制备化学要点分析.ppt

Nov. 18th, 2011 第八讲材料制备化学 1 Outline: (方法) 4. 晶体生长技术 固相反应 化学气相沉积法 液相沉积法 溶胶-凝胶法 晶体材料的制备 无定形材料的制备 高分子材料的制备 气相生长 溶液生长 熔体生长 固相生长 2 材料制备化学 概念材料制备( 化学合成+ 材料加工) ?化学合成:是指通过一定的途径,从各种不同(气态、液态或固态)原材料中得到化学上不同于原材料的新材料。化学合成可以制的具有一定组成、结构和性质的材料。?材料加工:是指通过一定的工艺手段,使新材料在物理上处于和原材料不同的状态(化学上完全相同)。例块体→薄膜;非晶→晶态。材料制备并不只是通常所说的化学合成或化学制备,实质上是一个极其复杂的化学和物理的综合变化过程。 3 材料制备化学 材料制备总的目的包含 4个方面,即: 制备一系列材料以研究这些材料的特殊性能; 制备一系列结构相关的材料以研究材料的结构与性能之间的关系; 制备一系列新种类的材料; 制备一系列特殊规格的材料。 4 材料制备化学 材料制备条件 1. 原料的选择溶剂种类:水系——醇、醛、***、醚(醇的分子极性比水弱。醇对无机物的溶解能力弱;对有机物的溶解能力强。) 氨系——液氨、***类、溶剂提纯:无机溶剂——水的蒸馏、离子交换等有机溶剂——除水(干燥);除过氧化物(醚类在空气或日光中形成一种过氧化物,受热会爆炸) 起始原料的选择:质量;成本 2. 常用气源钢瓶气源: H 2 N 2 O 2 Cl 2 He NH 3 CO SO 2 CO 2 气体发生器: H 2 S HCN 3. 真空的获得低真空 × 10 5 ~ × 10 -1 Pa 机械泵高真空 × 10 -2 ~ × 10 -5 Pa 扩散泵, 溅射离子泵 5 材料制备化学 4. 高温的获得和控制高温电阻炉 1000~3000 ℃马弗炉:不需控制气氛管式炉:控制气氛坩埚炉高温反应容器硬质玻璃(硼硅玻璃) —耐温、耐腐蚀、膨胀系数α小、耐较大温差( 300 ℃);瓷器皿(坩埚、瓷舟) —化学稳定性好、价廉易得,易裂; 石英器皿( SiO 2)—工作温度 1000 ℃左右,不易破裂; 金属容器(镍坩埚、铁坩埚) 铂器皿(铂坩埚、铂蒸发皿) —耐高温、导热好、化学性质稳定; 刚玉器皿—耐高温、硬度大、耐腐蚀; 石墨器皿—耐高温、强度大、耐腐蚀、导电好、膨胀系数α小、易加工; 但耐氧化性差。聚四***乙烯—化学稳定、热稳定性好。使用温度 250 ℃。 5. 低温的获得和控制低温冷浴自来水冷浴(室温~12 ℃可用流动自来水; 12 ℃ ~0 ℃可加入碎冰块) 冰-盐体系(盐溶解要吸热,适用 0~ -25 ℃) 冰-酸体系(同上) 非水冷浴—干冰(固体 CO 2)、液态空气、低沸点液体(液 N 2、液 NH 3) 相变制冷浴 6 表: 一些常用低温浴的相变温度 7 材料制备化学 2. 材料制备技术(方法) ? 固相反应? 固相反应的定义、特点、影响因素及分类?定义: 固相直接参与化学作用并起化学变化,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。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。固相反应不同于溶液反应,除了化学反应的一般规律外,还必须考虑固态反应物质的晶体结构类型、固体内部(又称体相)的缺陷、固体表面(又称表相)的结构、固体粒度以及反应温度等。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 8 材料制备化学分类: (2) 按反应性质分加成反应置换反应热分解反应还原反应( 1) 按物质状态分 (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纯固相反应(固相反应) 有液相参加的反应有气体参加的反应9 材料制备化学 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; (2) 固相反应开始温度常远低于反应物的熔点或系统低共熔点温度;此温度与反应物内部开始呈现明显扩散作用的温度一致,称为泰曼温度或烧结开始温度不同物质泰曼温度与其熔点的关系: 金属 ~ 泰曼温度盐类 硅酸盐类