(JS)無(wú)機(jī)材料合成與制備024

1、CTGS-資料文件化學(xué)轉(zhuǎn)移應(yīng)用：1.形成大而完美的單晶 2分離提純物質(zhì)3合成新化合物 低溫分離：1.分級(jí)冷凝2分級(jí)減壓蒸發(fā)3吸附分離4分餾5化學(xué)分離 當(dāng)兩種化合物通過(guò)它們揮發(fā)性的差別進(jìn)行分離不容易時(shí)使用。高壓下無(wú)機(jī)化合物變化：1.提高反應(yīng)速率和產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率，降低合成溫度，縮短合成進(jìn)度2可以合成一些常壓高溫方法難于合成的化合物 3高壓有增加物質(zhì)的密度，對(duì)稱(chēng)性、配位數(shù)的作用，可以縮短鍵長(zhǎng)4非平衡相變中，高壓可以使非晶體發(fā)生晶化 5晶體的能帶結(jié)構(gòu)在高壓條件下發(fā)生改變 6容易獲得單相物質(zhì)低熱固相反應(yīng)：擴(kuò)散、反應(yīng)、成核、長(zhǎng)大規(guī)律：1潛伏期2無(wú)化學(xué)平衡3拓?fù)浠瘜W(xué)控制原理4分步反應(yīng)5嵌入反應(yīng) 應(yīng)用：1合成原子

2、簇化合物 2合成新的配合物3合成固配化合物 水熱法：在T> 100°, P> 1mPa的環(huán)境下過(guò)飽和睡溶液中進(jìn)行結(jié)晶的方法。方法：金屬鹽、氧化物、氫氧化物的前驅(qū)體溶液在T> 100 ° , P> 1mPa的環(huán)境下過(guò)飽和形核，長(zhǎng)大成晶體。應(yīng)用：1合成晶體2合成多孔材料3合成其他方法得不到的材料優(yōu)點(diǎn)：1生成低溫固相單晶，高粘度材料2生成高蒸生壓，分解的材料 3晶體發(fā)育好，幾何形狀完美過(guò)程：1在高壓釜中加入適量的原料到溶解區(qū)2待溶解的原料溶解后，由于溫差產(chǎn)生對(duì)流，原料向生成區(qū)擴(kuò)散3高溫的飽和溶液至籽晶區(qū)形成過(guò)飽和溶液而結(jié)晶4.冷卻析出部分溶質(zhì)的溶液又流向下

3、部5.循環(huán)化學(xué)沉積：兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個(gè)反應(yīng)室內(nèi)，然后他們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種新的 材料，沉積到基片表面上。要求：1原料必須是氣體，或者在高溫容易氣化，擁有很高的純度2通過(guò)沉積反應(yīng)易于生產(chǎn)所需要的材料沉積物，副反應(yīng)產(chǎn)物一定是氣體，主反應(yīng)物一定是固體3整個(gè)反應(yīng)要易于控制步驟：1進(jìn)入氣體，由于有濃度梯度，所以擴(kuò)散邊界層2吸附在基片上 3.接觸后反應(yīng)4由于粒子找不到合適位置，解析5抽離。生態(tài)物與反應(yīng)物進(jìn)入氣流層，離開(kāi)系統(tǒng)微波：是一種頻率在 300mHz到3000GHz,即波長(zhǎng)在0.1mm到1000mm范圍內(nèi)的電磁波加熱機(jī)理：極性分子會(huì)產(chǎn)生偶極矩，不過(guò)約為零。微波作用后，出現(xiàn)

4、偶極矩極化，偶極矩不再為零。在外力電磁 場(chǎng)的作用下，無(wú)論極性分子還是非極性分子，都會(huì)產(chǎn)生電子相對(duì)于原子核的移動(dòng)和原子核之間的位移。對(duì)于非均 相體系來(lái)說(shuō)，外加電磁場(chǎng)對(duì)桌面電荷產(chǎn)生桌面極化。由于微波是交變電場(chǎng)，使極性分子不斷改變方向，運(yùn)動(dòng)加 劇，分子劇烈碰撞產(chǎn)生熱，把電磁能轉(zhuǎn)化為熱能。特點(diǎn)：1.加熱快2.加熱均勻3.節(jié)能高效4.易于控制5.清潔衛(wèi)生6.安全無(wú)害 薄膜：厚度很小的二維材料特性：1.熔點(diǎn)降低2.表面散射3.表面能級(jí) 晶體結(jié)構(gòu)：?jiǎn)尉А⒍嗑А⒎蔷⒂^結(jié)構(gòu)：1.薄膜呈現(xiàn)柱狀與空穴結(jié)構(gòu) 2.柱狀垂直于基片表面生長(zhǎng) 3.層面桌面明顯 缺陷：空位、位錯(cuò)、雜質(zhì)、晶界附著力：范德華力、靜電力、化學(xué)鍵合

5、內(nèi)應(yīng)力：拉應(yīng)力、壓應(yīng)力外延：薄膜可沿單晶基片的結(jié)晶軸方向呈單晶生長(zhǎng)。（同質(zhì)外延異質(zhì)外延）條件：1.吸附原子必須有高的遷移率 2.基片與薄膜材料的結(jié)晶相容性3.要求基片干凈、光滑、穩(wěn)定薄膜生長(zhǎng)模式 島狀生長(zhǎng)：原子第一步沉積在裸露的襯底表面，逐步形成小島，襯底表面上的小島可能同時(shí)增長(zhǎng)， 也可以部分分解成單個(gè)原子，同時(shí)可以在形成薄膜前在大范圍內(nèi)進(jìn)行重新排列。層狀生長(zhǎng)：以單層開(kāi)始，然后進(jìn)行第二層生長(zhǎng)，生長(zhǎng)薄膜的晶向基本上由第一層的晶向所決定復(fù)合生長(zhǎng)：是層狀生長(zhǎng)與島狀生長(zhǎng)混合的生長(zhǎng)模式。先層狀生長(zhǎng)，之后在一層或若干層之上再進(jìn)行島狀生長(zhǎng) 薄膜形核：自發(fā)形核：完全是在相變自由能的推動(dòng)下進(jìn)行。非自發(fā)形核：還有

6、其他因素起到了作用均勻形核：核心不依附于任何雜質(zhì)自發(fā)形成，形核勢(shì)壘很大，要過(guò)冷到很低的溫度才有結(jié)晶。非均勻形核：核心 依附于液相。原子沉積過(guò)程：1.氣相原子的沉積或吸附 2.表面擴(kuò)散3.體擴(kuò)散物理氣相沉積：在真空條件下，采用物理方法，將材料源（固體或液體）表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過(guò)低壓氣體過(guò)程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的技術(shù)。類(lèi)型：蒸發(fā)沉積濺射鍍膜 離子鍍膜CTGS-資料文件真空蒸鍍的方式：電阻加熱蒸發(fā)電子束蒸發(fā)高頻加熱激光加熱化學(xué)鍍特點(diǎn)：1工藝簡(jiǎn)單，適用范圍廣，不需要電源，2鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度好3成品率高，成本低，溶液可循環(huán)使用，副反應(yīng)少 4無(wú)毒，環(huán)保5投資少.

7、溶液鍍膜法：在溶液中利用化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)在基片表面沉積薄膜的技術(shù)方法：化學(xué)反應(yīng)沉積陽(yáng)極氧化電鍍?nèi)苣z凝膠電鍍?cè)恚宏?yáng)極失去電子，溶解。陰極得到電子，沉淀優(yōu)點(diǎn)：常溫下進(jìn)行，膜層細(xì)致，無(wú)針孔，平整，不粗糙，厚度易控制，設(shè)備不復(fù)雜缺點(diǎn)：影響因素多，只能在金屬上鍍膜表征：厚度的測(cè)量，形貌和結(jié)構(gòu)的表征，成分分析厚度：幾何厚度、光學(xué)厚度、質(zhì)量厚度方法：光學(xué)法、機(jī)械法、電學(xué)法顯微結(jié)構(gòu)的表征結(jié)構(gòu)表征方法：X射線衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、低能電子衍射 成分成分分析方法：X射線能量色散譜、俄歇電子能譜、 X射線光電子能譜 新型陶瓷與傳統(tǒng)區(qū)別及特點(diǎn)區(qū)別：1原材料不同2化學(xué)組成不同3品種不同4制備工藝不

8、同5用途不同特點(diǎn)。1陶瓷的結(jié)合鍵一般為離子鍵和共價(jià)鍵2顯微組織的不均勻性和復(fù)雜性。新型陶瓷材料一般經(jīng)過(guò)原料粉碎配制，成型和燒結(jié)等過(guò)程，其顯微組織是由晶體相，玻璃相和氣相組成，而各種相的相對(duì)量變化很大，分布不均 勻，但陶瓷材料一旦燒結(jié)成型，不能用冷熱加工工藝改變由顯微組織和結(jié)構(gòu)。粉體要求：高純、超微細(xì)、0.1卩m1卩m制備方法：機(jī)械法（滾筒、攪拌、行星）、化學(xué)合成法粉碎定義：一種大塊物變成小塊的物品并產(chǎn)生新表面的過(guò)程。追求：增加反應(yīng)速率，有利于物品的均勻混合，便于原料顆粒內(nèi)的成分進(jìn)行分離，提高物品的工藝性能，便于輸 送和儲(chǔ)存球星球磨機(jī)原理：當(dāng)筒體旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)研磨體旋轉(zhuǎn)，靠離心力和摩擦力的作用，將

9、磨球帶到一定高度當(dāng)離心力小于其自身重量時(shí)，研磨體下落，沖擊下部研體及筒壁，而介于其間的粉體受到?jīng)_擊和研磨。特點(diǎn)：1進(jìn)料粒度在980納米左右，出料粒度小于 74納米2.球磨灌轉(zhuǎn)速快，球磨效率高，具有公轉(zhuǎn)和自傳3結(jié)構(gòu)緊湊，制作方便，噪音低，無(wú)污染 液相法：直接沉淀、均勻沉淀、共沉淀法陶瓷粉體成型前預(yù)處理過(guò)程 ：1原料煅燒（去除原料的雜質(zhì)，去除化學(xué)結(jié)合和物理附水、氣分、有機(jī)物）2原料的混合（干混、濕混）3制粒（普通，壓塊，噴霧制粒法）4塑化（物品中加入塑化劑，使物品具有可塑性的過(guò)程）.成型：注漿成型、壓制成型、塑性成型干壓影響：1氣體2坯體水分3加壓次數(shù)對(duì)層裂4壓制進(jìn)度燒結(jié)：熱壓、反應(yīng)、等離子熱壓燒

10、結(jié) 定義：針對(duì)高溫下在粉料中可能發(fā)生的某種化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，因勢(shì)利導(dǎo)，加以利用的一種熱壓燒結(jié)的方 法。.特點(diǎn)：成型壓力小，燒結(jié)溫度不大，燒結(jié)進(jìn)度短，得到晶粒細(xì)小，致密度高和機(jī)械，電學(xué)性能良好的產(chǎn)品，無(wú)需 添加燒結(jié)助劑和成型助劑，可生產(chǎn)高純度的陶瓷產(chǎn)品。反應(yīng)燒結(jié) 定義：通過(guò)多孔坯體同氣相或液相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使坯體質(zhì)量增加，孔隙減小，并燒結(jié)成為具有一定溫度和尺寸精度的成品的工藝。特點(diǎn)：質(zhì)量增加，可以制造尺寸精確的制品，遷移過(guò)程發(fā)生在長(zhǎng)距離范圍內(nèi)，反應(yīng)速度取決于傳質(zhì)和傳熱過(guò)程，液相反應(yīng)燒結(jié)工藝在形式上同粉末冶金中的熔浸法類(lèi)似。氧化物非氧化物的特點(diǎn)：1與碳結(jié)合材料比較，它們具有優(yōu)越得多的常溫和高溫抗折溫度

11、。2較強(qiáng)的抗氧化性 3.與氧化物比較，它們具有較好的抗熱震性4抗渣侵蝕性好相變過(guò)程：氣相t固相 過(guò)飽和度 液相t固相 熔體 過(guò)冷形核機(jī)理：獲得結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力，第一步形成新相的核，體系內(nèi)出現(xiàn)兩相桌面CTGS-資料文件晶體的生長(zhǎng)機(jī)制：1.完整光滑桌面生長(zhǎng)機(jī)制：在一個(gè)尚未生長(zhǎng)完全的桌面上找出最佳生長(zhǎng)位置2非完整光滑桌面生長(zhǎng)機(jī)制：晶面上存在的螺旋位錯(cuò)可以作為晶體生長(zhǎng)的源頭，或者可以對(duì)光滑晶面的生長(zhǎng)起到催化作用3.其他位錯(cuò)生長(zhǎng)機(jī)制.助溶劑法：原理：將組成結(jié)晶物質(zhì)的原料在高溫下溶解于低熔點(diǎn)的助溶劑中，使之形成飽和溶液，然后通過(guò)緩慢降溫或在恒定溫度下蒸發(fā)戎機(jī)等方法，使熔融液過(guò)飽和，從而使結(jié)晶物質(zhì)析出生長(zhǎng)的方法.

12、特點(diǎn)：生長(zhǎng)溫度低。設(shè)備簡(jiǎn)單。晶體生長(zhǎng)周期長(zhǎng)。晶體一般較小氣液固技術(shù)制備晶須材料的原理 ：普通的氣相生長(zhǎng)是從氣相直接析出固相，VLSi法與之有一點(diǎn)不同，是從氣相析出固相的過(guò)程是通過(guò)溶液作媒介的。非晶態(tài)特點(diǎn)：普遍存在。結(jié)構(gòu)特征性能與進(jìn)度有關(guān)（老化）。微觀上結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)不均勻。原子尺度納米效應(yīng)局 部特性。長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序。從熱力學(xué)上看處于亞穩(wěn)狀態(tài).玻璃特性：1.各向同性2介穩(wěn)性3熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)是漸變的，可逆的，在一定溫度范圍內(nèi)完成，無(wú)固定熔點(diǎn)4.熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)過(guò)程中，物理化學(xué)性質(zhì)連續(xù)變化結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)：1微晶子學(xué)說(shuō)：無(wú)論溫度升高或者降低，硅酸鹽玻璃在打到573 C時(shí)，性質(zhì)必然發(fā)生反常變化，而57

13、3 C正是石英由a型向B型變的溫度，認(rèn)為玻璃是高度分散晶體的集合體。要點(diǎn)：1硅酸鹽玻璃是由各種硅酸鹽和二氧化硅等微晶體組成，玻璃中的金屬離子和SiO4離子團(tuán)或更復(fù)雜的硅氧離子團(tuán)以一定數(shù)量結(jié)合2這些微晶體不是正常晶格構(gòu)造的晶體，而是原子有序排列的微區(qū).2無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)：凡是成為玻璃態(tài)的物質(zhì)與相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)一樣，也是一個(gè)我、三維空間網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成，這種網(wǎng) 絡(luò)是離子多面體構(gòu)筑起來(lái)的，晶體結(jié)構(gòu)網(wǎng)咯是由多面體無(wú)數(shù)有規(guī)則的重復(fù)而構(gòu)成的，而玻璃種結(jié)構(gòu)多面體的重復(fù) 沒(méi)有規(guī)律性.非晶形成原理：1.非晶形成能力（理論上只要冷卻速度足夠快，所有合金都能形成非晶態(tài)合金）2熱力學(xué)分析（合金組元數(shù)的增多使厶 S增大，導(dǎo)致緊密

14、的隨機(jī)程度增加）3動(dòng)力學(xué)分析（抑制形核和結(jié)晶的條件是提高非晶形成能力的條件）4鍵合條件（共價(jià)鍵、離子鍵電負(fù)性大）5結(jié)構(gòu)條件（組元之間具有較大原子尺寸差的合金有利于玻璃的形成） 浮法成型玻璃特點(diǎn)：1質(zhì)量好表面平整度、透光率、處理質(zhì)量均達(dá)到磨光玻璃的水平2能生產(chǎn)超薄和超厚的玻璃3生產(chǎn)能力強(qiáng)，窯的熔化量大，玻璃牽引速度快。.凝膠注模原理：陶瓷粉體溶于有機(jī)物的水溶液中，經(jīng)球磨后形成高固相體積分散的懸浮體，然后注入一定形狀的 模具中，通過(guò)有機(jī)的凝膠反應(yīng)，進(jìn)行原位網(wǎng)狀聚合，粉體顆粒聚集在一起以使單位溶液成為負(fù)載陶瓷粉體的低載 體，通過(guò)交聯(lián)作用使?jié){料形成聚合物的凝膠。通過(guò)干燥去除凝膠部件的溶劑，同時(shí)由于聚合

15、物的橫向連接，聚合 物不會(huì)隨溶劑遷移。 工藝：將有機(jī)單位和交聯(lián)劑溶于水溶劑或有機(jī)溶劑，配制或預(yù)混液，再將陶瓷粉體和分散劑 再將陶瓷粉體和分散劑加入預(yù)混液，球磨，真空除泡，制備出低粘度高固相體積分?jǐn)?shù)的濃懸浮液，然后在注模前 依次加入引發(fā)劑和催化劑，十足攪拌均勻后，將漿料注入非多孔模具中，在一定溫度下引發(fā)有機(jī)單體聚合或三維 網(wǎng)狀聚合物凝膠，并將陶瓷顆粒原位粘結(jié)固話形式濕坯，脫膜后干燥，得到高強(qiáng)度坯體，最后燒結(jié)，獲得樣品。 特點(diǎn)：適用范圍廣，可制備單相材料和復(fù)合材料，水敏感性和不敏感性材料?？芍苽涑鰪?fù)雜形狀的部體，同時(shí)該 工藝制備出的生坯強(qiáng)度高，可以進(jìn)行機(jī)械加工，有機(jī)物含量少，排除較易。成型坯體組分

16、與密度均勻、缺陷少， 燒結(jié)后坯體收縮很小，可實(shí)現(xiàn)成型過(guò)程的連續(xù)化和機(jī)械化。影響因素：1.固體體積分?jǐn)?shù)2有機(jī)物比例及含量 3.pH值及分散劑4引發(fā)劑、催化劑用量 5氣泡消除6固化. 直接凝固成型：原理：基于內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)陶瓷漿料的ph值以及增加電解質(zhì)的濃度使雙電層的電位為零，以受控的醇催反應(yīng)再次調(diào)節(jié)ph值，或改變漿料中的離子濃度，控制陶瓷泥漿膠體的分散。凝聚狀態(tài)，從而使高固相含量的漿料膜前反應(yīng)緩慢進(jìn)行，漿體保持低黏度，注模后反應(yīng)加快進(jìn)行，漿料凝固，便其固化成型。工藝：第一步制備出固相體積分?jǐn)?shù)高達(dá)50vdl%以上，低黏度，分散性好，流動(dòng)性好，以及靜電穩(wěn)定的懸浮液。然后將漿料溫度降到 0到5&#

17、176;,在懸浮液中加入延遲反應(yīng)的生物酶或底物，懸浮體注入模具后，升溫至20到50°,與底物反應(yīng)，通過(guò)酶的催化反應(yīng)調(diào)節(jié)體系的ph值，從而使體系的電位移向等電點(diǎn)，導(dǎo)致懸浮液的黏度增加，成為濕坯體，干燥，再進(jìn)行燒結(jié)。.特點(diǎn)：可成型出高固相體積分?jǐn)?shù)且顯微結(jié)構(gòu)均勻的復(fù)雜形狀，不需要加入粘結(jié)劑，不添加或少量添加劑，密度均勻，相對(duì)密度高，化學(xué)反應(yīng)可控制。模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模具材料選擇范圍廣，成本低。.CTGS-資料文件提拉法原理原理：將構(gòu)成晶體的原料放在坩堝中加熱熔化，調(diào)整爐內(nèi)溫度場(chǎng)，使熔體上部處于過(guò)冷狀態(tài)，然后在 籽晶桿上安放一粒籽晶，讓籽晶接觸熔體表面，待籽晶表面稍溶后，提拉并轉(zhuǎn)動(dòng)籽晶桿，使熔體處于過(guò)冷狀態(tài)而 結(jié)晶于籽晶上，在不斷提拉和旋轉(zhuǎn)過(guò)程中生長(zhǎng)出圓柱狀晶體.特點(diǎn)：優(yōu)：1在生長(zhǎng)過(guò)程中，可以直接觀察晶體的生長(zhǎng)狀況，這為控制晶體外形提供有利條件2晶體在熔體的自由表面處生長(zhǎng)，不與坩堝相接觸，能顯著減小晶體的應(yīng)力并防止坩堝壁上的寄生成核3可以方便地使用定向籽晶和縮頸技術(shù)，得到不同取向的單晶體，降低晶體中的位錯(cuò)密度，