新材料合成制备技术知识点
新型材料的化学合成

新型材料的化学合成随着科技和工业的不断发展,新型材料在各个领域的应用越来越广泛。
为了满足不同领域对材料性能的需求,研究人员不断探索和发展各种新型材料。
其中,化学合成是一种常用的方法。
本文将介绍新型材料的化学合成方法及其应用。
一、化学合成方法化学合成是通过不同的化学反应来构建新型材料的方法。
目前,有许多化学合成方法被广泛应用于新型材料的合成。
下面将介绍几种常见的化学合成方法。
1. 溶剂热法溶剂热法是一种利用高温高压溶剂中的化学反应来合成材料的方法。
在高温高压条件下,溶剂中的反应活性增强,反应速率加快,有利于生成材料的晶体结构。
这种方法常用于合成具有特殊结构和形貌的纳米材料。
2. 水热合成法水热合成法是一种利用水为溶剂,在高温高压条件下进行合成的方法。
水热合成法通常可以控制材料的形貌、粒径和晶体结构,因此在合成纳米材料和功能材料方面具有广泛的应用。
3. 气相沉积法气相沉积法是利用气态前驱体在高温下分解或反应生成材料的方法。
通过控制气相沉积的条件,可以合成纳米尺寸的材料,如纳米线、纳米粒子等。
气相沉积法广泛应用于合成半导体材料、金属氧化物和炭材料等。
4. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种利用气态前驱体在高温下反应生成材料的方法。
与普通的气相沉积法不同,化学气相沉积法通过在反应中引入化学反应来控制材料的合成过程和性能。
这种方法常用于合成薄膜、纳米线和二维材料等。
二、新型材料的应用新型材料的应用范围广泛,涉及能源、环境、电子、光电和生物医药等领域。
下面将介绍几种新型材料的应用示例。
1. 石墨烯石墨烯是一种单层厚度的二维材料,具有优异的导电性、热导性和机械性能。
它广泛应用于电子器件、传感器、催化剂和锂电池等领域。
2. 金属有机框架材料金属有机框架材料是由金属离子和有机配体组成的一类多孔材料,具有特殊的结构和孔隙特性。
它在气体吸附、分离和催化反应等方面具有广泛的应用。
3. 铁电材料铁电材料是一类具有铁电性质的材料,能够在外界电场作用下发生电极化现象。
新材料的合成与应用

新材料的合成与应用新材料,指的是近年来通过先进化学技术和材料科学的研究所开发出来的一种新型物质,它们的性质、功能、应用范围等方面都具有很好的前景和潜力。
新材料在人类的生产和生活中扮演着越来越重要的角色。
本文将探讨新材料的合成方法及其应用领域。
一、新材料的合成方法新材料的合成方法多种多样,其中最常见的几种方法如下:1、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是在溶胶状态下,通过化学反应能够转变为凝胶态的化学反应方法。
这种方法主要通过溶液或凝胶的浸渍、干燥、煅烧等一系列过程,将粉末状物质转变为纳米级的多孔材料。
2、微乳化法微乳化法是一种制备粉末状物质的方法,此法主要利用了水、表面活性剂、油三种物质彼此之间难以分离的特性。
通过加入一些其他的化学物质和反应条件,可以让水滴逐渐变为微乳液滴,最终通过干燥、煅烧等过程转化为粉末。
3、沉淀法沉淀法是在水相或有机相中进行离子沉淀并制备杂质低、结晶度高的材料,常用的沉淀剂有氢氧化钠、氢氧化铵等。
沉淀物在干燥后需要进行再晶化或煅烧,最终转化为固态粉末。
二、新材料的应用领域目前,新材料的应用领域越来越广泛,下面将针对其中几个领域进行分析。
1、纳米材料领域纳米材料是一种在纳米尺寸下表现出独特性质的材料,其尺寸小于100纳米,可以通过自组装、电子束曝光等方法进行制备。
纳米材料的特殊性质广泛应用于能源、光学、生物医学等领域,如纳米发电、纳米太阳能、纳米生物传感器等。
2、智能材料领域智能材料是指具有响应功能的材料,例如可预测、可控制、可调节、可检测、可修复等。
这些功能往往来源于材料内部的微观结构,如分子组装、聚合物链等。
智能材料的应用领域包括传感器、智能元器件、生物材料等。
3、能源领域能源领域是新材料应用的重要领域之一。
新材料在提高能源利用率、减少能源消耗、代替传统材料等方面的作用越来越大。
例如,太阳能电池、储能器等都是新材料在能源领域的代表性产品和应用场景。
4、环保材料领域环保材料领域通常是指那些具有可生物降解性、可回收性、可循环利用性等特性的材料。
化学合成新材料的方法与应用

化学合成新材料的方法与应用随着科学技术的不断进步,化学合成新材料已成为一项重要的研究领域。
本文将探讨化学合成新材料的方法和应用,并介绍几种常见的合成方法和其在各个领域中的应用。
一、化学合成新材料的方法1. 溶剂热法:溶剂热法是一种常用的化学合成方法。
该方法利用高温高压条件下溶剂中的反应活性,通过溶剂的选择和调节反应条件来合成新材料。
例如,通过溶剂热法可以合成出具有特殊结构和性能的金属氧化物纳米材料。
2. 水热法:水热法是一种以水为溶剂,在高温高压的条件下进行物质变化的合成方法。
水热法具有简单、环境友好、反应条件温和等优点,被广泛应用于制备纳米材料、纳米复合材料、功能材料等领域。
3. 气相沉积法:气相沉积法是一种以气体为反应介质,在高温条件下进行新材料的合成。
该方法可用于合成具有高纯度、高均匀性和大面积的薄膜材料,常见的气相沉积法包括化学气相沉积、物理气相沉积等。
4. 溶剂溶胶法:溶剂溶胶法是一种将溶液中的物质在气体或固体基底上进行沉积的方法。
通过溶剂溶胶法,可以制备出结晶度高、纯度高、颗粒尺寸可控的新型材料。
二、化学合成新材料的应用1. 光电子材料:化学合成方法在光电子材料的合成中具有重要应用价值。
例如,利用溶剂热法和气相沉积法可以合成具有优异光电性能的纳米材料,用于太阳能电池、光电探测器等领域。
2. 催化剂材料:化学合成新材料在催化剂领域有广泛的应用。
通过精确控制材料的结构和成分,可以合成具有高效催化活性和选择性的催化剂材料,用于催化反应和环境保护领域。
3. 生物医学材料:化学合成新材料在生物医学领域的应用也逐渐展开。
例如,利用溶剂溶胶法可以制备出具有特殊结构和功能的生物医学纳米材料,用于药物输送、医学诊断和组织工程等方面。
4. 能源材料:新材料在能源领域中的应用是实现可持续发展的重要领域之一。
通过化学合成方法,可以制备出具有高能量密度、长循环寿命和高效能量转化效率的能源材料,用于电池、超级电容器等能源存储与转换装置。
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。
初中化学材料与合成知识点梳理

初中化学材料与合成知识点梳理化学是一门关于物质结构、性质和变化的科学。
在初中阶段,学生将接触到化学的一些基础知识,其中包括材料与合成的相关知识点。
本文将对初中化学中的材料与合成知识点进行梳理,介绍其基本概念、分类以及合成方法等内容。
一、材料的基本概念和分类材料是指构成物质的各种物质的统称。
在日常生活中,我们常见的材料有金属、非金属和聚合物等。
金属包括铁、铜、铝等,非金属包括石油、煤炭、盐酸等,聚合物包括塑料、橡胶等。
根据材料的来源,可以将其分为天然材料和人工材料两大类。
天然材料是指存在于自然界中的材料,如木材、石材等。
这些材料通常不经过人为的加工或合成。
而人工材料是指经过人为的加工或合成而得到的材料,如人工合成的塑料、纤维等。
人工材料常常具有特殊的性质和应用,广泛应用于各个领域。
二、材料的合成方法合成是指通过化学反应或物理方法将不同的物质组合在一起,形成新的物质的过程。
在合成新材料时,常用到的方法包括化学合成、热处理、机械合成等。
化学合成是指通过化学反应将不同的物质发生化学变化,生成新的物质。
例如,通过氧化反应将铁粉和氧气反应生成氧化铁。
化学反应的选择和控制对于合成材料的性质至关重要。
热处理是指通过加热或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、回火等。
退火是将材料加热到一定温度,然后缓慢冷却,使材料内部结构发生变化,从而改善其力学性能。
淬火是将材料加热到一定温度,然后迅速冷却,使材料具有良好的硬度和韧性。
回火是在淬火后将材料重新加热到一定温度,然后缓慢冷却,用以降低材料的脆性。
机械合成是指通过机械力对不同的物质进行碾磨、压制、混合等处理,使其物理状态发生改变。
机械合成常用于合成非晶态材料和纳米材料。
三、材料的应用材料的应用广泛涵盖了各个领域。
不同材料具有不同的性质和应用,因此在选择合适的材料时需要考虑其物理、化学和力学性能等因素。
金属材料常用于制造机械、建筑结构和电子设备等。
新型材料的制备与表征

新型材料的制备与表征随着科技的不断进步,新型材料的研究和应用越来越广泛。
新型材料具有诸多优点,如轻量、高强度、高韧性、高稳定性等,已经成为当今材料科学研究的热点之一。
本文将介绍新型材料的制备与表征。
一、新型材料的制备1.1 化学合成法化学合成法是制备新型材料的重要方法之一,利用化学反应将原材料结合成具有特定性质的化合物。
常用的化学合成方法有溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀法、热分解法等。
这些方法可以制备很多种材料,如氧化物、碳材料、无机/有机杂化材料等。
1.2 物理制备法物理制备法是利用物理手段将原材料转变成具有特定性质的材料。
常见的物理制备法有溅射法、电化学沉积法、化学气相沉积法、激光烧结法等。
这些方法可以制备超薄材料、金属材料、半导体材料等多种材料。
1.3 生物合成法生物合成法是利用生物体内的微生物等生物体,通过其代谢活动产生的代谢物质结晶,或者通过通过种植植物/烘干等方式制备的材料。
这种方法可以制备纳米级有机无机半导体材料,复合材料和金属纳米颗粒等。
二、新型材料的表征2.1 X射线衍射X射线衍射技术是材料表征中最常用的技术之一。
它通过照射样品,利用样品中晶体的晶格衍射产生的单色X射线,来分析样品的晶体结构、晶格常数、晶面取向等。
该技术可用于结晶材料、陶瓷材料等各种材料的表征。
2.2 电子显微镜电子显微镜技术是分析新型材料的微观结构和形貌的重要手段。
电子显微镜有透射电子显微镜和扫描电子显微镜两种类型。
透射电子显微镜可以观察晶体结构、原子信息等微观结构,扫描电子显微镜可以观察样品表面形貌和微观结构等。
2.3 热分析热分析是通过加热样品,测量材料在加热/冷却过程中的物理和化学性质的分析方法。
常用的热分析技术包括差热分析、热重分析、扫描速率热差分等。
这些技术可以用于分析各种材料,特别是高分子材料、金属材料等。
结语新型材料的制备和表征是现代材料科学研究的重要内容。
学习和研究新型材料的制备和表征成为了当今材料科学研究的重要方向。
新版材料合成与制备.pdf

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。
新材料合成与制备

新材料合成与制备新材料合成与制备是一门涵盖多个学科知识的领域,包括化学、物理、材料科学等。
随着科学技术的进步,人们对新材料的需求越趋多样化,因此新材料合成与制备的研究变得尤为重要。
本文将介绍新材料合成与制备的基本原理、常用方法以及现代合成技术的发展。
新材料合成与制备的基本原理是利用化学反应或物理方法将原材料转化为所需材料。
新材料的合成可以通过化学合成、物理沉积以及生物合成等多种方法来实现。
化学合成是最常见的合成方法之一,通过原子间的化学键形成和断裂,从而得到所需的新材料。
物理沉积则是通过物理方法将原材料分解或聚集,形成新的材料。
生物合成则是利用生物体内的生物反应来制备材料。
化学合成是新材料合成与制备的重要方法之一、常见的化学合成方法包括溶液法、气相法以及固相法等。
溶液法是将原材料溶解在溶剂中,通过反应产生新的材料。
气相法是将气体或蒸汽转化为所需材料,常见的有化学气相沉积法和物理气相沉积法。
固相法则是将固态材料通过物理或化学方法转化为新材料。
除了化学合成,物理沉积也是新材料合成的重要方法之一、常见的物理沉积方法包括溅射法、激光沉积和离子束沉积等。
溅射法是将原材料蒸发或溅射到基底上,形成新的薄膜。
激光沉积则是利用激光加热、蒸发原材料,使其沉积在基底上。
离子束沉积则是利用离子束轰击原材料,在基底上形成薄膜。
生物合成是一种新兴的合成方法,它利用生物体内的酶或细胞等生物性材料来合成新材料。
生物合成具有高效、环境友好等特点,被广泛应用于制备新材料。
例如,利用微生物合成聚合物材料、纤维素材料等。
随着现代科学技术的发展,新材料合成与制备也得到了许多创新。
现代合成技术包括纳米材料合成、薄膜制备、二维材料制备等。
纳米材料合成是将材料分解至纳米级别,以获得其特殊性质。
薄膜制备是将材料制备成薄膜的形式,广泛应用于电子器件、光学器件等领域。
二维材料制备是利用现代技术制备出尺寸仅有几个原子层的材料,例如石墨烯。
综上所述,新材料合成与制备是一门包含多个学科知识的领域,其基本原理是通过化学反应和物理方法将原材料转化为所需材料。
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第一部分无机合成的基础知识知识点:溶剂的作用与分类例如:根据溶剂分子中所含的化学基团,溶剂可以分为水系溶剂和氨系溶剂根据溶剂亲质子性能的不同,可将溶剂分为碱性溶剂、酸性溶剂、两性溶剂和质子惰性溶剂。
例如:丙酮属于()溶剂:A 氨系溶剂 B 水系溶剂 C 酸性溶剂 D 无机溶剂进行无机合成,选择溶剂应遵循的原则:(1)使反应物在溶剂中充分溶解,形成均相溶液。
(2)反应产物不能同溶剂作用(3)使副反应最少(4)溶剂与产物易于分离(5)溶剂的纯度要高、粘度要小、挥发要低、易于回收、价廉、安全等试剂的等级及危险品的管理方法例如酒精属于()A 一级易燃液体试剂B二级易燃液体试剂C三级易燃液体试剂D四级易燃液体试剂真空的基本概念和获得真空的方法低温的获得及测量高温的获得及测量第二部分溶胶-凝胶合成溶胶-凝胶法: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/醇解、缩聚化学反应,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。
金属醇盐是介于无机化合物和有机化合物之间的金属有机化合物的一部分,可用通式M(OR)n来表示。
M是价态为n的金属,R代表烷基。
*金属醇盐可看作是醇ROH中羟基的H被金属M置换而形成的一种诱导体*金属氢氧化物M(OH)n中羟基的H被烷基R置换而成的一种诱导体。
*金属醇盐具有很强的反应活性,能与众多试剂发生化学反应,尤其是含有羟基的试剂。
例如:关于溶胶-凝胶合成法中常用的金属醇盐,以下说法错误的是(D )A金属醇盐可看作是醇ROH中羟基的H被金属M置换而形成的一种诱导体B金属醇盐可看作是金属氢氧化物M(OH)n中羟基的H被烷基R置换而成的一种诱导体。
C金属醇盐具有很强的反应活性,能与众多试剂发生化学反应,尤其是含有羟基的试剂。
D 异丙醇铝不属于金属醇盐溶胶-凝胶合成法的应用溶胶一凝胶法作为低温或温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法,在软化学合成中占有重要地位。
在制备玻璃、陶瓷、薄膜、纤维、复合材料等方面获得重要应用,更广泛用于制备纳米粒子。
溶胶与凝胶结构的主要区别:溶胶(Sol)是具有液体特征的胶体体系,分散的粒子是固体或者大分子,粒子自由运动,分散的粒子大小在1~1000nm之间,,具有流动性、无固定形状。
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,无流动性,有固定形状。
溶胶-凝胶合成法的特点:(1)能与许多无机试剂及有机试剂兼容,通过各种反应物溶液的混合,很容易获得需要的均相多组分体系。
反应过程及凝胶的微观结构都较易控制,大大减少了副反应,从而提高了转化率,即提高了生产效率。
(2)对材料制备所需温度可大幅降低,形成的凝胶均匀、稳定、分散性好,从而能在较温和条件下合成出陶瓷、玻璃、纳米复合材料等功能材料。
(3)由于溶胶的前驱体可以提纯而且溶胶-凝胶过程能在低温下可控制地进行,因此可制备高纯或超纯物质。
(4)溶胶或凝胶的流变性质有利于通过某些技术如喷射、旋涂、浸拉等加工成各种形状,容易制备出粉末、薄膜、纤维、块体等各种形状的材料。
(5)制品的均匀性好,尤其是多组分制品,其均匀度可达到分子或原子尺度,产品纯度高。
(6)与通常的烧结法相比,合成温度较低。
溶胶一凝胶法也存在某些问题:通常整个溶胶-凝胶过程所需时间较长(主要指陈化时间),常需要几天或几周;另一方面凝胶中存在大量微孔,在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物,并产生收缩。
第三部分水热及溶剂热合成水热法(Hydrothermal Synthesis),是指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。
水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。
其中水热结晶用得最多。
例如水热反应依据反应类型的不同可分为()A水热氧化、水热还原B水热沉淀、水热合成C水热水解、水热结晶D 脱水反应、水解反应•低温水热:100 ºC以下;中温水热:100-200 ºC ;高温水热:300 ºC以上溶剂热法(Solvothermal Synthesis),是在水热法的基础上发展起来的一种新的材料制备方法,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,如III-V族半导体化合物、氮化物、硫族化合物、新型磷(砷)酸盐分子筛三维骨架结构等。
国内实验室常用于无机合成的简易水热反应釜,釜体和釜盖用不锈钢制造,反应釜体积较小(<100 mL)也可直接在釜体和釜盖设计丝扣,直接相连,以达到较好的密封性能。
内衬材料是聚四氟乙烯。
采用外加热方式,以烘箱或马弗炉为加热源。
由于使用聚四氟乙烯,使用温度应低于聚四氟乙烯的软化温度(250℃)。
釜内压力由加热介质产生,可通过装添度在一定范围控制,室温开釜水热与溶剂热合成的一般工艺:水热反应根据反应温度可分为低温水热、中温水热和高温水热。
常用的溶剂热合成的溶剂有醇类,N,N-二甲基甲酰胺,四氢呋喃,乙腈和乙二胺等。
对于水热合成,反应温度在300度以上的属于高温水热。
例如对于水热和溶剂热合成,下列说法正确的是(A C)A 水热与溶剂热合成主要以液相反应为特点B 水热与溶剂热合成主要以界面扩散为特点C在溶剂热条件下,有机溶剂是传递压力的介质,同时起到矿化剂的作用。
D 实验室常用的以聚四氟乙烯为内衬材料的水热反应斧,其使用温度应低于500度。
水热合成中水的作用:在水热合成中水的作用可归纳如下:作为化学组分起化学反应;作为反应和重排促进剂;起溶剂作用;起低熔点物质作用;起压力传递介质作用;提高物质溶解度作用。
第四部分化学气相沉积化学气相沉积是通过化学反应的方式,利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源,在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。
CVD设备的心脏,在于其用以进行反应沉积的“反应器”。
CVD反应器的种类,依其不同的应用与设计难以尽数。
以CVD的操作压力来区分,CVD基本上可以分为常压与低压两种。
若以反应器的结构来分类,则可以分为水平式、直立式、直桶式、管状式烘盘式及连续式等。
若以反应器器壁的温度控制来评断,也可以分为热壁式(hot wall)与冷壁式(cold wall)两种。
若考虑CVD的能量来源及所使用的反应气体种类,我们也可以将CVD反应器进一步划分为等离子增强CVD(plasma enhanced CVD,或PECVD),TEOS-CVD,及有机金属CVD(metal-organic CVD,MOCVD)等。
冷壁CVD和热壁CVD装置的特点:热壁式CVD 装置的的特点是使用外置的加热器将整个反应室加热至较高的温度。
显然,这时薄膜的沉积位置除了衬底上以外,还有所有被加热到高温、且接触反应气体的所有部分。
冷壁式CVD 装置的特点是它们使用感应加热方式对有一定导电性的样品台进行加热,而反应室壁则由导电性差的材料制成,且由冷却系统冷却至低温。
冷壁式装置可减少CVD 产物在容器壁上的沉积。
金属有机化合物(organic metals, MO)指的是有机基团与金属元素结合而形成的化合物,如三甲基铝(TMAl)、三甲基镓(TMGa)、二乙基锌(DEZn)等MOCVD 装置与一般CVD 装置的区别仅在于前者使用的是有机金属化合物作为反应物使用有机金属化合物的优点在于这类化合物在较低的温度下即呈气态存在,避免了Al、Ga、Zn 等液态金属蒸发过程的复杂性,因而其对工艺的敏感性小,重复性好化学气相沉积的五个主要的步骤(a)反应物扩散通过界面边界层;(b)反应物吸附在基片的表面;(c)吸附物之间或者吸附物与气态物质之间的化学沉积反应发生;(d) 吸附物从基体解吸;(e)气体从系统中排出第五部分自蔓延高温合成(SHS)自蔓延高温合成:自蔓延高温合成(Self-Propagating High Temperature Synthesis---SHS),也称燃烧合成,是一种利用化学反应自身放热使反应持续进行,最终合成所需材料或制品的新技术。
任何化学物质的燃烧只要其结果是形成了有实际用途的凝聚态的产品或材料,都可被称为SHS过程。
在SHS过程中,参与反应的物质可处于固态、液态或气态,但最终产物一般是固态。
绝热燃烧温度Tad,是指绝热条件下燃烧所能达到的最高温度,即反应放出的热量全部用来加热生成产物。
绝热燃烧温度是描述SHS反应特征的最重要的热力学参量。
它不仅可以作为判断反应能否自我维持的定性判据,并且还可以对燃烧反应产物的状态进行预测并且可为反应体系的成分设计提供依据。
根据Merzhanov等人提出的经验判据,绝热燃烧温度大于1800K 时,自蔓延燃烧反应才能进行。
SHS一般有如下特点:✧由于燃烧温度高,对杂质有自净化作用,因此产品纯度高✧燃波波传播速度快,生产率高✧无须供能,节约能源✧可获得有独特结构的材料(例如陶瓷内衬钢管)✧工艺设备简单,成本低SHS反应过程示意图SHS的技术归为六类:✧SHS粉末:TiC、MoSi2、SiC、SiN、铁氧体…..✧SHS烧结:Ti-Ni、Ti-Co、Ni-Al、Fe-Al 金属间化合物✧SHS致密化:TiC-Al2O3陶瓷刀具✧SHS冶金:铝热剂✧SHS焊接:铝热剂焊接钢轨✧SHS涂层:陶瓷内衬钢管、Fe-Al、钢结硬质合金涂层。
采用离心式自蔓延高温合成法制备陶瓷内衬复合钢管的原理及过程:采用自蔓延高温合成制备陶瓷内衬复合钢管的反应原理是:Fe2O3+2Al→2Fe+Al2O3+836KJ/mol;3Fe3O4+8Al→9Fe+4Al2O3+3265KJ/mol反应物粉料经混合、烘干、点火燃烧后,合成反应就从点火处自发地蔓延开去。
反应一开始就形成了反应燃烧波,产生大量的热量,使反应系温度达2000ºC以上。
在燃烧波前面有预热区,在燃烧波后面有合成区,随着反应的进行,反应波迅速前移,高温合成区和预热区也迅速前移,生成物区不断扩大,反应物区不断缩小,直至反应结束。
离心式自蔓延高温合成制备陶瓷内衬复合钢管的过程:将Fe2O3(或Fe3O4)和铝粉按一定比例均匀混合装入钢管后,固定在离心机上,待离心机转数达到一定值后将反应物点燃,便发生燃烧反应。