
分子束外延技术
在单晶衬底上生长单层或超薄晶 体薄膜，广泛应用于半导体器件 和光电器件等领域。
03
激光诱导化学气相 沉积技术
利用激光诱导化学反应在基底表 面沉积材料，具有高精度、高效 率的特点。
环境友好型的材料合成与制备
绿色化学合成 生物合成 循环利用与再生
• 材料合成与制备的基本概念 • 材料合成与制备的物理方法 • 材料合成与制备的化学方法 • 材料合成与制备的新技术 • 材料合成与制备的应用领域 • 材料合成与制备的未来发展
材料合成与制备的定义
总结词
材料合成与制备是指通过一系列物理、化学或生物过程，将所需物质转化为详细描述
适用范围
优点
缺点
熔炼法是一种通过高温 将原料熔化成液态，再 经冷却凝固得到材料的 制备方法。
熔炼法通常在高温炉中 进行，通过加热将原料 熔化为液态，然后进行 冷却凝固，得到所需材 料。这种方法可以制备 出高质量、高纯度的金 属、合金和化合物等。
适用于制备金属、合金、 金属化合物等材料。
材料合成与制备的基本原则
总结词
材料合成与制备需要遵循一定的基本原则，以保证获 得高质量的新型材料。
详细描述
在进行材料合成与制备时，需要遵循一定的基本原则。 首先，要确保所使用的原料纯度高、质量稳定，以保证 最终获得高质量的新型材料。其次，要精确控制反应条 件和参数，如温度、压力、气氛等，以确保反应过程顺 利进行并获得所需的结构和性能。此外，还需要注意安 全问题，如防止爆炸、中毒、腐蚀等危险情况的发生。 最后，要重视环境保护和资源利用效率，尽可能采用绿 色合成方法和循环利用技术，以降低对环境的负面影响。
材料合成与制备方法 复习43页PPT

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材料合成与制备方法 复习
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。—于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
材料的化学合成与制备技术ppt课件

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用这种方法制得的复合氧化物化学计量比可精确控制。强 度高，烧成温度低，颗粒均匀，可达纳米级，是先进高性 能陶瓷粉体合成的先进技术之一。
（3）cm(An+)cn(Bm-) < Ksp时，为饱和溶液。无沉淀析出。若体系中有沉淀 存在，则沉淀将溶解，直至饱和为止。
水解程度的大小主要取决于金属离子的电荷、半径及电 子构型，或者说是取决于金属离子的极化力。金属离子的电 荷越高，半径越小，金属离子的水解程度越大。 非8e构型的金属离子容易水解，如p区、d区、f区、ds区 元素栗子。 高价金属离子的盐类如SnCl4、TiCl4等可直接水解制取氧 化物。
沉淀的生成
沉淀的生成一般要经过晶核形成和晶核长大两个过程。
沉淀的生成条件：
形成沉淀的离子浓度的乘积超过该条件下沉淀的溶 度积时，离子通过相互碰撞聚集成微小的晶核，晶核逐 渐长大形成沉淀微粒。 聚集速度： 离子形成晶核，进一步聚集成沉淀微粒的速度 定向速度： 在聚集的同时，构晶粒子在一定晶格中定向排列的速度
4 利用金属醇盐类的水解制备氧化物纳米材料
金属醇盐容易进行水解，产生构成醇盐的金属元素的氧化 物、氢氧化物或水合物的沉淀。产物经过过滤、干燥、煅 烧可制得纳米粉末。 含有几种金属元素的陶瓷微粉的合成，可以利用两种金属 醇盐溶液混合后共水解；也可利用可溶于醇的其它有机盐 类，如乙酸盐、柠檬酸盐等无或无机盐，如TiCl4等与另一 种金属的醇盐溶液混合共水解后得到的混合氧化物，煅烧 后制得氧化物。
3 利用盐类的强制水解制备无机材料
盐类的强制水解一般是指在酸性条件下，高温水解金属盐。 无碱存在的阳离子的水热强制水解比常温更为显著，水解 反应会导致盐溶液中直接生成氧化物粉体，且纯度更高。
控制强制水解反应的要点是低的阳离子浓度，以免爆发成 核，这样有可能获得均匀的溶胶状多晶材料，其尺寸可达 20nm以下。
材料合成与制备方法 复习43页PPT

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39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
材料合成与制备方法 复习
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
材料合成与制备方法复习PPT课件

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E槽＝E可逆+ E不可逆+IR1+ IR2
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在电极与溶液之间形成的界面上进行的电极反响分为哪几个步骤？ 反响物粒子自溶液本体向电极外表传递 反响物粒子在电极外表或电极外表附近液层中进行某种转化 在电极与溶液之间的界面上进行得失电子的电极反响 电极反响产物在电极外表或电极外表附近液层中进行某种转化 电极反响产物自电极外表向溶液本体传递。
“原位结晶〞机制中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，那么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。
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水热条件下晶体生长包括哪几个步骤？ 〔1〕营养料在水热介质里溶解，以离子、分子团的形式进入溶液〔溶解 阶段〕； 〔2〕由于体系中存在十分有效的热对流及溶解区和生长之间的浓度差， 这些离子、分子或离子团被输运到生长区〔输运阶段〕； 〔3〕离子、分子或离子团在生长界面上吸附、分解与脱附； 〔4〕吸附物质在界面上的运动； 〔5〕结晶。
为什么在水热合成体系中，在不改变其它反响条件的情况下，在一相当短 的时间内使反响物浓度有极大的增加，可以大大加快成核速率，从而到达 减小产物晶粒粒度的目的？
粉体的晶粒粒度与粉体形成时的成核速度有关，成核速度越快，由此 制得的粉体的粒粒度就越小，对于溶液体系，如果采取一定的措施， 加快成核速度，即在相对较短的时间内形成相对较多的晶核，由于在 成核过程中溶质被大量消耗，在生长过程所提供的溶质就会相对减少， 那么可以使产物的晶粒粒度减少。
• 除去溶剂：使聚合产物的浓度增大，当存在一定程度的交联时，发 生溶胶-凝胶的转变，粘度突然增大。
• 用酸或碱催化以促进水解和缩聚反响的发生。
材料合成与制备(材料概论) ppt课件

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可塑成型基于坯料有可塑性，有雕塑、拉坯、印 坯、旋压、滚压、注射、挤制、压制、车坯和轧 膜等成型操作。一般希望可塑坯料有一个较高的 屈服值和较大的延伸变形量，使坯料被可塑成各 种形状而不变形开裂。可塑成型坯料含水量一般 在16%以上。
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3.5 成型
可塑成型的 典型工艺流 程如图所示。
②成型：泥料或熔液借助于外力或模具，成为具 有一定尺寸、形状和强度的坯体或制品的过程。
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3.5 成型
③成型加工：将各种状态的原料转变成具有固定形状制品 的工艺过程。
成型加工通常包括两个过程： Ⅰ.使原料变形或流动并取得需要的形状； Ⅱ.进行固化以保持所取得的形状成为制品。 材料成型加工工艺是将材料通过成型加工转变成实用性制
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3.5 成型
☆教材错误：P22表2-5各类材料的主要成型方法中 水泥没有“注浆成型”。
材料成型方法有数十种之多，主要有压制法、可塑 法、注浆法、振动法、热压法、熔铸法、拉制法、 喷吹法、等静压法、压延法、流延法、挤压法、注 射法等。最常用的是压制法、可塑法和注浆法，其 余方法实质上是这三种方法的特殊应用。
品的工程技术。由成型与加工两部分组成。
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3.5 成型
二、材料的成型特性 材料的成型特性主要表现为可流动性和可塑性变形
性。 ①可流动性：材料在加热作用下或添加溶剂时表现
出来的流动性。 ②可塑性变形性：材料在加热作用下或添加溶剂、
增塑剂等助剂时，同时受外力作用下，表现出来的 塑性变形行为。 ③材料成型方法的成型特性分类：根据材料的成型 特性，成型方法可分为自由流动成型、受力流动成 型、受力塑性成型和其他成型。
《材料合成与制备》课件

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化学法
化学法主要包括化学气相沉积、 溶胶-凝胶法、水热法等技术。
化学气相沉积技术是利用气体反 应物在固体表面上发生化学反应 并生成固态沉积物的过程。
溶胶-凝胶法是通过溶液中的化学 反应制备出溶胶，然后将其转化 为凝胶，再经过干燥和热处理得 到目标材料。
化学法是通过化学反应将元素或 化合物转化为目标材料的技术， 其优点在于可以合成出结构复杂 、性能优异的材料。
详细描述
随着科技的发展，人类对材料性能的要求越来越高，因此需要不断探索新的材 料合成与制备方法。这些方法不仅有助于提高材料的性能和稳定性，还能降低 生产成本，为人类社会的发展提供重要的支撑。
材料合成与制备的分类
总结词
材料合成与制备可以根据不同的分类标准进行分类，如按合成方法、材料类型、应用领 域等。
化学气相沉积法
总结词
通过化学反应使气态物质在固态基体表面沉积，以制 备薄膜材料的方法。
详细描述
化学气相沉积法是一种先进的材料制备技术，适用于制 备陶瓷、金属化合物等薄膜材料。在化学气相沉积法中 ，气态物质在固态基体表面发生化学反应，生成所需的 固态物质并沉积在基体表面，形成连续的薄膜。化学气 相沉积法制备的材料具有较高的纯度和致密性，且制备 过程具有较高的灵活性和可控制性。但设备成本较高， 且对于某些高分子材料而言，需要解决化学气相沉积过 程中发生的化学反应和副产物的控制问题。
的重点。
技术创新与挑战
01
新的合成方法
随着新材料需求的不断增长，探索新的合成方法成为关键。例如，化学
气相沉积、溶胶-凝胶法、微波合成等新技术的应用，为材料合成提供
了更多可能性。
02
绿色合成技术
随着环保意识的提高，绿色合成技术成为研究的热点。通过无毒或低毒
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分散相
液体 固体 气体 液体 固体 液体 气体
溶胶态分散系示例
分散介质分散介质
示例
气体 气体 液体 液体 液体 固体 固体
雾 烟 泡沫 牛乳 胶态石墨 矿石中的液态夹杂物 矿石中的气态夹杂物
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
提拉浸渍法 旋转涂覆法 丝网印刷法 喷雾涂层法 电沉积法 细管涂镀技术
2. 溶胶凝胶法制备薄膜及涂层的成膜机理是什么？
将处理的基底和溶胶相接触，在基底毛细孔产生的附加压力下，溶胶 倾向于进入基底孔隙，当其中介质水被吸入孔道内同时胶体粒子的流 动受阻在表面截留，增浓，缩合，聚结而成为一层凝胶膜。
3. 凝胶的产生途径有哪些？
材料合成与制备方法 复习
重点：前四章
考试方式：闭卷 100分 题型 一、填空题（1分×10 二、选择题（2分×10） 三、名词解释（5分×4） 四、简答题（6分×5） 五、论述题 （10分×2）（ . 溶胶（Sol） 又称胶体溶液。指在液体介质（主要是液体）中 分 散了1-100nm粒子(基本单元)，且在分散体系中保持固体物质不沉淀的胶 体体系。溶胶也是指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中，并且不停地进行 布朗运动的体系。
4. 溶胶形成过 程中催化剂的 影响
催化机理 酸催化 碱催化
缩聚产物
交联度低， 呈链状生长
交联度高，结 构粒子
5. 凝胶点是指流变性质的突然改变，即容器倾斜45º时，溶胶不流动
简答与论述
1. 如何用溶胶凝胶法制备薄膜及涂层？ 将溶液或溶胶通过适当方法在基板上形成液膜，经凝胶化后通过热处 理可转变成无定形态（或多晶态）膜或涂层
总的净反应为：
2-水热与溶剂热合成法
概念
1. 水热法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、易水解或对水敏感的材料
凝胶，如硅酸凝胶、硅一铝凝胶的形成。 ⑤ 除去溶剂：使聚合产物的浓度增大，当存在一定程度的交联时，发
生溶胶-凝胶的转变，粘度突然增大。 ⑥ 用酸或碱催化以促进水解和缩聚反应的发生。
4. 溶胶形成过程中水解度的影响（加水量），并举例说明？
水解度R≥2，TEOS水解反应使大部分的-OR基团脱离，产生-OH基团，形成了部分水 解的带有-OH的硅烷，在这些部分水解的硅烷之间容易反应形成二聚体，这些二聚 体不再进行水解，而是发生交联反应形成三维网络结构，从而缩短了凝胶化时间. 水解度R≤2，水解反应则产生了部分水解的带有-OH的硅烷，从而消耗掉大部分水， 缩聚反应较早发生，形成TEOS的二聚体，硅酸浓度减少，凝胶时间延长
以研究最多的Si(OR)4（R＝CH3，C2H5）－ROH－H2O系统为例， 体系中最先发生水解反应：
（1）系统含水量比较低的情况下：反应产物一直受到水解速度的控制， 更倾向于形成链状结构：
（2）当加水量增大时：由于水解速度快，聚合反应主要或全部以失水缩聚 的方式进行，从而形成具有二维或三维结构的聚合物，其水解和缩聚反应可 表达为：
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
2. 凝胶（Gel）胶体颗粒或高聚物分子相互交联，空间网络状结构不断发展， 最终使得溶胶液逐步失去流动性，在网状结构的孔隙中充满液体的非流动半 固态的分散体系，它是含有亚微米孔和聚合链的相互连接的坚实的网络。
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，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。
① 改变温度：利用物质在同一种溶液中的不同温度时的溶解度不同，
通过升、降温度来实现胶凝，从而形成凝胶; ② 转换溶剂：用分散相溶解度较小的溶剂替换溶胶中原有的溶剂可以
使体系胶凝，从而得到凝胶，如固体酒精的制备; ③ 加电解质：溶液中加人含有相反电荷的大量电解质也可以引起胶凝
而得到凝胶，如在Fe(OH)3溶胶中加人电解质KCI可使其胶凝; ④ 进行化学反应：使高分子溶液或溶胶发生交联反应产生胶凝而形成
3.水热与溶剂热合成的生产设备为高压釜，有不锈钢外壳和聚四氟乙 烯内衬构成
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简答和论述
水热生长体系中的晶粒形成有哪三种机制？
“均匀溶液饱和析出”机制由于水热反应温度和体系压力的升高，溶 质在溶液中溶解度降低并达到饱和，以某种化合物结晶态形式从溶液 中析出。
“溶解-结晶”机制所谓“溶解”是指水热反应初期，前驱物微粒之间的团 聚和联接遭到破坏，从而使微粒自身在水热介质中溶解，以离子或离子团的 形式进入溶液，进而成核、结晶而形成晶粒。当水热介质中溶质的浓度高于 晶粒的成核所需要的过饱和度时，体系内发生晶粒的成核和生长，随着结晶 过程的进行，介质中用于结晶的物料浓度又变得低于前驱物的溶解度，这使 得前驱物的溶解继续进行。如此反复，只要反应时间足够长，前驱物将完全 溶解，生成相应的晶粒。 “原位结晶”机制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 1变2 为结晶态。
4. 双电层 溶胶体系中，静电引力使颗粒吸引反离子向其表面靠拢，并排斥同离子， 固体表面电荷与溶液中反电荷形成了双电层结构。
知识点
1. 溶胶不是物质而是一种“状态”。
2. 提高溶胶稳定性的三个基本途径 (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。
3. 溶胶-凝胶过程，按照溶胶的形成原理分为胶体型无机、聚合物型、络合物 型