功能材料設(shè)計作業(yè)

《功能材料設(shè)計與制備》作業(yè)第一章緒論1、名詞解釋功能材料：指通過光、電、磁、熱、化學(xué)、生化等作用后具有特定功能的材料。光電效應(yīng)：在光的照耀下，物質(zhì)內(nèi)部的電子會被光子激發(fā)出來而形成電流，即光生電現(xiàn)象。外形記憶合金：即擁有“記憶效應(yīng)的合金壓電陶瓷：指某些陶瓷介質(zhì)在力的作用下，產(chǎn)生形變，能引起介質(zhì)外表帶電的陶瓷超導(dǎo)材料：指具有在肯定的低溫條件下呈現(xiàn)出電阻等于零以及排斥磁力線的性質(zhì)的材料。智能材料：是一種能感知外部刺激，能夠推斷并適當(dāng)處理且本身可執(zhí)行的型功能材料。非晶態(tài)合金：合金原子呈長程無序的非結(jié)晶狀態(tài)的合金。2、請簡述功能材料進(jìn)展特點(diǎn)〔結(jié)合實(shí)例進(jìn)展論述〕。金屬功能材料進(jìn)展特點(diǎn)：開發(fā)比較早；被廣泛應(yīng)用，金由于具有優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，極有進(jìn)展前景。

或具有廣泛應(yīng)用的前景；非晶態(tài)合無機(jī)非金屬功能材料進(jìn)展特點(diǎn)： 以功能玻璃和功能陶瓷為主；型功能玻璃的進(jìn)展以光功能玻璃為代表；功能材料之間的界限開頭變得模糊。其次章材料設(shè)計1、材料設(shè)計：是指通過理論與計算預(yù)報材料的組分、構(gòu)造與性能，或者說，通過理論設(shè)計來“訂做”具有特定性能的材料。2、材料設(shè)計主要包含哪幾個環(huán)節(jié)？建立材料性質(zhì)數(shù)據(jù)庫：確定材料功能特性和效用成分和組織構(gòu)造設(shè)計：有閱歷法，半閱歷法與根本計算法合成和加工工藝設(shè)計：從微觀到宏觀尺度對構(gòu)造予以掌握使用性能設(shè)計第三章粉體制備1.a

選擇適宜的工藝分別制備片狀-Al2O3粉體，寫出制備方法、過程及如何掌握粒徑和純度。a-AI2O3:以硫酸鋁［AI〔NO3〕3?9H2O］〔分析純〕和水溶性高分子為原料。將硫酸鋁與水溶性高分子混合研磨均勻，面包狀黃色蓬松狀產(chǎn)物，該產(chǎn)物在a

150C30min,得到1000C~1200C1~2h,a-AI2O3?？梢?AI2O3。a-Al2Qa-AI2O3的前驅(qū)物-氫氧化鋁，經(jīng)過煅燒過程晶型轉(zhuǎn)變及a -AI2O3晶粒；其中通過在氧化鋁前驅(qū)體里混入隔離相,得到需要的a-AI2Q納米顆粒的粒徑、分散性。2.分別用沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳法、水熱法和熔鹽法設(shè)計制備SnO2納米粉體，給出制備方法、試驗(yàn)流程和XRD及電鏡圖，并比照這五種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。水熱合成法0.126g草酸(1mmoL)0.36gCTAB(1mmoL),攪拌溶解于25mL水中,力口入0.225gSnCl2?2H2O(1mmoL),攪拌得到乳白色溶液，將溶液移入容積為100mL的壓力反應(yīng)釜內(nèi)，160C分別加2h、6h、24h。待反響釜冷卻至室溫后將產(chǎn)物離心分別，用蒸餾水、無水乙醇分別洗滌三次，常溫枯燥即得到SnO2納米粉體。3Q413Q416Ci100heutdcgrre向SnCI4水溶液中參加肯定比例的有機(jī)分散劑，在適當(dāng)溫度下漸漸低價 NH3 H20直接形成SnO2溶膠為止，在該溫度下靜止老化后得到凝膠，將此凝膠離心分別，用蒸餾水洗去承受有機(jī)試劑脫水和超聲分散后，再經(jīng)枯燥、煅燒等熱處理，研磨后得到要流程見以下圖。

CI-,SnO2納米粉。主I_*_TSrrfh唐腔I--------------------------■［商心我集I麗匹銷菲轉(zhuǎn)休Z--辻邸烷_卜 隨亂睨見圈3ShQ的XRDit S5W>的SFM 囲微乳液法

圖7 的TEM^片與選遠(yuǎn)電子祈射花祥微乳液通常由外表活性劑，助外表活性劑、油和水或電解質(zhì)水溶液在適當(dāng)?shù)谋壤伦园l(fā)形成的透亮或半透亮的、低黏度和各向同性的熱力學(xué)穩(wěn)定體系。潘慶誼等爭論了陰離子外表活性劑組成的微乳液在納米 SnO2氣敏材料合成中的應(yīng)用。試驗(yàn)結(jié)果說明，由AES〔丙烯腈/三元乙丙橡膠/苯乙烯共聚物〕或K12〔十二烷基硫酸鈉〕和丁醇組成的微乳液可得到平均晶粒粒度只有的氣敏元件無需摻雜即具有較高的氣體靈敏度。

6nm左右的均勻分散SnO2粉體,用這種材料組成化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法是將沉淀劑參加到包含一種或多種離子的可溶性鹽溶液中，使溶液發(fā)生水解反響，形成不溶性的氫氧化物，水合氧化物或鹽類從溶液中析出，然后將溶劑和溶液中原有的陰離子洗去，經(jīng)過熱分解或脫水處理，就可以得到納米尺度的粉體材料。承受超聲-沉淀法，以五水合四氯化錫為主要原料，氨水為沉淀劑，20?30Hz的超聲場中輻射。得到的氧化錫粉體的平均晶粒尺寸為13nmSnO2粉體分散良好，粒子分布均勻，團(tuán)聚現(xiàn)象較少。這四種方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下表：IIM鳳析CILMJ-好喘探棘摘筑地itS?!札珂攤品林成掠生ft過出比做加人摘有機(jī)試：＞40椅株將槍尺寸均、It族面和心燒魴軽反愴鬲蘭品化.11血渭脫-3生咁聚外表活性劑的分類及CMC、HLB的定義。按極性基團(tuán)的解離性質(zhì)分類：1、 陰離子外表活性劑：硬脂酸，十二烷基苯磺酸鈉2、陽離子外表活性劑：季銨化物3、兩性離子外表活性劑：卵磷脂，氨基酸型，甜菜堿型4、非離子外表活性劑： 脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦，聚山梨酯。HLB親水親油平衡，用以衡量外表活性劑分子中極性基、非極性基兩局部的相對強(qiáng)度。CMC臨界膠束濃度，外表活性劑在溶液中形成膠束時的最低濃度。熔鹽法制備粉體時，鹽的選擇很關(guān)鍵，需要留意哪些問題？熔鹽法中鹽的種類對所制備粉體的形貌和性質(zhì)格外關(guān)鍵，選擇鹽的種類時要遵循以下原則：對晶體材料應(yīng)具有足夠大的溶解度，一般應(yīng)為 10?50wt%。在盡可能寬的溫度范圍內(nèi)，不會形成穩(wěn)定的其它化合物，所要的晶體是唯一的穩(wěn)定相。熔鹽在晶體中的固溶度應(yīng)盡可能小，為避開熔鹽作為雜質(zhì)進(jìn)入晶體，應(yīng)選用與晶體不易形成固溶體的化合物作熔鹽。應(yīng)具有盡可能小的粘滯性，以利于溶質(zhì)和能量的輸運(yùn)，從而有利于溶質(zhì)的集中和潛熟的釋放，這對于生長高完整性的單晶是極為重要的。應(yīng)具有盡可能低的熔點(diǎn)和盡可能高的沸點(diǎn)，以便選擇便利的和較寬的生長溫度范圍。應(yīng)具有很小的揮發(fā)性〔除熔鹽揮發(fā)法外〕、腐蝕性和毒性。應(yīng)易溶于對晶體無腐蝕作用的某種液體溶劑中，如水、酸或堿性溶液等，以便將生長得到的晶體從凝固的熔鹽中分別出來。在熔融狀態(tài)時，其比重應(yīng)盡量與結(jié)晶材料相近，否則上下濃度不均一，引起晶粒生長的不均勻。簡述球磨、振動磨、攪拌磨、膠體磨的工作原理及適用范圍。球磨：利用介質(zhì)和物料之間的相互研磨和沖擊使物料粒子粉碎。小于20％。

1m的粒子到達(dá)1m以下。攪拌磨其粉碎原理與球磨類似。適于制備軋膜成型和流延法成型用的漿料。膠體磨：利用一對固體磨子和高速旋轉(zhuǎn)磨體的相對運(yùn)動所產(chǎn)生的強(qiáng)大剪切、作用力來粉碎或分散物料粒子的。產(chǎn)品粒徑可達(dá)1卩1、什么是物理氣相沉積〔PVD〕？簡潔介紹其主要過程。

摩擦、沖擊等定義：在真空度較高的環(huán)境下，通過加熱或高能粒子轟擊的方法使源材料逸出沉積物質(zhì)粒子〔可以是原子、分子或離子〕，這些粒子在基片上沉積形成薄膜的技術(shù)。主要過程包括氣相物質(zhì)的產(chǎn)生、運(yùn)輸與沉積。其技術(shù)關(guān)鍵在于如何將源材料轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗔Ｗ印?、真空蒸發(fā)系統(tǒng)主要由哪三個局部組成？哪個局部是最關(guān)鍵的，主要起什么作用？蒸發(fā)裝置主要包括哪些類別？選擇三種典型蒸發(fā)裝置，比較其原理、特點(diǎn)和適用領(lǐng)域。真空蒸發(fā)系統(tǒng)由真空室、蒸發(fā)源/蒸發(fā)加熱裝置、基片架及基片加熱裝置三局部構(gòu)成；其中最為重要的是蒸發(fā)源/蒸發(fā)加熱裝置，其起到熱源和支撐作用。蒸發(fā)裝置包括：電阻加熱蒸發(fā)，閃耀蒸發(fā)，電子束蒸發(fā)，激光熔融蒸發(fā)，電弧蒸發(fā)等。蒸發(fā)設(shè)備原理蒸發(fā)設(shè)備原理電阻加熱蒸發(fā)電阻絲發(fā)熱轟擊電子的動能電子束蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為材料熱能電弧放電蒸發(fā)以真空電弧為熱源避開熱體材料蒸發(fā)污染、

應(yīng)用領(lǐng)域制備單質(zhì)金屬、氧化物、介電材料、半導(dǎo)體化合物高純、高熔點(diǎn)、易污染材料加熱溫度高、本錢低 高熔點(diǎn)難熔金屬及其化合物、碳才聊薄膜3、與蒸發(fā)法相比，濺射鍍膜主要有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？濺射裝置可以按哪些特性分為哪些類別？選擇三種典型濺射裝置，比較其鍍膜原理、工藝特點(diǎn)和適用領(lǐng)域。與蒸鍍法相比，濺射法優(yōu)點(diǎn)：濺射的速度比蒸鍍快很多.蒸鍍不能掌握厚度,而濺射可以用時間掌握厚度.濺射法較蒸鍍法適合大規(guī)模的生產(chǎn)薄膜與基底結(jié)合力比蒸鍍強(qiáng)濺射的膜均勻,蒸鍍的膜中心點(diǎn)厚,四周薄.缺點(diǎn)：濺射比蒸鍍工作真空低一個數(shù)量級,所以膜層的含氣量要比蒸鍍高濺射不適用于低硬度材料,如非金屬材料.濺射不適用于非導(dǎo)電材料.分類：按電電極特性不

傳統(tǒng)二極濺射三/四極濺射磁控濺射射頻濺射導(dǎo)體濺射裝置的比較：濺射裝置

原理電場作用下的加速電子撞擊電離氣體電子與高頻溝通電場共振,繼而不斷撞擊氣體分子電子在磁場中運(yùn)動撞擊

工藝特點(diǎn)簡潔、速度慢、膜密度低離化率較高、可用于任何材料高濺射率、避開二次

適用范圍只適用于導(dǎo)體各種材料適合以單晶和塑料為磁控濺射氣體分子使之電離

電子轟擊、基板溫度低

基底的鍍膜4、簡述化學(xué)氣相沉積鍍膜的概念及特征，根本分類如何?按工作壓力不同，可分為勺常壓CVD:無需真空、靠載氣輸運(yùn)、污染較大低壓按工作壓力不同，可分為勺常壓CVD:無需真空、靠載氣輸運(yùn)、污染較大低壓CVD:易于氣化反響物、無載氣、污染小

通過化學(xué)反響，將反響形成的固相產(chǎn)物沉積于CVD(200~500C)CVD(500~1000C)CVD(1000~1300°C)分類勺熱壁CVD:整爐咼溫、等溫環(huán)境按加熱方式不同，可分為 冷壁CVD:局部加熱〔僅基片和基片架〕熱激活〔CVD〕按反響激活方式不同，可分為光致活化CVD〔紫外光、激光、可見光〕等離子體激活〔PECVD〕5、電化學(xué)鍍膜與化學(xué)鍍的區(qū)分是什么？電化學(xué)鍍是電流通過在電解液中的流淌而產(chǎn)生化學(xué)反響， 在陽極或陰極上沉積薄膜的方法。化學(xué)鍍在無電流通過〔無外界動力〕時借助復(fù)原劑在金屬鹽溶液中使目標(biāo)金屬離子復(fù)原，并沉積在基片外表上形成金屬/合金薄膜的方法。兩者本質(zhì)區(qū)分：電鍍：反響驅(qū)動力來自外加電場賜予的能量；化學(xué)鍍：反響驅(qū)動力來自溶液體系自身的化學(xué)勢！6、為什么鍍膜前要對基片進(jìn)展嚴(yán)格的清洗？1〕薄膜與玻璃結(jié)合力強(qiáng)弱直接與玻璃外表的干凈程度有關(guān)系。2〕如不加清洗，在鍍膜前看不到的臟污，會在鍍膜后成為顏色不均勻現(xiàn)象。7、真空泵可分為哪兩大類？簡述各類真空泵類型及其工作壓強(qiáng)范圍。另分析說明有用的真空抽氣系統(tǒng)為什么往往需要多種真空組成復(fù)合抽氣系統(tǒng)？真空泵分為：旋片式機(jī)械泵和油集中泵兩類。〕旋片式泵分為：旋片式、定片式、滑閥式；工作區(qū)間：單級：105~1Pa；雙級：105~10-2Pa〕油集中泵工作區(qū)間：1~10-6Pa。1、簡述一維納米材料制備的六種思路利用晶體本身各向異性的晶體構(gòu)造；引入液-固界面來降低晶種的對稱性；用各種具有一維形貌的模板；用適宜的包覆劑；零維納米構(gòu)造的自組裝；降卑微構(gòu)造的尺寸。2、熱蒸發(fā)法制備一維納米材料的根本過程。TT在低溫區(qū)放置襯底