《材料合成与制备新技术》
材料合成与制备方法
A.晶核形成的热力学势垒 要大，液体大
C.在粘度与温度关系相似的条件下， 或液相温度要低
D.原子要实现较大的重新分配，达到共晶点附近的组成。
2）结构模型
A.微晶模型：基本思想是：大多数原子与其最近邻原子的相对位置与晶体情形完全相同，这些原子组成一纳米至几十纳米的晶粒，长程有序性消失主要是因为这些微晶取向散乱、无规的原因。
答：B—S法的构思是在一个温度梯度场内生长单晶，在单—固——液界面上成核。待结晶的材料通常放在一个圆柱形的坩埚内，坩埚可垂直或水平放置，使坩埚下降通过一个温度梯度，或使加热器沿坩埚上升。
第二章、
1.试说明非晶态的概念与特性
答：1）概念：非晶体物质是介于晶体和液体之间有序度的一种聚集态，其在小于几个原子间距的小区间内（1~1.5nm），仍然保持形貌和组分的某些有序特征而具有短程有序但长程无序的特殊物质状态。
2.试推导液固生长系统的相变驱动力。
解：设晶体流体的界面面积为A，垂直于界面的位移为∆X，系统的吉布斯自由能的降低为∆G，界面上单位面积的驱动力为f；驱动力做功：f·A·∆X=—∆G
f=-∆G·A·∆X=-∆G·∆V
生长驱动力在数值上等于生长单位体积的晶体所引起的系统吉布斯自由能的变化，负号表示界面向流体中位移引起系统自由能降低。
2）特性： a.高强度、高韧性b.抗腐蚀性c.软磁特性d.超导电性e.光学性质：光吸收、光电导、光致发射f.其它性质：室温电阻率高，负的电阻温度系数。
2.试说明常见非晶态的分类
答： 1）非晶态合金
2）非晶态半导体材料
3）非晶态超导体
4）非晶态高分子材料
5）非晶态玻璃
3.试说明非晶态材料的形成条件和结构模型
6.说明影响CVD的参数
材料合成与制备方法
材料合成与制备方法材料合成是材料科学领域中的关键环节，合成方法的选择直接影响到材料的性能和应用。
本文将介绍几种常见的材料合成方法和制备技术，包括化学合成、物理合成和生物合成等。
一、化学合成化学合成是一种通过化学反应来制备新材料的方法。
通常需要原料物质在特定条件下进行反应，生成目标产物。
常见的化学合成方法包括溶液法、气相法和固相法等。
1. 溶液法溶液法是一种将原料物质溶解在适当的溶剂中，通过溶液中物质的扩散、固相沉淀和晶体生长等过程，制备出所需的材料的方法。
这种方法操作简单，适用于多种材料的合成。
2. 气相法气相法是一种将原料物质气化或溶解在惰性气体中，通过气相反应生成目标产物的方法。
这种方法通常用于制备高纯度、高质量的材料，适用于一些高温、高真空条件下的合成。
3. 固相法固相法是一种将原料物质混合均匀后，在高温条件下进行反应生成目标产物的方法。
这种方法适用于高温烧结、固相反应等制备过程。
二、物理合成物理合成是一种利用物理方法实现材料合成的方式。
常见的物理合成方法包括熔融法、机械合成和溅射法等。
1. 熔融法熔融法是一种将原料物质加热至熔化状态后冷却凝固成材料的方法。
这种方法通常用于金属材料、陶瓷材料等的制备，具有制备工艺简单、成本低廉的优点。
2. 机械合成机械合成是一种通过机械力对原料物质进行机械混合、压缩、研磨等过程，实现材料合成的方法。
这种方法适用于一些不容易发生化学反应的材料，可以制备出高性能的复合材料。
3. 溅射法溅射法是一种利用高能粒子轰击靶材表面，使靶材表面原子或分子脱落并沉积在基底上形成薄膜的方法。
这种方法适用于制备薄膜、涂层等材料，广泛应用于电子、光电等领域。
三、生物合成生物合成是一种利用生物体或生物体系来合成材料的方法。
常见的生物合成方法包括生物体内合成、发酵法和生物模板法等。
1. 生物体内合成生物体内合成是一种利用生物体自身代谢过程中产生的物质合成材料的方法。
这种方法适用于生物体本身就能够合成目标产物的情况，具有环境友好、资源可再生的优点。
材料合成与制备的基本途径课件
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。
《材料合成与制备技术》课程教学大纲
《材料合成与制备技术》课程教学大纲课程代码：ABCL0412课程中文名称：材料合成与制备技术课程英文名称：Materials Synthesis and Preparation Technology课程性质：选修课程学分数：1.5课程学时数：24授课对象：材料化学专业本课程的前导课程：固体化学、有机化学一、课程简介本大纲适用于材料化学类本科。
本课程旨在介绍材料合成与加工的原理、方法和技术，着重讲述了单晶体的生长，非晶态材料的制备，薄膜的制备方法，功能陶瓷的合成与制备，结构陶瓷和功能高分子材料的制备方法等。
材料合成与加工是材料化学专业选修课，通过本课程的教学，帮助学生掌握各种材料的合成与加工的理论与方法。
本课程的重点是针对不同性能体系的材料发展起来的各种合成方法与加工制备工艺，理解各类材料合成原理和物理化学过程。
通过本课程的学习，要求学生能够使用多种类型材料的设备、分析多种类型材料的性能，并初步具备开发新设备、制备新材料的能力，为学习材料化学专业打好基础。
二、教学基本内容和要求第一章单晶材料合成与制备课程教学内容：从固相-固相平衡、液相-固相平衡和气相-固相平衡制备单晶材料的方法，提拉法制备、气相外延生长单晶硅的工艺，焰熔法制备宝石。
课程的重点、难点：重点：晶态的基本概念，晶态生长的基本原理，常见的固-液晶体生长技术。
难点：晶体生长的基本原理。
课程教学要求：要求了解固相-固相平衡的晶体生长的基本概念和机理。
了解液相-固相平衡的晶体生长的机理，掌握一些液相-固相平衡生长晶体的具体方法。
了解气相-固相平衡的晶体生长的主要方法。
第二章非晶态材料的制备课程教学内容：非晶态材料的基本概念和基本性质，非晶态材料的形成理论，非晶态材料的制备方法与原理。
课程的重点、难点：重点：非晶态的基本概念，非晶态材料生长的基本原理，常用的非晶态材料的制备原理。
《先进材料制备技术》课程教学大纲(本科)
先进材料制备技术Advanced preparation technologies of Materials课程代码：07410179学分：1.5学时：（24学时，其中：讲课学时24）先修课程：材料科学基础，材料测试方法，材料力学性能，材料物理性能适用专业：金属材料工程教材：《材料制备新技术》、许春香主编、化学工业出版社、第一版（教材名称、主编、出版社、版次）一、课程性质与教学目标（一）课程性质与任务（需说明课程对人才培养方面的贡献）本课程是金属材料工程专业一门重要的专业基础选修课。
主要任务是使学生掌握先进材料制备的基本原理和应用，了解先进材料的制造技术。
通过该课程的学习使学生掌握快速凝固技术的基础理论、制造工艺；掌握喷射成形技术、机械合金化技术、半固态加工技术的原理及试验方法；了解纳米材料和非晶态合金的基本原理和制备技术。
通过本课程的学习，可以拓宽学生的知识面和科研视野，为进行新材料的研究和应用提供方法和途径。
（二）课程目标（需包括知识、能力与素质方面的内容，可以分项写，也可以合并写）1．掌握快速凝固技术的基本原理和基本工艺；2．掌握喷射成形技术、机械合金化技术、半固态加工技术的原理及工艺方法；3．了解纳米材料和非晶态合金的基本原理和制备技术。
（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点5-2、10-1和12-1：1. 毕业要求指标点5-2. 能够开发、选择或使用面向解决复杂工程问题的计算机语言、计算机辅助设计程序、现代设备等。
2. 毕业要求指标点10-1. 掌握一门外语，能够在跨文化背景下进行沟通、交流和合作。
3. 毕业要求12-1. 具备关注和学习金属材料工程领域的最新科学与工程的进展与发展趋势的能力。
注：课外学时按相关专业培养计划列入表格三、达成课程目标的途径和措施1、把握主线，引导学生掌握先进材料制造技术的相关概念、基本原理与应用，利用实际案例，帮助学生理解和掌握不同制造方法方法的基本原理和应用的特点。
材料制备新技术PPT课件
（4）机械合金化（Mechanical Alloying, MA） 高能球磨，颗粒与颗粒之间、颗粒与球之间强烈、频
繁的碰撞，产生颗粒间反复的冷焊和断裂。
（5）高温自蔓延合成技术（Self-Propagation HighTemperature Synthesis, SHS）
利用原料间的化学反应热来进行化合物粉的合成，也 可以用于烧结、焊接、涂层。
激光束一层一层烧结粉末。 快速原型制作技术。
材料制备新技术
（3）热振荡活化烧结（Heat Shock Activated Sintering） （4）微波烧结（Micro Wave Sintering）
材料制备新技术
（5）等离子体烧结（Plasma Sintering） 放电等离子体烧结、等离子体活化烧结、脉冲电流
制得粉末：球形，粒 度分布窄，粒度小（小于 50微米）
材料制备新技术
（ 3 ） 真 空 雾 化 （ Vacuum Atomization） 一定气压下，含有过饱和气 体的金属熔体突然暴露于真空 中由于气体的迅速膨胀使液体 金属雾化成粉。 也称为熔体气体雾化 （Soluble Gas Atomization）； 熔体爆炸雾化（Melt Explosion Technique）
材料制备新技术
2.1.3 烧结新技术 （1）电场活化烧结（Field Activated Sintering Technique）
电场活化烧结技术(FAST)是指在烧结时施加电场。 施加电场可以固结难以烧结的粉末，比传统烧结温度 低、时间短、制品密度高、质量好。 （2）选择激光烧结（Selective Laser Sintering）
材料制备新技术
(8)树脂传递模塑
材料制备新技术
材料制备与表征的新方法和新技术
材料制备与表征的新方法和新技术材料科学是现代科学与技术中的一个重要领域，涉及材料的合成、组成、结构、性质与应用。
随着科学技术的发展，材料制备与表征的新方法和新技术不断涌现，从而推动了材料科学的发展。
一、核磁共振技术核磁共振（NMR）是一种重要的材料表征技术，利用核磁共振现象研究物质的结构、动力学和相互作用，可以得到物质的分子结构、化学键、晶体结构等信息。
现在，核磁共振已被广泛应用于化学、物理、材料科学等领域，特别是在材料制备的过程中起到了重要作用。
二、自组装技术自组装技术是一种自然界中具有普遍性的现象，即物质在合适的条件下自动组装成有序的结构。
利用自组装技术，可以制备出复杂的材料结构，具有重要的理论意义和实际应用价值。
自组装技术包括自组装单分子膜、自组装多分子膜、自组装微结构和自组装纳米结构等。
三、场发射扫描显微镜技术场发射扫描显微镜（FE-SEM）是一种高分辨率的电子显微镜技术，广泛用于表面形貌、微观结构和成分分析等领域。
FE-SEM具有分辨率高、成像清晰、分析速度快等优点，可以直接观察材料的形貌和结构，为材料制备和表征提供了重要技术支持。
四、能谱技术能谱技术是一种材料分析方法，通过测量样品对不同能量的粒子的反应，得到不同成分的能谱，从而分析材料的成分、结构和性质。
常见的能谱技术包括X射线能谱、能谱探针和电子能谱等。
五、原位反射光谱技术原位反射光谱技术是一种非常重要的表面分析技术，能够研究材料的表面组成、反应性、吸附能力和动力学等，为材料表面的改性和功能化提供了重要的技术支持。
总之，材料制备与表征是材料科学的重要组成部分，新的材料制备和表征技术不断涌现，为材料科学的发展和应用提供了有力支持。
各种新技术的应用将促进材料科学的发展，并推动新材料的发明、制备与应用。
材料制备新技术考试复习重点
⑴实现快速凝固的途径有哪些？答：动力学急冷法，热力学深过冷法，快速定向凝固法。
⑵简述金属粉末的快速凝固方法及工艺特点？答：方法：利用雾化制粉方法实现金属粉体的快速凝固，工艺特点：①水雾化法：水雾化法粉末的形状不太规则②气雾化法：粉末细小，均匀，形状相对规整，近视球形，粉末收得率高③喷雾沉积法：除具有快速凝固的一般特征外，还具有把雾化制粉过程和金属成形结合起来，简化生产工艺，降低生产成本，解决了RS∕PM法中粉末表面氧化的问题，消除了原始颗粒界面对合金能的不利影响。
⑶用单辊法制备金属带材的快速凝固工艺特点是什么？答：①单辊需要以2000~10000r∕min的高速度旋转，同时要保证单辊的转速均匀性很高，径向跳动非常小，以控制薄膜的均匀性②为了防止合金溶液的氧化，整个快速凝固过程要在真空或保护性气氛吓死进行③为了获得较宽并且均匀的非晶合金带材，液流必须在单上均匀成膜，液流出口的设计及流速的控制精度要求很高。
⑷常用金属线材的快速凝固方法有哪些？他们的工艺特点是什么？答：玻璃包覆熔融纺线法：容易成型连续等径，表面质量改的线材。
合金溶液注入快冷法：装置简单。
旋转水纺线法：原理和装置简单，操作方便，可实现连续生产。
传送带法：综合了合金注入液体冷却法和旋转液体法，可实现连续生产。
⑸喷射成型的基本原理是什么？其基本特点是什么？基本原理：在高速惰性气体（氩气和氦气）的作用下，将熔融的金属盒合金液流雾化成弥散的液态颗粒，并将其喷射到水冷的金属沉积器上，迅速形成高度致密的预成形毛坯。
特点：高度致密，低含氧量，快速凝固的显微组织特征，合金性能搞，工艺流程短，高沉积效率，灵活的柔性制造系统，近终形成形，可制备高性能金属基复合材料。
⑹气体雾化法是利用气体的冲击力作用于熔融液流，使气体的动能转化为熔体的表面，从而形成细小的液滴并凝固成粉末颗粒。
⑻⑺喷射成形又称喷射雾化沉积或喷射铸造等是用快速凝固方法制备大块，致密材料的高新技术，它把液态金属的雾化（快速凝固）和雾化熔滴的沉积（熔滴动态致密化）自然结合起来。
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《材料合成与制备新技术》
材料合成与制备是一项重要的科学技术，对于新材料的研究和开发起着至关重要的作用。
近年来，随着科技的发展，材料合成与制备新技术得到了快速的发展。
本文将介绍一些近年来涌现的材料合成与制备新技术，包括二维材料制备、纳米结构制备技术以及仿生材料制备技术等。
二维材料制备是近年来受到广泛关注的领域。
二维材料具有独特的结构和性能，如高强度、高导电性和热稳定性等，对于电子器件、能源存储等领域具有广泛的应用前景。
传统的二维材料制备方法主要包括机械剥离法和化学气相沉积法。
而新兴的二维材料制备技术，如溶液剥离法、电化学剥离法以及化学还原法等，更加简单、高效、环保且能够合成大面积的二维材料。
例如，一种基于溶液剥离法的制备技术已经成功合成出大面积的石墨烯薄膜，为石墨烯在电子器件、柔性显示等领域的应用提供了新的可能性。
纳米结构制备技术是制备纳米材料的重要手段之一、纳米材料具有尺寸效应和表面效应，展现出与传统材料截然不同的物理、化学和生物学特性，对于催化、传感、光电器件等领域具有广泛的应用前景。
传统的纳米结构制备方法主要包括溶剂热法和溶胶-凝胶法。
而近年来涌现的一些新技术，如激光溅射法、原位合成法以及生物合成法等，不仅可以精确地控制纳米材料的形貌和结构，还可以实时监测材料制备过程中的物理和化学变化。
例如，一种基于激光溅射法的纳米结构制备技术已经成功制备出具有优异光电特性的纳米材料，并在传感、光电器件等领域展示出潜在的应用价值。
仿生材料制备技术是近年来发展迅猛的一种新技术。
仿生材料是通过模仿生物体的结构、功能和性能，以实现材料性能上的超越。
仿生材料不
仅能够实现柔性、透明、自愈合等特性，还可以实现自驱动、自适应和智能响应等功能。
传统的仿生材料制备方法主要包括拓扑导向法和化学模板法。
而新兴的仿生材料制备技术，如微纳米加工技术、生物技术以及三维打印技术等，可以实现精确控制、高效制备和大面积加工的仿生材料。
例如，通过三维打印技术可以制备出具有复杂结构和功能的仿生材料，为生物医药、柔性电子等领域的应用提供了新的解决方案。
总的来说，材料合成与制备新技术的涌现将推动材料科学的发展，为材料的研究和开发提供新的思路和方法。
二维材料制备、纳米结构制备以及仿生材料制备是近年来受到广泛关注的领域，这些新技术不仅可以改善材料的性能和功能，还可以拓展材料的应用领域。
随着科技的不断进步，相信将会有越来越多的材料合成与制备新技术涌现出来，为各个领域的研究和应用提供更多可能性。