非晶材料制备
非晶材料的制备与控制
非晶材料的制备与控制非晶材料是指没有长程有序结构的材料，其结构非常复杂，特点是具有高度的均质性、高密度、高强度、高硬度、高熔点等优良性质，因此被广泛应用于电子、光电、机械、航空等领域，成为现代工业发展的重要材料之一。
非晶材料制备的方法很多，主要包括物理和化学两个方面。
下面将分别介绍这两个方面的制备方法和相应的控制技术。
一、物理制备方法1. 快速凝固法快速凝固法是通过快速冷却来制备非晶材料。
主要有玻璃淬火法、飞行时间法、溅射法、纳米线法等多种方法。
其中，玻璃淬火法是最早应用的制备方法，其具有制备成本低、制备时间短、适用性广等优点。
快速凝固法的优点是样品制备周期短，制备成本低。
但同时也存在一些问题，如玻璃淬火法需要用到大量的淬火剂，会造成对环境的污染。
2. 溶液淬火法溶液淬火法是利用一种溶剂来制备非晶材料。
主要有水热法、微乳液法、溶胶凝胶法等多种方法。
其中，水热法是最简单、最常用的制备方法。
溶液淬火法的优点是样品制备过程较为简单，制备环境友好，但其也存在一些问题，如对制备溶液组成、溶剂类型等要求较高。
3. 气相淀积法气相淀积法是通过气相化学反应来制备非晶材料，主要有物理气相沉积法、化学气相沉积法等多种方法。
其中，物理气相沉积法是最广泛应用的制备方法。
气相淀积法的优点是可以制备高质量、高纯度的非晶材料，但同时也存在一些问题，如气相淀积过程中需要高温和高压条件下进行，对设备的要求较高，制备成本也相应较高。
二、化学制备方法1. 溶剂热合成法溶剂热合成法是通过在高温下使原料在溶剂中反应而形成非晶材料，主要有水热法、溶剂热法等多种方法。
其中，水热法成本最低、适用性最广。
溶剂热合成法的优点是可以控制反应条件和反应时长来控制非晶材料的形成和性能，但同时也存在一些问题，如对反应温度和反应气氛等要求较高。
2. 软模板合成法软模板合成法是通过某种化学方法将一些有机分子（称为软模板）结合在一起，形成一个“模板”，而后再通过其他化学方法来制备非晶材料，主要有胶体晶体法、热分解法、模板导向法等多种方法。
非晶态材料的制备和性质
非晶态材料的制备和性质随着科技的飞速发展，材料科学技术也随之不断进步。
作为一种新兴的材料，非晶态材料在各个领域都有广泛的应用，如电子、电工、力学、生物、化学等，因此其制备和性质研究备受关注。
一、非晶态材料的制备方法非晶态材料是一种没有长程有序结构的固体材料。
制备非晶态材料有多种方法，以下介绍其中几种。
1、快速凝固法快速凝固法是制备非晶态材料的最常用方法之一，其原理是通过快速冷却液态金属，使分子结构无法排列，从而形成非晶态材料。
快速凝固法分为多种，如单轴拉伸、液滴飞散、旋转坩埚等。
2、物理气相沉积法物理气相沉积法是在真空中通过鼓泡、溅射和蒸发等途径将材料沉积在基底上，形成非晶态材料。
常见的物理气相沉积法有热蒸发法、磁控溅射法和激光蒸发法等。
3、溶胶凝胶法溶胶凝胶法利用液相化学反应制备非晶态材料。
它的原理是通过在溶液中加入一定比例的试剂，使得所生成的凝胶液能够数十到数百度地加热固化，形成非晶态材料。
这种方法对于非晶金属氧化物材料的制备具有独特优势。
二、非晶态材料的性质由于非晶态材料的化学成分和物理结构的特殊性质，它具有很多独特的物理和化学性质。
以下将简要介绍几种常见的非晶态材料性质。
1、高热稳定性和良好的化学稳定性由于非晶态材料的结构更加紧密，非常难以发生物理和化学变化，因此非晶态材料具有高热稳定性和良好的化学稳定性。
这是一些化学储能和高温环境材料的理想选择。
2、优异的机械性能非晶态材料的内部结构类似于玻璃，在形变过程中，分子排列难以发生变化，从而使其具有优异的机械性能。
这种性质使得非晶态材料成为了开发高强度、高韧性和高导电性的材料的理想选择。
3、宽的电学响应范围由于非晶态材料中排列不规则，因此其电学响应范围非常宽。
这种特性使得非晶态材料在先进的光电技术中得到了广泛的应用。
4、特殊的磁性质一些非晶态材料具有特殊的磁性质，如低磁滞、高磁弛弦、高磁导率和高饱和磁感应强度等。
这使得非晶态材料成为了磁性储存器和传感器的重要材料。
非晶态材料的制备及其特性与应用
非晶态材料的制备及其特性与应用随着人类科技的不断进步，材料科学也在不断地发展和更新，而非晶态材料就是其中之一。
非晶态材料是一种新型材料，其具有许多独特的物理和化学性质，使其在许多领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍非晶态材料的制备方法、特性和应用。
一、非晶态材料的制备非晶态材料（amorphous）可以理解为一种没有长程有序结构的材料，其结构是类似于未定型玻璃的随机分子排布。
目前，制备非晶态材料的方法主要有以下几种：1. 溅射法溅射法是利用高能离子轰击固体表面的原理，将固态材料弹射出来后，在气相当中沉积下来形成非晶态材料。
这种方法制备出的非晶态材料，粒径小、质量均一。
2. 快速冷却法快速冷却法也称为淬火法，是将材料熔融后，以极快的速度（大于10^5 K/s）冷却，从而形成非晶态材料。
这种方法制备出的非晶态材料具有优异的热稳定性和力学性能，适用于制备金属、合金和非晶态氧化物。
3. 液相冷却法液相冷却法是通过将材料熔化后，将其快速冷却到玻璃态，然后将玻璃态材料破碎成为微小颗粒。
这种方法制备出的非晶态材料，因其微小粒径和高比表面积，表现出极好的光催化活性。
二、非晶态材料的特性1. 非晶态材料具有高硬度和高强度，能承受较大的压力和拉伸。
2. 非晶态材料具有优良的耐磨性，适用于制造摩擦部件。
3. 非晶态材料较纯晶态材料具有更好的耐腐蚀性，可应用于化学和电子领域。
4. 非晶态材料在高温环境下表现出领先于晶体材料的耐腐蚀性和高温稳定性。
5. 非晶态材料具有优异的磁性和电学性质，适用于制造传感器和记录设备。
三、非晶态材料的应用1. 材料领域非晶态材料适用于制造多种材料，例如玻璃、金属和聚合物。
非晶态材料的制造成本较低、加工成形能力强，并且可以制造出复杂的外形。
2. 能源领域非晶态材料的应用在能源领域开始被越来越重视。
非晶态材料制成的太阳能电池具有响应时间短、转化效率高等优点。
3. 生物技术非晶态材料的应用在生物医学领域中，特别是在生物诊断和治疗方面。
非晶态材料的制备及其物性研究
非晶态材料的制备及其物性研究近年来，非晶态材料因其独特的物理、化学和机械性能，成为了材料领域中越来越受关注的研究领域之一。
非晶态材料具有各种各样的应用，包括金属、聚合物和陶瓷，且受到了广泛的研究，还被视为材料科学中的一个重要分支。
本文将就非晶态材料的制备及其物性研究进行探讨。
一、非晶态材料的制备方法1. 物理气相沉积法物理气相沉积法是制备非晶态材料最常见的方法之一。
一般而言，物理气相沉积法可以通过控制不同的条件，例如沉积温度、沉积速率、气压等，来调整非晶态材料的物性参数。
通常，这种方法涉及到将材料蒸发或者溅射到基底表面上，形成非晶薄膜。
2. 紧密堆积法紧密堆积法也是常见的制备非晶态材料的方法之一。
这种方法是通过将微米或纳米颗粒堆积在一起，在高压或高温下处理，形成非晶态材料。
紧密堆积法可以在普通室温和大气压力下完成。
3. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种化学方法，可以通过化学反应形成非晶态材料。
这种方法可以将金属骨架、陶瓷骨架以及聚合物结构物修饰成非晶态材料，通过控制时间，浓度和温度来形成不同的非晶态材料。
二、非晶态材料的物性研究1. 电学性质非晶态材料的电学性质是非常重要的一种物性。
非晶态材料的电学性质可以控制材料的导电性能，因此可以被广泛应用于微电子器件中。
具有高介电常数和低介质损耗的非晶态材料可用于电容器和传感器中。
2. 光学性质非晶态材料也具有重要的光学性质，包括透明度和反射率等。
在平面光学元件中，非晶态材料可以用作反射镜、中性密度滤波器以及偏振片等。
此外，在光纤通信领域，非晶态材料也扮演着非常重要的角色。
3. 机械性质与晶体材料相比，非晶态材料在力学性质方面表现出更加独特的性能。
一些非晶态材料具有非常高的弹性极限和强度，使得其在航天器和其他应用领域中得到了广泛应用。
综上所述，非晶态材料在材料科学中具有非常重要的地位。
制备非晶态材料的方法和控制材料的物性研究具有重要意义。
希望未来材料学家们能够在非晶态材料领域中发掘更多材料的应用价值和制备方法。
第六章非晶态材料的制备
第六章非晶态材料的制备非晶态材料是一种特殊的材料，其结构没有周期性的重复单元。
相比于晶态材料，非晶态材料具有更高的硬度、强度和韧性，并且具有较低的电阻率和光反射率。
因此，非晶态材料被广泛应用于电子、光学、磁性和结构材料等领域。
非晶态材料的制备方法有多种，下面将介绍其中的几种常用方法。
1.熔融冷却法：熔融冷却法是最常用的非晶态材料制备方法之一、通过将材料加热至高温状态，然后迅速冷却，使原子无法排列成有序的晶体结构，从而形成非晶态结构。
常见的熔融冷却方法包括快速凝固法、射频溅射法和脉冲激光沉积法等。
2.溅射法：溅射法是一种常用的非晶态材料制备方法。
通过将材料放置在溅射装置中，加入适量的惰性气体，然后通过施加高电压或射频功率，使阳极材料形成离子，从而在材料表面形成非晶态薄层。
3.电化学沉积法：电化学沉积法是一种利用电化学反应制备非晶态材料的方法。
通过将材料浸泡在含有金属离子的溶液中，然后通过施加电压或电流，使金属离子在材料表面电沉积，从而形成非晶态结构。
4.溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法是一种通过溶胶和凝胶过程制备非晶态材料的方法。
溶胶是材料的液体溶液，凝胶是材料的固体凝胶体。
通过适当控制溶胶和凝胶的浓度和温度，以及加入适量的络合剂和表面活性剂，可以形成均匀分散的溶胶体系，使材料在非晶态结构条件下凝胶。
5.软模板法：软模板法是一种利用有机分子作为模板制备非晶态材料的方法。
通过将有机分子溶液浸涂在基底上，在溶剂挥发的过程中，有机分子会形成一种有序排列的结构，然后利用热处理或化学反应将有机分子转化为非晶态材料。
以上是几种常用的非晶态材料制备方法，不同的方法适用于不同的材料和应用需求。
随着材料科学和制备技术的不断发展和创新，未来还会有更多的非晶态材料制备方法被发现和应用。
非晶态材料的制备方法的研究和改进将有助于提高材料的性能和应用范围，推动材料科学和工程领域的进步。
非晶态材料的制备课件
20世纪末至今
随着科技的发展，非晶态 材料的应用领域不断扩大 ，成为材料科学领域的重 要分支。
02
非晶态材料的制备方法
气相沉积法
物理气相沉积法
利用物理方法（如真空蒸发、溅射等 ）将材料从固态转化为气态，然后沉 积在基底上形成非晶态薄膜。
化学气相沉积法
通过化学反应将气态前驱体转化为非 晶态材料，通常需要在较高的温度和 压力下进行。
燃料电池
非晶态材料可以作为燃料电池的电极材料，提高 电极的催化活性和稳定性。
储能电池
非晶态材料具有较高的能量密度和快速的充放电 能力，可用于制造高能电池。
在电子信息领域的应用
集成电路
非晶态材料具有优良的导电性和稳定性，可以用于制造集成电路 中的金属导线。
电子器件
非晶态材料可以用于制造电子器件的电极和半导体层，提高器件性 能和稳定性。
绿色可持续发展
在非晶态材料的制备过程中，需要关 注环保和可持续发展，开发低能耗、 低污染的制备方法，以实现绿色生产 。
THANKS
感谢观看
非晶态材料内部原子排列相对较 为规整，存在一定的短程有序结 构，这使得非晶态材料具有一定
的物理和化学性能。
无明显的界面
非晶态材料内部原子排列较为连 续，没有明显的界面或晶界存在 ，这使得非晶态材料在某些方面
具有更好的性能。
04
非晶态材料的应用前景
在新能源领域的应用
太阳能电池
非晶态材料可以用于制造高效、低成本的太阳能 电池，提高光电转换效率。
非晶态材料的应用领域
01
02
03
机械工程
用于制造耐磨、耐腐蚀的 零部件，如轴承、齿轮等 。
电子工程
用于制造电子元器件，如 非晶态金属薄膜、非晶态 半导体等。
非晶态材料的制备与性质
非晶态材料的制备与性质非晶态材料是一类具有特殊物理和化学性质的材料。
它们没有规则的晶体结构，而是由原子或分子之间的无序排列构成。
在非晶态材料中，原子和分子呈现出一定的局部有序性，同时还存在着显著的无序性。
作为一种新型的材料，非晶态材料在诸多领域都有着非常广泛的应用。
本文将介绍非晶态材料的制备方法和性质特点。
一、非晶态材料的制备方法非晶态材料的制备方法主要有几种，包括快速凝固法、物理气相沉积法和化学溶液法等。
1、快速凝固法快速凝固法是最早被应用于制备非晶态材料的方法之一。
其基本原理是通过极快的冷却速度来降低原子和分子的运动能力，进而在固态状态下形成无序状态的固体。
快速凝固法的操作方式较为简单，可以通过数种不同的方式进行，如液滴法、熔滴法、磁控溅射法等。
其中，液滴法是应用最为广泛的一种方法。
快速凝固法制备出的非晶态材料具有结构紧密、热稳定性高、力学强度大等优良性质。
2、物理气相沉积法物理气相沉积法是一种新兴的制备非晶态材料的方法。
其过程是通过高温的物理气相沉积，在表面上一层层地沉积原子或分子，在原子间相互作用力的作用下构成非晶态结构。
物理气相沉积法具有制备非晶态材料时需要的原材料少、过程简单等优点，而且可以很容易地控制沉积速度和表面形貌。
目前，物理气相沉积法已在电子学、光学、存储器材料、传感器等领域发挥了十分重要的作用。
3、化学溶液法化学溶液法是一种制备非晶态材料的化学方法。
其过程是通过将所需材料加入适当的溶剂中，进行溶解、反应、沉淀等步骤，形成非晶态材料。
化学溶液法不仅可以制备出各种类型的非晶态材料，而且还可以制备出多层复合材料以及空心微球等高级复杂结构的纳米材料。
二、非晶态材料的性质特点非晶态材料具有许多特殊的性质，与晶体材料相比具有以下几个方面的不同。
1、无定形性非晶态材料中的原子或分子呈无定形态，不同原子之间的成键方式和断裂方式不同。
因此，非晶态材料的结构复杂，存在比较广泛的局部有序性和无序性。
08-第八章非晶态材料的制备
其中f为界面上生长点与总质点之比，∆Hfm为摩尔原子熔化 热，Dg是通过界面的原子平均扩散系数。 对于熔化熵小的物质（∆Hfm/Tm<2R）,如金属、SiO2、GeO2 等，f接近于1； 对于熔化熵大的物质（ ∆ Hfm/Tm>4R）, 如金属间化合物、 大多数无机（硅酸盐、硼酸盐）和有机化合物等，f=0.2∆Tr。
8-11
4. 非晶固体的形成条件
（ 1 ） 晶 核 形 成 的 热 力 学 势 垒 ∆ G* 要 大 ， 液 体 中 无 杂 质 。 ∆ G*=16πγ3/3(∆Gv)2，∆Gv=∆Sv(T-Tm)=Tr∆T∆Hv 越小， γ 越大， ∆ G* 就越大，形成非晶就较容易。 （2）结晶的动力学势垒∆Ga要大，因为D0∝exp(-∆Ga/kt) ∝1/η， 粘度就大，而且随着温度下降，粘度很快增大，容易形成玻璃。 （ 3 ） 深 共 晶 点 ： 熔 点 越低 的 物 质越 容 易 形成 玻 璃 ，因 为 Tm=∆H/∆S，Tm低说明不需要多大的能量就能造成较大的无序程度， 有助于形成玻璃。因此，共晶点附近的组成容易形成玻璃。
其中，AV是单位体积杂质所具有的表面积，Ns 为单位面积杂 质上的原子数，θ为接触角，cosθ = (γHC-γHL)/γCL，这里γCL、γHL和
γHC分别表示晶体－液体、杂质－液体和杂质－晶体的界面能。
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一、La-Ga-Cu非晶制备
1、性质：
La：银白色的软金属，有延展性。
化学性质活泼。
能与水作用。
易溶于稀酸。
在空气中易氧化；加热能燃烧，生成氧化物和氮化物。
在氢气中加热生成氢化物。
Ga：银白色金属，在30℃时变为发光液体，冷却至0℃而不固化；在干燥空气中稳定，在潮湿空气中失去光泽；与碱反应放出氢气；能被冷浓盐酸浸蚀，
对热硝酸钝性，高温时能与多数非金属反应；溶于酸和碱中，微溶于汞。
Cu：呈紫红色光泽的金属。
熔点1083.4±0.2℃，沸点2567℃。
常见化合价+1和+2（3价铜仅在少数不稳定的化合物中出现）。
铜是人类发现最早的金属
之一，也是最好的纯金属之一，稍硬、极坚韧、耐磨损。
还有很好的延展性。
导热和导电性能较好。
铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，在干燥的空
气里很稳定。
但在潮湿的空气里在其表面可以生成一层绿色的碱式碳酸铜
[Cu2（OH）2CO3]，这叫铜绿。
2、制备：
a、用锯子锯下所需的镧，将表面打磨光滑，边角无毛刺，称重后为12.9814g。
之后将镧放入煤油，以防止氧化。
b、在电脑上用软件计算后得到所需的镓为1.002455g，铜为2.2841g。
c、锯下大于所需大小的铜，将表面打磨光滑，边角无毛刺，之后称重，重量
大于所需重量，用锉刀稍微磨去部分铜，再次称重，直到重量为所需重量
为止。
实际取铜2.2844g。
d、取镓，镓有毒，带一次性手套。
用镊子小心地划掉部分镓，直至所需重量，
实际取镓1.0026g。
e、放入非自耗真空电弧熔炼及吸铸炉内，融点高的放在上边，熔点低的放在
下面，按操作规程操作，得到合金。
f、经检验得，合金强度不够，剪切时无火花。
排除为非晶材料的可能，实验
失败。
二、Ce-Ga-Cu-Ni非晶制备
3、性质：
Ce: 铈是一种银灰色的活泼金属，粉末在空气中易自燃，易溶于酸。
铈在地壳中的含量约0.0046%，是稀土元素中丰度最高的。
Ga：银白色金属，在30℃时变为发光液体，冷却至0℃而不固化；在干燥空
气中稳定，在潮湿空气中失去光泽；与碱反应放出氢气；能被冷浓盐酸浸
蚀，对热硝酸钝性，高温时能与多数非金属反应；溶于酸和碱中，微溶于
汞。
Cu：呈紫红色光泽的金属。
熔点1083.4±0.2℃，沸点2567℃。
常见化合价
+1和+2（3价铜仅在少数不稳定的化合物中出现）。
铜是人类发现最早的
金属之一，也是最好的纯金属之一，稍硬、极坚韧、耐磨损。
还有很好的
延展性。
导热和导电性能较好。
铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，
在干燥的空气里很稳定。
但在潮湿的空气里在其表面可以生成一层绿色的
碱式碳酸铜[Cu2（OH）2CO3]，这叫铜绿。
Ni: 近似银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素，它能够高度磨光
和抗腐蚀。
镍属于亲铁元素。
在地核中含镍最高，是天然的镍铁合金。
4、制备：
a、用锯子锯下所需的铈，将表面打磨光滑，边角无毛刺，称重后为6.4089g。
之后将铈放入煤油，以防止氧化。
b、在电脑上用软件计算后得到所需的镓为0.3873g，铜为0.7682g,镍0.1151g。
c、锯下大于所需大小的铜，将表面打磨光滑，边角无毛刺，之后称重，重量
大于所需重量，用锉刀稍微磨去部分铜，再次称重，直到重量为所需重量
为止。
实际取铜0.7681g。
d、相同方法取镍0.1154g。
e、取镓，镓有毒，带一次性手套。
用镊子小心地划掉部分镓，直至所需重量，
实际取镓0.3876g。
f、放入非自耗真空电弧熔炼及吸铸炉内，融点高的放在上边，熔点低的放在
下面，按操作规程操作，得到合金。
g、经检验得，合金强度符合要求，剪切时有火花，可能为非晶。
（非自耗真空电弧熔炼及吸铸炉操作规程：
1、打开空气阀，放入空气至真空表指针指零，打开炉门装入要熔炼的原料，关
闭炉门，打开氧气减压法，流量控制阀。
2、在炉膛底部装上吸住用铜模具。
3、设备的电源：依次打开位于配电盒内的总低电压电源开关，冷水机电源开关，
控制柜电源开关，高压电源开关。
4、设备的水冷：依次打开冷水机总开关，水泵开关，压缩机开关，控制柜的水压
报警开关。
5、抽真空“打开两个机械泵电源开关，打开真空计电源开关，打开副机械泵阀，
抽低真空至5Pa以下，关闭副机械泵阀，依次打开主机械泵阀和分子泵电源开
关，抽高真空至0.00003Pa，关闭主机械泵阀。
6、充入保护气体：打开氩气阀，往炉内冲入氩气至真空表指针-0.02MPa，关闭氩
气阀。
7、引弧与熔炼：引弧的起始电压为75-80V；弧焊电源开始工作后禁止钨电极与其
他部位直接接触；如果接触会由于大电流击穿铜模具而造成灾难性后果。
8、熔炼结束：等待所有金属冷却至较低温度，卸下所用模具，清理模具，如果进
行下一次熔炼重复4、5、6；如果不进行下一次熔炼，应关闭分子泵电源，等
待分子泵转速下降，关闭主机械泵电源，清理坩埚和炉膛，用副机械泵抽低真
空。
9、设备的关闭，所有工作结束后应按照与启动仪器设备相反的顺序关闭所有在上
述步骤中没有关闭的电源与阀门开关。
）。