无机材料微波固相合成方法与原理(刘韩星,欧阳世翕著)思维导图

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第二章 固相合成法课件

第二章  固相合成法课件
对有液、气相参与的固相反应:反应不是通过固相粒子直 接接触进行的,压力增大影响不明显,有时相反。
2.3 高温下固相合成反应
4. 气氛的影响 对于一系列能形成非化学计量氧化物的物质,气氛可直接影 响晶体表面缺陷的浓度和扩散机构与速度。 非化学计量化合物:原子或离子的比例不成简单整数比的 化合物称为非化学计量化合物。
例:方铁矿只有一个近似的组成Fe0.95O,它的结构中总是 有阳离子空位存在
2.3 高温下固相合成反应
四. 矿化剂因素 矿化剂:在反应过程中不与反应物或反应产物起化学反应, 但可以不同的方式和程度影响反应的某些环节。
作用: 1. 影响晶核的生成速度; 2. 影响结晶速度及晶格结构 3. 降低体系熔点、改善液相性质
第二章 固相合成法
固相化学学科的确认: 1912年,年轻的Hedvall发表“关于林曼绿”(CoO和ZnO 的粉末固体反应)为题的论文,有关固相化学的历史才正式 拉开序幕。
原因:自亚里士多德时起,直至距今80多年前,人们广泛 相信“不存在液体就不发生固体间的化学反应”。
第二章 固相合成法
1993年Mallouk教授在Science上的评述中指出的:传统 固相化学反应合成所得到的是热力学稳定的产物,而那 些介稳中间物或动力学控制的化合物往往只能在较低温 度下存在,它们在高温时分解或重组成热力学稳定产物。 为了得到介稳态固相反应产物,扩大材料的选择范围, 有必要降低固相反应温度。
2.2 高温的获得和测量技术
感应炉 简介:也称高频感应加热设备,主要用于金属、导电材 料的热处理、粉末热压烧结和真空熔炼等。 特点: 升温速度快,操作方便、清洁,并且可准确控制实现局 部加热。 工作原理:以交流线圈为加热部件,将被加热的导体置 于线圈内。在线圈上通以交流电,在被加热的导体内产 生感应电流——涡流。由于交流电方向变化导致涡流方 向变化,电能转化为热能,实现被加热导体的迅速升温。

无机非金属材料基础PPT课件第九章 固相反应

无机非金属材料基础PPT课件第九章 固相反应

(2) 按反应性质分
加成反应 置换反应 热分解反应 还原反应
*(3) 按反应机理
化学反应速率控制过程 晶体长大控制过程 扩散控制过程
2、 固相反应特点
固体质点间作用力很大,扩散受到限制, 而且反应组分局限在固体中,使反应只能在 界面上进行,反应物浓度不很重要,均相动 力学不适用。
(1) 固相物相互接触是反应物间发生化 学作用和物质输送的先决条件;g或L没有或 不起重要作用;
(2)通过一个流体相传输的反应,这一类反应有 气相沉积、耐火材料腐蚀及气化;
(3)反应基本上在一个固相内进行,这类反应主 要有热分解和在晶体中的沉淀(如固溶体离溶)。
固相反应热力学
1. 固相反应最后的产物有最低的ΔG。
2.
如果可能发生的几个反应,生成几
个变体(A1、A2、A3……An),若相应的 自由焓变化值大小的顺序为ΔG1<△G2< △G3……△Gn,则最终产物将是最小的变 体,即A1相。
(2)固态反应通常需在高温下进行。而 且由于反应发生在非均相系统,因而
传热和传质过程都对反应速度有重
要影响。
第二节 固相反应机理
从热力学的观点看,系统自由焓的下降就是 促使一个反应自发进行的推动力,固相反应也不例 外。
为了理解方便,可以将其分成三类:
(1)反应物通过固相产物层扩散到相界面,然后 在相界面上进行化学反应,这一类反应有加成反应、 置换反应和金属氧化;
MgO+Al2O3MgAl2O4 这种反应属于反应物通过固相产物层扩散中的 加成反应。
Wagner通过长期研究,提出尖晶石形成是由两 种正离子逆向经过两种氧化物界面扩散所决定,氧
离子则不参与扩散迁移过程,按此观点则在下图中
在界面S1上由于扩散过来必有如下反应:

无机材料科学基础课件第七章 固相反应

无机材料科学基础课件第七章 固相反应
1
Cx Ln = K 1t C
n=2 , =
x = K 2t C (C x )
2, 非均相固相反应系统
反应基本条件:反应物间的机械接触, 反应基本条件:反应物间的机械接触,即在界面上进行反应 与接触面F有关. 与接触面 有关. 有关 转化率(G): 参与反应的反应物, 转化率 : 参与反应的反应物,在反应过程中被反应了的 体积分数. 体积分数. (1) 设反应物颗粒呈球状,半径R0 设反应物颗粒呈球状,半径 球状
综合
同时至少在固体内部或外部的某一过程 起着控制作用的反应. 起着控制作用的反应. 控制作用的反应
控制反应速度的因素: 控制反应速度的因素: 化学反应本身 反应新相晶格缺陷调整速率 晶粒生长速率 反应体系中物质和能量的输送速率
4, 固相反应的步骤
(1) 反应物扩散到界面 (2) 在界面上进行反应 (3) 产物层增厚
2 3 R0 3 1 N= = ∴ F=N.F′ = R0 (1-G ) 3 4π 3 4πγ γ R0 .γ 2 3 A = .(1-G ) 3 R0 ′ 2 dG K0 A ′ ′ (1 G ) 3 = K 0 F (1 G )0 = K 0 F = 当n=0时, = 时 dt R0 3
1
′ 5 dG K1 A ′ 当 n=1 时, (1 G ) 3 = K 1 F (1 G ) = dt R0
一般室温下反应
扩散慢
反应慢
界面上反应
高温下反应
泰曼对于固相反应的特点: 3, 泰曼对于固相反应的特点:
(1) 固体间可以直接反应,g或L没有或不起重要作用; 固体间可以直接反应, 或 没有或不起重要作用 没有或不起重要作用; (2) 固相反应开始温度常远低于反应物的熔点或系统低 固相反应开始温度常远低于反应物的熔点或系统低 开始温度 共熔点温度;此温度与反应物内部开始呈现明显扩散作 共熔点温度;此温度与反应物内部开始呈现明显扩散作 用的温度一致 称为泰曼温度 一致, 用的温度一致,称为泰曼温度 或烧结开始温度 不同物质泰曼温度与其熔点的关系: 不同物质泰曼温度与其熔点的关系: 金属 泰曼温度 0.3~0.4Tm ~

微波固相合成无机材料

微波固相合成无机材料
微波与传统电炉固相合成LiMn2O4的比较
Quarts tube
MMP
原料:LiOH· H2O&Mn2O3 微波:3mins×4times
CuO
SSR
原料:Li2CO3&MnCO3 电炉:800℃ 5days
Sample
Kaowool Crucible arrangement for microwave irradiation synthesis M. Nakayama et al.,  Solid State Ionics, 164 (2003) 35
微波固相合成实例 一
表征 合成 SSR
XRD
Pure
phase Pure
晶胞参
数(埃)
DSC
Grain
充-放电
size
循环
SSR
MMP
MMP
phase
微波固相合成实例 一
表征 合成 SSR
XRD
Pure
phase Pure
晶格参
数 (埃)
8.2453
DSC
Grain
充-放电
Size
循环
MMP
phase
波长
10-10 10-8 10-6
能量
1011 109 107
粒子运动
核内重排 内层电子跃迁 外层电子跃迁 分子振动 分子转动 偶极子转向极化 界面极化 离子跳跃弛豫
1014
1012
10-4
10-2
105
103
1010
108 Hz
1
102 cm
10
10-1 J/mol
微波加热原理
升温速率 (T-T0)/t=0.566· 10-10· e〞fE2/rCp

浙大材料科学基础课件part5之欧阳法创编

浙大材料科学基础课件part5之欧阳法创编

层状硅酸盐的判据:13)(,)(,),(,=---∑≠t Al Si t Al F OH B B t Al Si R RN N N N σ骨架状硅酸盐:一类[SiO4]4-四面体单元的四个角都相互连接的硅酸盐矿物。

典型代表氧化硅氧化硅的四种结构:石英(错误!未找到引用源。

)、鳞石英(错误!未找到引用源。

)、方石英(动画1,动画2,错误!未找到引用源。

)和柯石英(四元环是基本单元,如错误!未找到引用源。

,晶胞有四个层面组成,如错误!未找到引用源。

所示,具有很大的通道,是形成长石和分子筛矿物的基础)长石类矿物:基于柯石英的开放结构,1/4到1/2的[SiO4]4-被[AlO4]5-所取代(但阳离子(M 或M2+)总数对Si 和Al 的总和比总是1/4),不足电荷由碱金属 (Li+,Na+,K+)或碱土金属(Ca2+,Ba2+)补充,阳离子填充在柯石英骨架结构的通道中。

氧化硅转变成长石矿物简式:SiO2(柯石英))(82222/12/14/1钙长石O Si CaAl O Al Si Ca →⎥⎦⎤⎢⎣⎡→ 五、高分子晶体高分子的基本形态是以双键打开的有机分子为结构单元的线性连接,这些结构单元(链节)是大分子中线性重复的基本单位。

通常这样的大分子有数千或上万个结构单元,具有极高的分子量,因此这类材料称为高分子材料或高聚物材料。

(一)高分子晶体的形成乙烯CH2=CH2、CH2=CHR (R 为取代H 的有机基团)n(CH2=CHR)(CH2--CHR )n 基本形态:双键打开的有机分子为结构单元的线性重复连接,有数千上万结构单元,具极高分子量高分子材料特点:很多独立分子组成。

长链大分子结构单元完全一致称均聚;两种以上的结构单元混合组成称共聚。

高分子结构单元连接特点:链节间通常饱和共价键(一次键)。

大分子间或同一大分子不同链段间仅有二次分子力(范氏力等)。

结构形态:二次分子力弱,难使大分子形成有序的结晶结构。

无机固相化学反应微波合成机理

无机固相化学反应微波合成机理
无机固相化学反应微波合成机理
数是指按照反应速率理论针对固体反应、氧化反 应、烧结、蠕变和离子传导等进行解析所计算出 的值。扩散分为自扩散和互扩散,自扩散上一指 组分原子以热振动为推动力进行的无规行走时
0c59f8ea 工业大型微波炉
无机固相化学反应微波合成机理
向着特定方位的原子的位移,没有浓度梯度而具 有化学势梯度。互扩散是建立在浓度梯度上的。 固相反应:简单的固相反应若生成物的电子传导 很小,其反应速率被生成物成分离子的扩散所控
组相固体中发生了组成变化[固体-固体(液 体、气体)反应,分解]②组相固体不发生组成
无机固相化学反应微波合成机理
变化[烧结、相变]③介于上述之间的组成变化 [固相聚合]对固体反应有影响的反应特征主要 上一固体原料混合的不均匀性以及固体的特性、 性质和质量等。特性是指固体的组成和结构,性
0c59f8ea 工业大型微波炉
无机固相化学反应微波合成机理
越势垒和邻近是否有空位等所限制;结构形成主 要是晶体生长和晶体相变。固相反应的动力来自 于粒子的自扩散,条件转递、物质传输、结构形 成中任何一个因数都有可能支配全部的反应速
0c59f8ea 工业大型微波炉
无机固相化学反应微波合成机理
率过程。五、微波场诱导离子扩散材料的加热取 决于
无机固相化学反应微波合成机理
固体中扩散的规律与流体中相近,是浓度不均匀 的体系中进行均匀的物质迁移 J 为扩散物质的质 量;D 为扩散系数;c 为浓度;x 为距离。⑵空位 机理的自扩散系数固体扩散是由原子的无规行
0c59f8ea 工业大型微波炉
无机固相化学反应微波合成机理
走产生的 r 是空位与邻近结点原子的距离,即邻 近晶格结点间歇的距离原子跃迁频率为ƒ 与原子的振动数ν成正比,原子在振动中获得 一定的能量就能跃迁。⑶扩散系数广义的扩散系

无机材料科学基础相图热力学基本原理及相平衡PPT教案

无机材料科学基础相图热力学基本原理及相平衡PPT教案

γ-鳞石英
但 由 于 转 变 速度慢 ,实际 可长期 存在。
第2页/共124页
二、相 律
根据吉布斯相律 f = c-p+2
f - 自由度数 c - 独立组分数 p - 相数 2 - 温度和压力外界因素
硅酸盐系统的相律为 : f = c-p+1
凝聚系统:不含气象或气象可以忽略的系统。
第3页/共124页
即 热 力学非 平衡态 ,经常 出现于 硅酸盐 系统中 。
α-石英
870 ℃
573℃
α-鳞石英 163℃
1470℃ α-方石英 180~270℃
β-石英
β-鳞石英 117℃
β-方石英
说 明 : 介 稳 态的出 现不一 定都是 不利的 。由于 某些介 稳态具 有 所 需 要 的 性 质,因 而创造 条件(快 速冷却 或掺加 杂质) 有 意 把 它 保 存下来 。 如 : 水 泥 中 的β - C2S,陶 瓷中介 稳的四 方氧化 锆 ; 耐 火 材 料 硅砖 中的鳞 石英以 及所有 的玻璃 材料。
熔体(1600℃) 熔体 (1670℃)
α-石英
870 ℃
573℃
α-鳞石英 163℃
1470℃α-方石英
1723 ℃
180~270℃
熔融石英 急 冷
β-石英
β-鳞石英
β-方石英
石英玻璃
117℃ γ-鳞石英 重 建 型 转 变(慢)
位 移 型 (快) 转 变
第11页/共124页
SiO2相图
1、平衡加热:以使材料任意两个微区的温差区域无限小的速度加热。
第4页/共124页
2、 组 分 、 独 立组分 (组 元 )组 分 : 组 成系统 的物质 。 独 立 组 分 :足 以表示 形成平 衡系统 中各相 所需要 的最少 数目的 组分: c = 组 分 数 - 独立 化学反 应数目 -限制 条件 例如:

微波合成ppt课件

微波合成ppt课件
15
1 沸石分子筛的合成
具有特定孔道结构的微孔材料,由于它们结构与性能上的特 点,已被广泛地应用在催化、吸附及离子交换等领域。一般 的合成方法是水热晶化法。此法耗能多,条件要求苛刻,周 期相对比较长,釜垢浪费严重,而微波辐射晶化法是1988年 才发展起来的新的合成技术。此法具有条件温和、能耗低、 反应速率快、粒度均一且小的特点。
1
引子
微波在整个电磁波谱中的位置如图1所示,通常指 波长为1m到0.1mm范围内的电磁波,其相应的频率 范围是300 MHz~3000 GHz。 1~25cm波长范围用于雷达,其它的波长范围用于 无线电通讯,为了不干扰上述这些用途.国际无线 电通讯协会(CCIP)规定家用或工业用微波加热设备 的微波频率是2450MHz(波长12.2cm)和915MHz(波 长32.8cm)。 家用微波炉使用的频率都是2450MHz。915MHz的 波加热技术原理
9
一、微波加热技术原理
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一、微波加热技术原理
根据材料对微波的反射和吸收的情况不同可将其分成四 种情况,即良导体、绝缘体、微波介质和磁性化合物四种材 料。 1.良导体 金属为良导体,它们能反射微波,因此可用做微波 屏蔽,也可以用于传播微波的能量,常见的波导管一般由黄 铜或铝制成。 2.绝缘体 可被微波穿透,正常时它所吸收的微波功率极小, 可忽略不计。玻璃、云母和部分陶瓷属于此类。 3.微波介质 性能介于金属和绝缘体之间,能不同程度吸收微 波能而被加热,特别是含水和脂肪的物质,吸能升温效果明 显。 4.磁性化合物 一般类似于介质,对微波产生反射、穿透和吸 收的效果。
3.3 微波无机合成
微波是指波长1mm~0.1m范围内的电磁波,频率范围 是300MHz~3000GHz。微波可以用来加热,这在民间 微波炉上已得到了很好的应用。同时微波作为一种安 全的能源,也能加热陶瓷与无机物,它可以使无机物 在短时间内急剧升温到1800℃,所以可用于微波化学 合成,如超导材料的合成,沸石分子筛的合成及超微 粉体的制备、精细陶瓷的快速高温烧结和连接等科学 领域。
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