材料合成与制备
材料合成与制备新技术PPT课件
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2.溶胶－凝胶合成方法基本原理
1、醇盐的水解-缩聚反应
• 水解反应：M(OR)n + xH2O → M(OH)x(OR)n-x + xR-OH • 缩聚反应：(OR)n-1M-OH + HO-M(OR)n-1 → (OR)n-1M-O-M(OR)n-1 + H2O
金属无机盐
价格低廉、易产业化 受金属离子大小、电位性及配位数等多种因素影响
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4. 溶胶-凝胶工艺参数
水解度的影响
物质量比
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.
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胶体稳定原理-DLVO理论 颗粒间的范德华力 双电层静电排斥能
粒子间总作用能
VT VAVR
➢ 溶胶是固体或大分子颗粒分散于液相的胶体体系，具有很大的界面 存在，界面原子的吉布斯自由能比内部原子高，粒子间便有相互聚结 从而降低表面能的趋势。
➢ 增加体系中粒子间结合所须克服的能垒可使之在动力学上稳定。增 加粒子间能垒通常有三个基本途径：(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。
匀性好、材料形状多样化、且可在较低的温度下进性合成并致密化等优点 。
可以用于制备各种光学透镜、功能陶瓷块、梯度折射率玻璃等 。
成本较高，生产周期长，故不适宜材料大规模的生产 。
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2.多孔材料
多孔材料是由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体所组成。
功能高分子材料合成与制备
功能高分子材料合成与制备功能高分子材料是一类具有特殊性能和功能的高分子材料，广泛应用于各个领域，如电子、光电子、医学、环保等。
功能高分子材料的合成与制备是实现其特殊性能和功能的关键步骤。
本文将介绍功能高分子材料的合成与制备过程，并讨论其中的一些方法和策略。
首先，单体选择是功能高分子材料合成与制备过程的第一步。
单体是合成高分子材料的基本组成单位，其选择将直接影响最终产物的性能。
选择合适的单体可以通过改变单体的结构和官能团来调控最终产物的性能。
例如，可以选择具有不饱和键的单体来进行聚合反应，以实现材料的交联性能。
其次，聚合反应是功能高分子材料合成与制备过程的核心步骤。
聚合反应通过将单体分子连接成高分子链来实现材料的合成。
常见的聚合方式包括自由基聚合、环氧树脂聚合、酸碱聚合等。
在聚合反应过程中，需要控制聚合反应的温度、催化剂的选择和添加量、反应时间等参数，以获得所需的高分子材料。
最后，后处理是功能高分子材料合成与制备过程的最后一步。
后处理包括对合成材料进行精细化处理和改性，以达到特定的功能和性能。
后处理的方法包括物理处理、化学处理和表面修饰等。
例如，可以通过物理处理方法如拉伸、热处理等来改变材料的物理性能；通过化学处理方法如交联、功能化等来改变材料的化学性能；通过表面修饰方法如涂覆、改性等来改变材料的表面性质。
除了以上介绍的基本步骤，功能高分子材料的合成与制备还需要根据具体应用需求，采用一些特殊的合成方法和策略。
例如，可以利用自组装、模板法、多元反应等方法来实现特定结构或功能的高分子材料的合成与制备。
此外，还可以采用纳米技术、生物技术等高科技手段来实现高分子材料的合成与制备。
综上所述，功能高分子材料的合成与制备是一项复杂而关键的工作。
通过选择合适的单体、合成高分子链、对产物进行后处理和改性，功能高分子材料可以具有特殊的性能和功能。
在实际应用中，还需要根据具体需求采用特殊的合成方法和策略来实现高分子材料的合成与制备。
材料合成与制备 第5章 定向凝固技术
4、磁性材料
稀土超磁致伸缩材料RFe(R-Tb、Dy)作为一种电-磁-机械能量或信 息转换的新型功能材料，从20世纪70年代以来得到了迅速发展，它具有 很高的磁致伸缩值(1500~2000×10 )和能量密度(14000~25000J／m )，而 且还具有低频响应速度快、机电耦舍系数大等特点，故在大功率声纳换 能器、磁弹性波器件、液压阀门控制、精密加工徽定位、精度高速线性 马达、伺服系统和特殊兵器等高新技术领域展示出广阔的应用前景。对 于Tb-Dy-Fe材料，人们一直希望得到具有<111>方向择优取向的样品。 通过改变材料的定向凝固条件、控制材料的取向度、以及对材料进行热 处理消除晶界提高材料磁致伸缩性能。
(4)激光超高温梯度快速凝固
利用激光器作为热源来实现定向凝固。 激光具有能量高度集中的特性，在作为定向凝固热源时可能获得 比现有定向凝固方法高得多的温度梯度。利用激光表面熔凝技术实现 超高温度梯度快速定向凝固的关键在于：在激光熔池内获得与激光扫 描方向一致的温度梯度；根据合金凝固特性选择适当的工艺参数以获 得胞晶组织。
定向凝固过程工艺参数分别为： 合金熔融温度1450℃，温度梯度140℃/cm，牵引速度0.5-0.8 mm/min。
2、柱状晶生长
控制热流方向和温度梯度。
3、高温合金制备
定向凝固制备Fe-Cr-C过共晶原位生长复合材料
高铬铸铁是一种优良的耐磨材料，普通条件下凝固的高铬铸铁碳 化物呈网状，在实际磨损中往往会因为碳化物脆裂或折断而失效。 为此，通过定向凝固的方法，使碳化物纤维定向排列，即将Fe-C-Cr 合金制备成碳化物呈定向分布的原位生长复合材料，使高硬度的碳 化物垂直于磨面的方向定向生长，可以显著提高其性能。
稀土材料的合成与制备技术
稀土材料的合成与制备技术引言稀土材料是指由稀土元素构成的特殊材料，具有独特的光、电、磁、热等性质，广泛应用于光电子、信息技术、能源和环境等领域。
稀土材料的合成与制备技术是实现其应用的关键步骤，本文将介绍一些常见的稀土材料合成与制备技术。
磁性稀土材料的制备技术磁性稀土材料是一类具有磁性的稀土材料，广泛应用于磁记录、磁传感器和磁性材料等领域。
磁性稀土材料的制备技术主要包括溶胶-凝胶法、共沉淀法和高温反应法等。
1.溶胶-凝胶法：该方法是将稀土离子与适当的溶剂混合，形成溶胶，然后通过脱水和热处理使溶胶凝胶化成固体凝胶。
最后，固体凝胶经过煅烧处理得到磁性稀土材料。
这种方法具有制备工艺简单、成本低的优点，但材料的纯度和磁性能较低。
2.共沉淀法：该方法是将稀土盐溶液与其他金属盐溶液混合，通过调节pH值和温度，使金属离子同时沉淀，形成固体。
然后通过煅烧处理得到磁性稀土材料。
这种方法可以控制材料的成分和磁性能，但制备过程较为复杂。
3.高温反应法：该方法是将稀土氧化物与适当的金属氧化物混合，经过高温反应得到磁性稀土材料。
这种方法制备出的材料具有较高的磁性能和纯度，但制备过程需要高温条件，且成本较高。
光电性稀土材料的制备技术光电性稀土材料是一类具有光电子性质的稀土材料，广泛应用于光纤通信、液晶显示和激光材料等领域。
光电性稀土材料的制备技术主要包括溶剂热法、气相沉积法和激光熔融法等。
1.溶剂热法：该方法是将稀土离子与适当的溶剂混合，在高温高压条件下反应得到光电性稀土材料。
这种方法可以控制材料的形貌和尺寸，适用于制备纳米级稀土材料。
2.气相沉积法：该方法是在高温高压下使稀土气体与其他原料反应，形成稀土材料薄膜。
这种方法可以制备出具有较高结晶度和光电性能的稀土材料薄膜。
3.激光熔融法：该方法是利用激光束将稀土材料加热熔融，形成光电性稀土材料。
这种方法可以制备具有复杂结构和优良光电性能的稀土材料。
稀土催化剂的制备技术稀土催化剂是一类具有催化性能的稀土材料，广泛应用于化学反应、环境保护和能源领域。
材料制备与合成
1.材料科学与工程的科学方面偏重于研究材料的合成与制备，组成与结构，性能及其使用效能各组元本身及其相互间关系的规律。
工程方面则则着重于研究如何利用这些规律性的研究成果以新的或更有效的方式开发及生产出材料，提高材料的使用效能，以满足社会的需要。
2复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成特点1）复合材料是由两种或两种以上不同性能的材料组元通过宏观或微观复合形成的一种新型材料，组元之间存在着明显的界面；2）复合材料中各组元不但保持各自的固有特性，而且可最大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元所不具备的优良特殊性能；3）复合材料具有可设计性。
可以根据使用条件要求进行设计和制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高工程结构的效能。
复合原则A. 优势（优良特性）互补原则B. 求异相容原则C. 性能（用途）先定原则D. 制备可能性、成本可行性原则4 组成-结构-性质-工艺过程之间的关系材料科学与工程的四个基本要素：合成与加工、组成与结构、性能、使用效能。
探索这四个要素之间的关，覆盖从基础学科到工程的全部内容。
四个要素之间的密切关系确定了材料科学与工程这一领域，确定了材料科学基础课程的教学线索。
5材料制备和材料合成的区别合成主要指促使原子、分子结合而构成材料的化学与物理过程。
合成的研究既包括有关寻找新合成方法的科学问题，也包括以适用的数量和形态合成材料的技术问题；既包括新材料的合成，也应包括已有材料的新合成方法(如溶胶—凝胶法)及其新形态(如纤维、薄膜)的合成。
制备也研究如何控制原子与分子使之构成有用的材料，这一点是与合成相同的，但制备还包括在更为宏观的尺度上或以更大的规模控制材料的结构，使之具备所需的性能和使用效能，即包括材料的加工、处理、装配和制造。
简而言之合成与制备就是将原于、分子聚合起来并最终转变为有用产品的一系列连续过程6.电热体NI-CR FE-CR-AL此种发热体不能再还原气氛中使用，此外还应该尽量避免与碳，硫酸盐，水玻璃，石棉，以及有色金属及其氧化物接触，发热体不应急剧升降温，因他会使致密的氧化膜产生裂纹，以致脱落。
材料合成与制备 第2章 水热与溶剂合成
晶核的形成包含了液-固相的转变及形成新的固-液界面，晶体 形成总的自由能变化为：G Gs Gv
常用的溶剂有：乙二胺、甲醇、乙醇、二乙胺、三乙胺、吡啶、 苯、甲苯、二甲苯、二甲基乙烷、苯酚、氨水、四氯化碳、甲酸等。
与水热反应相比，溶剂热法具有以下优点： (1)在有机溶剂中进行的反应能够有效地抑制产物的氧化过程或水 中氧的污染。 (2) 溶剂热法扩大了原料的选择范围，如氟化物、氮化物及硫属化 合物等均可作为溶剂热反应的原材料，同时，非水溶剂在亚临界或超 临界状态下独特的物理化学性质极大地扩大了所能制备的目标产物的 范围。 (3)由于有机溶剂的低沸点，在同样的条件下，它们可以达到比水 热合成更高的气压，从而有利于产物的结晶。
晶核临界半径： r 2
Gv
2）晶体生长理论 晶体生长理论主要研究晶体结构内部、晶体生长条件、晶体
生长状态以及晶体性能四者之间的关系。从微观讲,晶体生长是一 个基元过程，包括以下步骤：
(1)基元的形成 (2)基元在生长界面吸附 (3)基元在界面运动 (4)基元在界面上结晶或脱附
从宏观讲,晶体生长是晶体与环 体界面向流体的推动的过程。驱 动力所做的功为:
(4)由于较低的反应温度，反应物中结构单元可以保留到产物 中，且不受破坏，同时，有机溶剂官能团和反应物或产物作用，生 成某些新型在催化和储能方面有潜在作用的材料。
(5)非水溶剂的种类繁多，其本身的一些特性，如极性与非极 性、配位络合作用、热稳定性等，为人们认识化学反应的实质和晶 体生长的特征，提供了许多值得研究和探索的线索。
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。
合成与制备实验介绍
合成与制备实验介绍简介合成与制备实验是化学实验的一大类，它旨在帮助学生掌握化学材料的制备过程。
此类实验通常涉及使用基本的实验技术和化学方法，如滴定、萃取、结晶、蒸馏和纯化等。
这些实验技能对于学习化学和深入研究其他学科如材料科学、生命科学、环境科学等都至关重要。
本文将介绍合成与制备实验的基本要素和步骤。
实验工具和器材合成与制备实验需要使用一些特定的实验工具和器材。
以下是一些基本的实验工具和器材，以及它们的用途：1. 热板热板是一种加热设备，用于控制实验溶液的温度。
它通常是由电热线圈或电热石构成的平板，可以在不同的温度下提供恒定的加热。
2. 滴定管滴定管是一种量取和逐滴分配液体的设备。
滴定管的使用可以精确地添加试剂到反应中，并确定反应的终点。
3. 磁力搅拌器磁力搅拌器是一种设备，可以通过电子磁场产生旋转磁力，使溶液旋转并均匀混合。
这个设备可以帮助使反应混合均匀，增加反应速率。
4. 称量器称量器是用于测量实验物品的重量的设备。
称量器能够确定试剂添加的正确量，对于实验结果的准确性至关重要。
5. 玻璃仪器玻璃仪器是合成与制备实验中最常见的工具之一。
示例包括烧杯、比色皿、移液管、试管、漏斗等。
在合成过程中，这些器材存储溶剂，反应溶液和纯化单元，以及其他重要步骤都需要使用这些器材。
6. 过滤器和纯化单元过滤器和纯化单元是用于将溶液分离和纯化的设备。
通常，这些器材用于从混合物中分离出化合物，提高化合物纯度。
实验步骤实验步骤需要严格按照化学实验的标准程序完成，以保证实验结果的正确性和可靠性。
下面是一个合成与制备实验的基本步骤：1. 预计算和计量在进入实验室之前，需要确定需要哪些材料和多少材料。
计量精确度非常重要，因为计量不准确可能导致失败的合成试验。
在开始合成之前，需要编写实验计划，并记录每项反应的质量和体积。
2. 合成溶液通过溶解、反应和混合化学品，制备所需的化学混合物。
这通常包括使用量化试剂重量或体积，将试剂加入烧杯或另一种适当的容器中，用适当的催化剂或溶剂混合。
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材料合成与制备
材料合成与制备
材料合成与制备是材料科学与工程的重要领域之一，旨在通过不同的化学反应或物理方法将原始材料转化为具有特定性能和结构的新材料。
合成制备方法的选择和优化对于获得理想的材料性能至关重要。
材料合成的过程主要包括反应物的选择、反应条件的优化和反应机理的研究。
首先，研究人员需要选择适当的原料，确保其纯度和稳定性，以避免杂质对材料性能的影响。
其次，反应条件的优化对于控制反应的速率、选择性和产率非常重要。
温度、压力、溶剂和催化剂的选择都会对反应结果产生影响。
最后，研究人员需要深入研究反应机理，了解反应的过程和中间产物的生成，以便更好地控制反应的进行，并优化合成方法。
材料制备的过程主要包括样品的制备、纯化和形貌控制等方面。
首先，样品的制备需要精确地计量原料，并按照合适的比例进行混合。
根据不同的制备要求，可以选择溶胶凝胶法、溶剂热法、熔融法、气相沉积等方法。
其次，为了提高样品的纯度和质量，纯化过程非常重要。
常用的纯化方法包括溶解、浸泡、过滤、洗涤等。
最后，形貌控制是指通过调节制备条件或添加特定的剂量，在材料制备过程中获得特定形貌的材料。
形貌控制可以通过选择合适的制备方法、调节反应条件和添加特定的添加剂等方式实现。
近年来，随着纳米材料和功能材料的发展，材料合成与制备技
术得到了很大的发展。
纳米材料的合成制备涉及到纳米级别的尺度控制和接口调控，对于研究材料的量子效应和界面特性非常重要。
功能材料的合成制备涉及到对材料性能的特定调控，以获得特定的电、磁、光、热等性能，以满足不同领域应用的需求。
总之，材料合成与制备是材料科学与工程的基础，对于研究和应用材料具有重要意义。
通过合理选择反应条件、优化合成方法和调控材料形貌，可以获得具有优异性能的新材料，为各个领域的应用提供了有力的支持。
材料合成与制备的发展将进一步推动材料科学的研究和应用。