固體化學(xué)1緒論

1、LDU1課程簡介課程簡介 課程編號：課程編號：2407141 課程中文名稱：固態(tài)化學(xué)課程中文名稱：固態(tài)化學(xué) 課程英文名稱：課程英文名稱：Solid State Chemistry 課程類型：專業(yè)限選課課程類型：專業(yè)限選課 適應(yīng)專業(yè)：材料化學(xué)適應(yīng)專業(yè)：材料化學(xué) 總學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)：36 學(xué)分：學(xué)分： 2主要參考資料主要參考資料1、 固態(tài)化學(xué)固態(tài)化學(xué)- 呂孟凱（山東大學(xué)出版社，呂孟凱（山東大學(xué)出版社，1996）2、 固態(tài)化學(xué)導(dǎo)論固態(tài)化學(xué)導(dǎo)論- 蘇勉曾（北京大學(xué)出版社，蘇勉曾（北京大學(xué)出版社，1987 ）3、 固態(tài)化學(xué)及其應(yīng)用固態(tài)化學(xué)及其應(yīng)用- West A R著，蘇勉曾、謝著，蘇勉曾、謝高陽、申泮文等

2、譯（復(fù)旦大學(xué)出版社，高陽、申泮文等譯（復(fù)旦大學(xué)出版社，1989 ）4、 無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ) - 陸佩文等編（武漢工業(yè)大陸佩文等編（武漢工業(yè)大學(xué)出版社，學(xué)出版社，1996）5、 無機(jī)材料物理化學(xué)無機(jī)材料物理化學(xué)- 周亞棟編（武漢工業(yè)大學(xué)周亞棟編（武漢工業(yè)大學(xué)出版社，出版社，1994）6、 固體化學(xué)固體化學(xué)- 潘功配編（南京大學(xué)出版社，潘功配編（南京大學(xué)出版社，2009）7、 無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)- 潘群雄等編（化學(xué)工潘群雄等編（化學(xué)工業(yè)出版社，業(yè)出版社，2007）8、 無機(jī)材料物理化學(xué)無機(jī)材料物理化學(xué)- 賀蘊(yùn)秋等編（化學(xué)工賀蘊(yùn)秋等編（化學(xué)工業(yè)出版社，業(yè)出版社，2005）

3、9、 無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)- 張其士編（華東理工張其士編（華東理工大學(xué)出版社，大學(xué)出版社，2004）10、 無機(jī)材料物理化學(xué)無機(jī)材料物理化學(xué)- 葉瑞倫主編（天津大葉瑞倫主編（天津大學(xué)出版社，學(xué)出版社，1984）11、 無機(jī)固體化學(xué)無機(jī)固體化學(xué)- 洪廣言編（科學(xué)技術(shù)出版洪廣言編（科學(xué)技術(shù)出版社，社，2002）主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：緒論緒論玻璃與粉末多晶玻璃與粉末多晶固體中的缺陷固體中的缺陷固相反應(yīng)固相反應(yīng)固體中的擴(kuò)散固體中的擴(kuò)散固體表面化學(xué)固體表面化學(xué)固體中的化學(xué)鍵固體中的化學(xué)鍵第一章第一章 緒論緒論本章基本要求：本章基本要求：1、熟悉固體化學(xué)的、熟悉固體化學(xué)的定義定義；2、掌握固體化

4、學(xué)的、掌握固體化學(xué)的研究領(lǐng)域研究領(lǐng)域；3、熟悉固體化學(xué)發(fā)展的、熟悉固體化學(xué)發(fā)展的前沿領(lǐng)域前沿領(lǐng)域。第一節(jié)第一節(jié) 固體化學(xué)的研究內(nèi)容固體化學(xué)的研究內(nèi)容1、什么是固體化學(xué)？、什么是固體化學(xué)？ 在在固體科學(xué)固體科學(xué)中，有許多相互交叉的領(lǐng)域，中，有許多相互交叉的領(lǐng)域，如固體物理、固體化學(xué)、材料科學(xué)、陶瓷學(xué)、如固體物理、固體化學(xué)、材料科學(xué)、陶瓷學(xué)、礦物學(xué)和冶金學(xué)等。礦物學(xué)和冶金學(xué)等。 其中，固體化學(xué)是其中，固體化學(xué)是物理科學(xué)物理科學(xué)的一個分支，的一個分支，它是固體科學(xué)中它是固體科學(xué)中最核心最核心的部分，什么是固體的部分，什么是固體化學(xué)呢？化學(xué)呢？ 固體化學(xué)是一門專門研究固體物質(zhì)固體化學(xué)是一門專門研究固體

5、物質(zhì)的的制備制備、品質(zhì)鑒定品質(zhì)鑒定、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和性能性能以及它以及它們之間相互關(guān)系的科學(xué)。們之間相互關(guān)系的科學(xué)。 固體化學(xué)是介于物理學(xué)和化學(xué)之間的固體化學(xué)是介于物理學(xué)和化學(xué)之間的一門交叉學(xué)科。一門交叉學(xué)科。 固體化學(xué)不同于固體物理學(xué)，后者更固體化學(xué)不同于固體物理學(xué)，后者更側(cè)重于對固體的物理性質(zhì)的解釋；側(cè)重于對固體的物理性質(zhì)的解釋； 固體化學(xué)也不同于結(jié)晶化學(xué)，固體化學(xué)也不同于結(jié)晶化學(xué)，后者是后者是強(qiáng)調(diào)結(jié)晶固體的結(jié)構(gòu)及其規(guī)律；強(qiáng)調(diào)結(jié)晶固體的結(jié)構(gòu)及其規(guī)律； 固體化學(xué)是把固體化學(xué)是把固體物質(zhì)的固體物質(zhì)的制備制備、鑒定鑒定、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和性能性能統(tǒng)一起來加以研究統(tǒng)一起來加以研究形成一門新形成一門新學(xué)科。學(xué)

6、科。 即即固體化學(xué)主要研究固體物質(zhì)（包括固體化學(xué)主要研究固體物質(zhì)（包括材料）的材料）的合成合成、反應(yīng)反應(yīng)、組成和、組成和性能性能及其相及其相關(guān)現(xiàn)象、規(guī)律和原因的一門科學(xué)。關(guān)現(xiàn)象、規(guī)律和原因的一門科學(xué)。 2、固體化學(xué)的形成和發(fā)展、固體化學(xué)的形成和發(fā)展 公元前就有固體物質(zhì)合成及其性質(zhì)探測的公元前就有固體物質(zhì)合成及其性質(zhì)探測的記載，如火藥、制陶和煉丹術(shù)等。記載，如火藥、制陶和煉丹術(shù)等。 20世紀(jì)世紀(jì)20年代，對固態(tài)化學(xué)反應(yīng)有所研究，年代，對固態(tài)化學(xué)反應(yīng)有所研究，但發(fā)展緩慢。但發(fā)展緩慢。 60年代以后，隨著人們對固體物質(zhì)認(rèn)年代以后，隨著人們對固體物質(zhì)認(rèn)識水平的提高，以及探測固體內(nèi)部和表面識水平的提高，

7、以及探測固體內(nèi)部和表面微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)和和微量組分微量組分測試所需要的儀器得測試所需要的儀器得快速發(fā)展，使人們對固體物質(zhì)的合成快速發(fā)展，使人們對固體物質(zhì)的合成反應(yīng)反應(yīng)和性能和性能進(jìn)行了深層次的研究。進(jìn)行了深層次的研究。 現(xiàn)在的固體化學(xué)研究相當(dāng)活躍，國際現(xiàn)在的固體化學(xué)研究相當(dāng)活躍，國際上也創(chuàng)辦了一些著名的上也創(chuàng)辦了一些著名的專業(yè)期刊專業(yè)期刊，如：，如：Journal of Solid State Chemistry Journal of Alloys and Compounds Solid State Ionics Solid State Communication Thin Solid Fil

8、ms Journal of Physics: Condense Matter The Journal of the American Ceramic Society Journal of Materials Chemistry Advanced Materials Angewandte Chemie -International Edition 固體化學(xué)專著固體化學(xué)專著1、 固態(tài)化學(xué)固態(tài)化學(xué)- 呂孟凱（山東大學(xué)出版社，呂孟凱（山東大學(xué)出版社，1996）2、 固態(tài)化學(xué)導(dǎo)論固態(tài)化學(xué)導(dǎo)論- 蘇勉曾（北京大學(xué)出版蘇勉曾（北京大學(xué)出版社，社，1987 ）3、 固態(tài)化學(xué)及其應(yīng)用固態(tài)化學(xué)及其應(yīng)用- West

9、 A R著，蘇勉著，蘇勉曾、謝高陽、申泮文等譯（復(fù)旦大學(xué)出版社，曾、謝高陽、申泮文等譯（復(fù)旦大學(xué)出版社，1989 ）4、 無機(jī)固體化學(xué)無機(jī)固體化學(xué)- 洪廣言編（科學(xué)技術(shù)出洪廣言編（科學(xué)技術(shù)出版社，版社，2002） 固體化學(xué)專利、專著的問世及學(xué)術(shù)固體化學(xué)專利、專著的問世及學(xué)術(shù)會議（如國際固體化學(xué)研討會會議（如國際固體化學(xué)研討會ISSSC-International Symposium on Solid State Chemistry）的定期召開大大推動了固體）的定期召開大大推動了固體化學(xué)的研究進(jìn)程?；瘜W(xué)的研究進(jìn)程。 由于固體化學(xué)的研究內(nèi)容十分廣泛，由于固體化學(xué)的研究內(nèi)容十分廣泛，因此各位作者在編

10、寫固體化學(xué)專著時(shí)所因此各位作者在編寫固體化學(xué)專著時(shí)所采用的側(cè)重點(diǎn)會有所不同。采用的側(cè)重點(diǎn)會有所不同。 但是其最為但是其最為基本內(nèi)容基本內(nèi)容都應(yīng)包括以都應(yīng)包括以下六個部分：下六個部分：（1）固體物質(zhì)的）固體物質(zhì)的合成合成；（2）固體的）固體的組成組成和和結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)；（3）固相中的）固相中的化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)；（4）固體中的）固體中的缺陷缺陷；（5）固體）固體表面表面化學(xué)；化學(xué)；（6）固體的）固體的性質(zhì)性質(zhì)與與新材料新材料等。等。3、固體化學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的作用和地位、固體化學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的作用和地位 上世紀(jì)上世紀(jì)60年代，人們把年代，人們把材料、能源和信材料、能源和信息息譽(yù)為當(dāng)代文明的三大支柱。譽(yù)

11、為當(dāng)代文明的三大支柱。 （1）固體化學(xué)是材料科學(xué)的基礎(chǔ)，社會的固體化學(xué)是材料科學(xué)的基礎(chǔ)，社會的進(jìn)步和現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都離不開材料進(jìn)步和現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都離不開材料科學(xué)?？茖W(xué)。 70年代又把年代又把新型材料、信息技術(shù)和生物新型材料、信息技術(shù)和生物技術(shù)技術(shù)譽(yù)為新技術(shù)革命的主要標(biāo)志。譽(yù)為新技術(shù)革命的主要標(biāo)志。 80年代，為超越世界技術(shù)水平，我國政年代，為超越世界技術(shù)水平，我國政府制訂的府制訂的“863”高新技術(shù)計(jì)劃高新技術(shù)計(jì)劃又把又把新材料新材料作為作為主要研究與發(fā)展領(lǐng)域之一主要研究與發(fā)展領(lǐng)域之一。 大量事實(shí)證明，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步離不大量事實(shí)證明，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步離不開材料科學(xué)，因而也就離不開固

12、體化學(xué)。開材料科學(xué)，因而也就離不開固體化學(xué)。 例如：半導(dǎo)體材料的設(shè)計(jì)推動了今天的例如：半導(dǎo)體材料的設(shè)計(jì)推動了今天的半導(dǎo)體工業(yè)、電子工業(yè)、計(jì)算機(jī)和信息產(chǎn)半導(dǎo)體工業(yè)、電子工業(yè)、計(jì)算機(jī)和信息產(chǎn)業(yè)；業(yè)； 現(xiàn)代航空、航天技術(shù)中需要的高強(qiáng)度、現(xiàn)代航空、航天技術(shù)中需要的高強(qiáng)度、耐高溫、輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料等。耐高溫、輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料等。 因此，可以說，現(xiàn)代采礦、冶金、地因此，可以說，現(xiàn)代采礦、冶金、地質(zhì)、建材、機(jī)械、電子、石油化工、航空質(zhì)、建材、機(jī)械、電子、石油化工、航空航天等每個領(lǐng)域都與材料科學(xué)、固體化學(xué)航天等每個領(lǐng)域都與材料科學(xué)、固體化學(xué)有著密切關(guān)系。有著密切關(guān)系。 （2）固體化學(xué)作為一個學(xué)科的出現(xiàn)，是）固體化

13、學(xué)作為一個學(xué)科的出現(xiàn)，是建立在物理學(xué)、化學(xué)、晶體學(xué)、和材料科建立在物理學(xué)、化學(xué)、晶體學(xué)、和材料科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)之上的。學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)之上的。 固體化學(xué)的發(fā)展反過來也必將推動物理固體化學(xué)的發(fā)展反過來也必將推動物理學(xué)、化學(xué)、晶體學(xué)、和材料科學(xué)的發(fā)展。學(xué)、化學(xué)、晶體學(xué)、和材料科學(xué)的發(fā)展。 因此，材料的改進(jìn)與創(chuàng)新在很大程度上因此，材料的改進(jìn)與創(chuàng)新在很大程度上都依靠于對固體化學(xué)的了解和固態(tài)化學(xué)研究都依靠于對固體化學(xué)的了解和固態(tài)化學(xué)研究的不斷深入。的不斷深入。 另一方面又要希望能夠不斷創(chuàng)造出性能另一方面又要希望能夠不斷創(chuàng)造出性能更加優(yōu)異的新材料。更加優(yōu)異的新材料。 隨著材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一方面需要隨著材料科

14、學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一方面需要改進(jìn)目前正在使用的固體材料的性能；改進(jìn)目前正在使用的固體材料的性能；4、固體材料的分類、固體材料的分類 從材料的化學(xué)組成來分，主要有從材料的化學(xué)組成來分，主要有金屬材金屬材料料、無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料以以及及復(fù)合材料復(fù)合材料； 按照材料的使用性能可分為按照材料的使用性能可分為結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料和和功能材料功能材料兩大類；兩大類； 其中，結(jié)構(gòu)材料主要使用材料的的力學(xué)其中，結(jié)構(gòu)材料主要使用材料的的力學(xué)性能，功能材料則主要使用光、電、磁、性能，功能材料則主要使用光、電、磁、熱、聲等功能特性；熱、聲等功能特性； 從材料的應(yīng)用對象又分為從材料的應(yīng)

15、用對象又分為信息材料信息材料、能能源材料源材料、建筑材料建筑材料、生物材料生物材料以及以及航天航航天航空材料空材料等；等； 若按物理效應(yīng)也可進(jìn)一步細(xì)分為若按物理效應(yīng)也可進(jìn)一步細(xì)分為激光材激光材料料、發(fā)光材料發(fā)光材料、非線性光學(xué)材料非線性光學(xué)材料、磁性材料磁性材料、導(dǎo)電材料導(dǎo)電材料、發(fā)電材料發(fā)電材料、介電材料介電材料、超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料、聲光材料聲光材料等等。等等。26固體材料分類固體材料分類化學(xué)分類化學(xué)分類形態(tài)分類形態(tài)分類物理效應(yīng)分類物理效應(yīng)分類用途分類用途分類功能分類功能分類金屬材料金屬材料無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料多晶材料多晶材料非晶材料非晶材料復(fù)合材料復(fù)合材料

16、導(dǎo)電、絕緣、光導(dǎo)、耐溫導(dǎo)電、絕緣、光導(dǎo)、耐溫信息、計(jì)算機(jī)、生物、光信息、計(jì)算機(jī)、生物、光學(xué)學(xué)結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料功能材料功能材料功能材料功能材料能量轉(zhuǎn)換、儲存、傳輸能量轉(zhuǎn)換、儲存、傳輸光電、壓電、磁光、熱電光電、壓電、磁光、熱電固體材料的化學(xué)分類固體材料的化學(xué)分類固體材料固體材料無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料金屬材料金屬材料 - 金屬、合金、金屬間化合物金屬、合金、金屬間化合物高分子材料高分子材料 - 塑料、合成橡膠、合成纖維塑料、合成橡膠、合成纖維傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料 硅酸鹽材料硅酸鹽材料新型無機(jī)非金屬材料新型無機(jī)非金屬材料 半導(dǎo)體材料、超硬半導(dǎo)體材料、超硬耐高溫材料、發(fā)光材料等耐

17、高溫材料、發(fā)光材料等 固體物質(zhì)也可以按照其原子排列的有固體物質(zhì)也可以按照其原子排列的有序程度來進(jìn)行分類，即分為晶態(tài)和非晶態(tài)；序程度來進(jìn)行分類，即分為晶態(tài)和非晶態(tài)； 其中，晶態(tài)固體具有長程有序的點(diǎn)陣結(jié)其中，晶態(tài)固體具有長程有序的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)；非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)類似液體，只在幾構(gòu)；非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)類似液體，只在幾個原子間距的量程范圍內(nèi)（即原子處在短個原子間距的量程范圍內(nèi)（即原子處在短程時(shí)）處于有序狀態(tài)，而長程范圍內(nèi)原子程時(shí)）處于有序狀態(tài)，而長程范圍內(nèi)原子的排列沒有一定的格式，如玻璃和許多聚的排列沒有一定的格式，如玻璃和許多聚合物等。合物等。 固體物質(zhì)也可以按照固體中原子之間固體物質(zhì)也可以按照固體中原子之

18、間的化學(xué)鍵來進(jìn)行分類，即把固體物質(zhì)分為的化學(xué)鍵來進(jìn)行分類，即把固體物質(zhì)分為離子晶體、共價(jià)晶體、金屬晶體、分子晶離子晶體、共價(jià)晶體、金屬晶體、分子晶體和氫鍵晶體等。體和氫鍵晶體等。 實(shí)際晶體中，往往不是一種純粹的化實(shí)際晶體中，往往不是一種純粹的化學(xué)鍵在起作用，而是包含有幾種鍵型。學(xué)鍵在起作用，而是包含有幾種鍵型。 例如，例如，ZnS中的共價(jià)鍵里就含有約中的共價(jià)鍵里就含有約30%的離子鍵成分。的離子鍵成分。 又如又如層狀結(jié)構(gòu)的石墨層狀結(jié)構(gòu)的石墨中，每一層內(nèi)的每中，每一層內(nèi)的每個碳原子以三個電子與鄰近的三個碳原子個碳原子以三個電子與鄰近的三個碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合，組成以共價(jià)鍵結(jié)合，組成片狀六角形片狀六

19、角形的平面蜂的平面蜂巢結(jié)構(gòu)；巢結(jié)構(gòu)； 另一個電子則為該層內(nèi)所有碳原子所共另一個電子則為該層內(nèi)所有碳原子所共有，有，形成大形成大鍵鍵； 層與層之間則以范德華力相互作用。層與層之間則以范德華力相互作用。 因此，因此，石墨晶體石墨晶體中既包含有中既包含有共價(jià)鍵共價(jià)鍵，又包含有又包含有大大鍵鍵和和范德華力范德華力，從而使得石，從而使得石墨表現(xiàn)出固體物質(zhì)的多重性質(zhì)：墨表現(xiàn)出固體物質(zhì)的多重性質(zhì)： 質(zhì)地質(zhì)地柔軟光滑柔軟光滑、容易、容易磨碎磨碎、密度小密度小，熔點(diǎn)高熔點(diǎn)高、不透明不透明、有、有光澤光澤和和導(dǎo)電率高導(dǎo)電率高等。等。第二節(jié)第二節(jié) 固體化學(xué)發(fā)展的若干前沿問題固體化學(xué)發(fā)展的若干前沿問題 固體化學(xué)在推進(jìn)

20、新材料發(fā)展的同時(shí)，固體化學(xué)在推進(jìn)新材料發(fā)展的同時(shí)，其本身也隨著材料科學(xué)的發(fā)展而發(fā)展。其本身也隨著材料科學(xué)的發(fā)展而發(fā)展。 近年來已出現(xiàn)了一些富有成果性的研近年來已出現(xiàn)了一些富有成果性的研究。如高溫超導(dǎo)材料、納米材料、究。如高溫超導(dǎo)材料、納米材料、C60等。等。固體化學(xué)發(fā)展的前沿領(lǐng)域主要有六個方面：固體化學(xué)發(fā)展的前沿領(lǐng)域主要有六個方面：一、固體無機(jī)化合物和新材料的新合成一、固體無機(jī)化合物和新材料的新合成方法；方法；二、室溫和低熱固相化學(xué)反應(yīng)；二、室溫和低熱固相化學(xué)反應(yīng)；三、超微粒子與納米相功能材料；三、超微粒子與納米相功能材料；四、層狀化合物與高溫超導(dǎo)；四、層狀化合物與高溫超導(dǎo)；五、原子簇化合物與

21、五、原子簇化合物與C60；六、生物無機(jī)固體化學(xué)。六、生物無機(jī)固體化學(xué)。一、固體無機(jī)化合物和新材料的新合成方法一、固體無機(jī)化合物和新材料的新合成方法 通常采用通常采用高溫固相反應(yīng)高溫固相反應(yīng)來制備固體無機(jī)來制備固體無機(jī)化合物和新材料。化合物和新材料。此方法的缺點(diǎn)：此方法的缺點(diǎn)：1、反應(yīng)溫度過高（大于、反應(yīng)溫度過高（大于1400 oC）;2、消耗能量大；、消耗能量大；3、反應(yīng)過程難于控制；、反應(yīng)過程難于控制；新的合成方法如下：新的合成方法如下：1、溶膠、溶膠-凝膠法凝膠法2、共沉淀法、共沉淀法3、水熱和溶劑熱合成法、水熱和溶劑熱合成法4、微波法、微波法5、氣相輸運(yùn)法、氣相輸運(yùn)法 其中，其中，溶膠溶

22、膠-凝膠法凝膠法及及水熱和溶劑熱合成水熱和溶劑熱合成法法是是軟化學(xué)合成軟化學(xué)合成中比較重要的兩種方法。中比較重要的兩種方法。軟化學(xué)合成的原理：軟化學(xué)合成的原理： 在中低溫或溶液中，使反應(yīng)在在中低溫或溶液中，使反應(yīng)在分子狀分子狀態(tài)上態(tài)上均勻混合，通過生成均勻混合，通過生成前驅(qū)體或中間體前驅(qū)體或中間體（此反應(yīng)過程可以人為控制），最后生成（此反應(yīng)過程可以人為控制），最后生成具有指定組成、結(jié)構(gòu)和形貌的材料。具有指定組成、結(jié)構(gòu)和形貌的材料。 軟化學(xué)合成方法廣泛應(yīng)用于發(fā)光材料、軟化學(xué)合成方法廣泛應(yīng)用于發(fā)光材料、磁性材料、金屬間化合物、玻璃陶瓷和高磁性材料、金屬間化合物、玻璃陶瓷和高溫結(jié)構(gòu)材料等。溫結(jié)構(gòu)材料

23、等。 組合化學(xué)由于可以批量合成化合物而引起組合化學(xué)由于可以批量合成化合物而引起科學(xué)家的廣泛興趣?？茖W(xué)家的廣泛興趣。組合化學(xué)組合化學(xué)（combinatorial chemistry） ： 組合化學(xué)起始于組合化學(xué)起始于20世紀(jì)世紀(jì)80年代，原來主要年代，原來主要用于用于藥物材料藥物材料的篩選上（例如作為抗癌藥物的的篩選上（例如作為抗癌藥物的無機(jī)配合物）。無機(jī)配合物）。 現(xiàn)在，利用組合化學(xué)的方法可以有效地尋現(xiàn)在，利用組合化學(xué)的方法可以有效地尋找具有找具有特殊功能特殊功能的新型化合物材料，從而在的新型化合物材料，從而在光光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)材料學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)材料中具有廣泛的應(yīng)用前景。中具有廣泛的應(yīng)用前景。

24、二、室溫和低熱固相化學(xué)反應(yīng)二、室溫和低熱固相化學(xué)反應(yīng) “固相化學(xué)反應(yīng)只能在高溫下發(fā)生固相化學(xué)反應(yīng)只能在高溫下發(fā)生”這一認(rèn)識，在化學(xué)家的頭腦中已根深蒂固，這一認(rèn)識，在化學(xué)家的頭腦中已根深蒂固，而事實(shí)上許多固相反應(yīng)而事實(shí)上許多固相反應(yīng)在低溫下在低溫下便可發(fā)生。便可發(fā)生。 研究研究低溫固相反應(yīng)低溫固相反應(yīng)并開發(fā)其合成應(yīng)用并開發(fā)其合成應(yīng)用價(jià)值的意義是不言而喻的。價(jià)值的意義是不言而喻的。 1993年年Mallouk教授在教授在Science中的評述如下：中的評述如下： 傳統(tǒng)固相化學(xué)反應(yīng)只能在傳統(tǒng)固相化學(xué)反應(yīng)只能在較高溫度較高溫度下存下存在，它們在高溫時(shí)在，它們在高溫時(shí)分解或重組成分解或重組成熱力學(xué)穩(wěn)熱力

25、學(xué)穩(wěn)定產(chǎn)物。為了得到介穩(wěn)態(tài)固相反應(yīng)產(chǎn)物，定產(chǎn)物。為了得到介穩(wěn)態(tài)固相反應(yīng)產(chǎn)物，擴(kuò)大材料的選擇范圍，有必要降低固相反擴(kuò)大材料的選擇范圍，有必要降低固相反應(yīng)溫度。應(yīng)溫度。 由此可見，由此可見，降低反應(yīng)溫度降低反應(yīng)溫度不僅可獲得更不僅可獲得更新的化合物，為人類創(chuàng)造出更加豐富的物質(zhì)新的化合物，為人類創(chuàng)造出更加豐富的物質(zhì)財(cái)富，而且可以最直接地提供人們財(cái)富，而且可以最直接地提供人們了解固相了解固相反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理所需的實(shí)驗(yàn)佐證，為人類盡早地實(shí)所需的實(shí)驗(yàn)佐證，為人類盡早地實(shí)現(xiàn)能動、合理地利用固相化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)行現(xiàn)能動、合理地利用固相化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)行定定向合成和分子組裝向合成和分子組裝以及最大限度地發(fā)掘固相以及最大

26、限度地發(fā)掘固相反應(yīng)的內(nèi)在潛力創(chuàng)造了條件。反應(yīng)的內(nèi)在潛力創(chuàng)造了條件。室溫或低溫室溫或低溫下固下固-固反應(yīng)的四步機(jī)理：固反應(yīng)的四步機(jī)理：1、固相間的、固相間的擴(kuò)散擴(kuò)散；2、反應(yīng)物進(jìn)行、反應(yīng)物進(jìn)行固相反應(yīng)固相反應(yīng)；3、反應(yīng)物開始、反應(yīng)物開始形成晶核形成晶核；4、晶核進(jìn)一步、晶核進(jìn)一步生長生長。低溫固相反應(yīng)的特點(diǎn)：低溫固相反應(yīng)的特點(diǎn)： 作為綠色合成化學(xué)的低熱化學(xué)反應(yīng)，作為綠色合成化學(xué)的低熱化學(xué)反應(yīng)，具有具有節(jié)能、高效、無污染及工藝過程簡節(jié)能、高效、無污染及工藝過程簡單單等優(yōu)點(diǎn)，它不僅使合成新的化合物成等優(yōu)點(diǎn)，它不僅使合成新的化合物成為可能，也為材料的制備提供了一種新為可能，也為材料的制備提供了一種新的

27、方法。的方法。三、超微粒子與納米相功能材料三、超微粒子與納米相功能材料 在工程上，把在工程上，把粒徑小于粒徑小于0.5微米微米的粒子稱為的粒子稱為超微粒子。超微粒子。 科學(xué)家根據(jù)粒徑對材料性質(zhì)的影響，把?？茖W(xué)家根據(jù)粒徑對材料性質(zhì)的影響，把粒徑為徑為0.1 - 0.001微米微米（即（即1-100納米）的超微納米）的超微粒子稱為粒子稱為納米粒子納米粒子。 “納米納米”（nm）是一個尺度的度量，）是一個尺度的度量，1nm = 10-9m。 納米材料就是材料的組成中納米材料就是材料的組成中至少有一至少有一相的晶粒尺寸小于相的晶粒尺寸小于100nm的材料。的材料。 納米材料被譽(yù)為納米材料被譽(yù)為21世紀(jì)

28、的新材料，它具世紀(jì)的新材料，它具有三個特征：有三個特征： 1、具有、具有尺寸小于尺寸小于100nm的原子區(qū)域（晶的原子區(qū)域（晶?；蛳啵?；粒或相）； 2、顯著的、顯著的界面原子數(shù)界面原子數(shù)； 3、 組成區(qū)域間組成區(qū)域間相互作用相互作用。四、層狀化合物與高溫超導(dǎo)四、層狀化合物與高溫超導(dǎo) 自從自從1986年發(fā)現(xiàn)年發(fā)現(xiàn)層狀層狀K2NiF4結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鑭鋇銅鑭鋇銅氧氧(La1-xBa)2CuO4是一種高溫超導(dǎo)體以來，是一種高溫超導(dǎo)體以來，人們對超導(dǎo)材料的研究一直比較感興趣。人們對超導(dǎo)材料的研究一直比較感興趣。 在液氮溫度（在液氮溫度（4.2K）下，汞的電阻會出）下，汞的電阻會出現(xiàn)零電阻，這種現(xiàn)象被稱為超導(dǎo)。

29、如下圖所現(xiàn)零電阻，這種現(xiàn)象被稱為超導(dǎo)。如下圖所示：示：溫度溫度/K電阻電阻/零電阻現(xiàn)象零電阻現(xiàn)象 但是，汞金屬的超導(dǎo)狀態(tài)在很弱的磁場但是，汞金屬的超導(dǎo)狀態(tài)在很弱的磁場中就會被破壞。中就會被破壞。 進(jìn)一步的研究表明，要成為超導(dǎo)狀態(tài)，進(jìn)一步的研究表明，要成為超導(dǎo)狀態(tài)，溫度溫度T、磁場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度H和電流密度和電流密度J都必須分都必須分別處于臨界溫度別處于臨界溫度Tc、臨界磁場強(qiáng)度、臨界磁場強(qiáng)度Hc和臨和臨界電流密度界電流密度Jc以下。以下。 臨界條件下具有超導(dǎo)性的物質(zhì)稱為臨界條件下具有超導(dǎo)性的物質(zhì)稱為超導(dǎo)超導(dǎo)材料或超導(dǎo)體材料或超導(dǎo)體。 能夠在液氮沸點(diǎn)（能夠在液氮沸點(diǎn)（77K）以上的溫區(qū)呈現(xiàn)）以上

30、的溫區(qū)呈現(xiàn)超導(dǎo)性質(zhì)的材料，即超導(dǎo)性質(zhì)的材料，即高臨界溫度超導(dǎo)體高臨界溫度超導(dǎo)體（簡（簡稱稱高溫超導(dǎo)高溫超導(dǎo)），這一直是科學(xué)家夢寐以求的），這一直是科學(xué)家夢寐以求的材料。材料。 直到直到1987年發(fā)現(xiàn)了年發(fā)現(xiàn)了123型的釔系高溫超導(dǎo)型的釔系高溫超導(dǎo)體體YBa2Cu3O7-x，其臨界溫度跌至，其臨界溫度跌至92K，從而，從而使超導(dǎo)材料在實(shí)際應(yīng)用中成為可能（超導(dǎo)火使超導(dǎo)材料在實(shí)際應(yīng)用中成為可能（超導(dǎo)火車、超導(dǎo)核磁共振儀、超導(dǎo)線材）。車、超導(dǎo)核磁共振儀、超導(dǎo)線材）。 后來，人們又發(fā)現(xiàn)了鉍系、鉈系和汞系后來，人們又發(fā)現(xiàn)了鉍系、鉈系和汞系等層狀高溫超導(dǎo)體，它們的臨界溫度如下所等層狀高溫超導(dǎo)體，它們的臨界溫

31、度如下所示：示： YBa2Cu3O7: 90K Bi2Sr2Ca2Cu3O10: 110K Tl2Ba2Ca2Cu3O10: 125K HgBa2Cu2O8: 153K 其它一些新型功能材料也相繼發(fā)現(xiàn)，如其它一些新型功能材料也相繼發(fā)現(xiàn)，如鈣鈦礦型鈣鈦礦型 層狀結(jié)構(gòu)的層狀結(jié)構(gòu)的La1-xMxMnO3(M = Ca、Sr、Ba、Pb)，雙鈣鈦礦型層狀結(jié)構(gòu)的，雙鈣鈦礦型層狀結(jié)構(gòu)的A3B2O7(A = Ca、Sr、Ba, B = Mn)都是具有都是具有巨磁電阻特性的材料。巨磁電阻特性的材料。五、原子簇化合物與五、原子簇化合物與C60 原子簇化合物主要包括以下三種：原子簇化合物主要包括以下三種： 1、功能性功能性簇化合物；簇化合物； 2、生物模擬生物模擬簇化合物；簇化合物； 3、碳碳簇化合物。簇化合物。 其中，其中，碳原子碳原子簇化合物由于具有許多新簇化合物由于具有許多新型的功能特性，如型的功能特性，如導(dǎo)電性、超導(dǎo)性和催化導(dǎo)電性、超導(dǎo)性和催化性能性能等，從而引起了科學(xué)家的廣泛興趣，等，從而引起了科學(xué)家的廣泛興趣，尤以尤以C60化合物化合物最為典型。最為典型。 C60是一種碳原子簇。它有確定的組成是一種碳原子簇。它有確定的組成，60個碳原子構(gòu)成像足球一樣的個碳原子構(gòu)成像足球一樣的32面體，面體，包括包括20個六邊形，個六邊形，12個五邊形。個五邊形。 實(shí)驗(yàn)證明，