材料合成與制備

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1、材料合成與制備趙景茂13911968706jingmaozhao@126.com講授內(nèi)容納米材料的制備單晶材料的制備非晶材料的制備薄膜材料的制備復(fù)合材料的制備陶瓷材料的制備功能材料的制備參考教材：1.王世敏等，納米材料制備技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社2.曹茂盛等，材料合成與制備方法，哈工大出版社3.朱世富等，材料制備科學(xué)與技術(shù)，高教出版社4.姚廣春等，先進(jìn)材料制備技術(shù)，東北大學(xué)出版社考試：筆試占50分：30個思考題，從中選出10-20個考試個人ppt占30分：就某一種材料的制備或者某種制備技術(shù)的應(yīng)用講10-15分鐘，由全體同學(xué)打分，去掉最高的5個，最低的5個。出勤占10分：每次1分筆記：

2、10分材料的作用材料、能源和信息科學(xué)是現(xiàn)代文明的三大支柱。人類社會的發(fā)展歷程曾經(jīng)以材料來劃分：舊石器時代（100萬年前）→新石器時代（1萬年前）→青銅器時代（公元前5000年）→鐵器時代（公元前1200年）→高分子材料、復(fù)合材料時代計算機(jī)：最早的18000個電子管，總重量達(dá)30噸，運算速度5000次/秒；現(xiàn)在：幾kg，半導(dǎo)體材料和大規(guī)模集成電路人造衛(wèi)星：每減少1kg，運載火箭的質(zhì)量可以減少500kg；飛機(jī)：發(fā)動機(jī)的質(zhì)量減少1kg，升高10m；工作溫度每提高100℃，飛機(jī)的推力提高15%導(dǎo)彈：每減少1kg，射程提高12km材料的分類：按化學(xué)狀態(tài)分：金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材

3、料按狀態(tài)分：單晶材料、多晶材料、非晶材料、準(zhǔn)晶按物理性質(zhì)分：高強度材料、耐高溫材料、超硬材料、絕緣材料、超導(dǎo)材料、磁性材料、透光材料，半導(dǎo)體材料按用途分：建筑材料、結(jié)構(gòu)材料、耐火材料、電工材料、感光材料、壓電材料、熱電材料。。。。。納米材料：納米：一個長度單位，1納米(nm)=10-9米納米材料：在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(0.1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。納米材料的分類按照維數(shù)分:零維：指其在空間三維尺度均在納米尺度，如納米顆粒、人造超原子一維：在三維空間有兩維處于納米尺度，如納米絲、納米棒等二維：在三維空間有一維處于納米尺度，如超薄膜按照材料的形

4、狀分：納米粉末：超微粉或超細(xì)粉，是研究時間最長、技術(shù)最成熟，是制備其他材料的基礎(chǔ)納米纖維納米膜：又分為顆粒膜和致密膜納米塊體納米復(fù)合材料0-0復(fù)合：納米微粒-納米微粒0-3復(fù)合：納米微粒-常規(guī)塊體0-2復(fù)合：納米微粒與薄膜納米材料的物理、化學(xué)性質(zhì)既不同于微觀的原子、分子，也不同于宏觀物體。納米介于宏觀世界和微觀世界之間，因此也稱為介觀世界。當(dāng)常態(tài)物質(zhì)被加工到納米尺度時，會出現(xiàn)特異的現(xiàn)象，如：銅：良導(dǎo)體；納米銅：絕緣體；硅：半導(dǎo)體；納米硅：良導(dǎo)體；陶瓷：易碎；納米陶瓷：室溫下任意彎曲納米顆粒的制備氣相法液相法固相法氣相法制備納米微粒氣體中蒸發(fā)法化學(xué)氣相反應(yīng)法化學(xué)氣相凝聚法濺射法氣體

5、中蒸發(fā)法是在惰性氣體（或活潑性氣體）中將金屬、合金或陶瓷蒸發(fā)氣化，然后與惰性氣體碰撞，冷卻、凝結(jié)而形成納米微粒。或者是與活潑性氣體反應(yīng)后再冷卻凝結(jié)而形成納米微粒。思考題：如何調(diào)節(jié)納米微粒的粒徑？王世敏等：納米材料制備技術(shù)，P8氣體蒸發(fā)法的特點：表面光潔；粒度齊整，粒徑分布窄；顆粒度容易控制根據(jù)加熱源的不同，可以將氣體蒸發(fā)法分為以下6種。1.電阻加熱法在以下2中情況下不適合用電阻加熱法:1.兩種材料(被蒸發(fā)的材料和發(fā)熱體)在高溫下熔融形成合金2.被蒸發(fā)的材料的蒸發(fā)溫度高于發(fā)熱體的軟化溫度,因此該法重要用于低熔點金屬的蒸發(fā)：Ag、Al、Cu、Au一般在載物臺上每次放入1~2g的原料，

6、得到10mg左右的微粒。多次；功率:1~2kW，適用于實驗室研究。2.高頻感應(yīng)加熱法特點：高頻感應(yīng)具有感應(yīng)攪拌作用，坩堝內(nèi)合金均勻性好；可以將熔體的溫度保持恒定；可以在長時間內(nèi)以恒定的功率運轉(zhuǎn)；加熱源的功率大:MW級；加熱體中可以放入50g左右的樣品，一次可以得到0.5~1g左右的納米樣品粒徑分布窄缺點不能制備W、Ta、Mo等高熔點材料3.等離子體加熱法等離子體按其產(chǎn)生方式可以分為：直流電弧等離子體高頻等離子體直流電弧等離子體在惰性或者反應(yīng)性氣氛下，通過直流放電使氣體電離產(chǎn)生高溫等離子體，使原料熔化、蒸發(fā)，蒸氣遇到周圍的氣體就會被冷卻或發(fā)生反應(yīng)形成納米顆粒。由于等離子體溫度高，幾

7、乎可以制備任何金屬的納米微粒。如Ta，熔點高（2996℃）種類熔點(℃)加熱功率(kW)生成速度(g/min)平均粒徑(nm)Ta299680.0515Ti167080.1820Ni1453120.820Co1495100.6520Fe1535100.830Al6605.30.1210Cu10835.10.0530直流電弧等離子法制備金屬納米離子思考題:1.為何能使用銅坩堝?2.為何Cu、Al兩種元素的生成速率低？特點：制備量大：一次可以得到數(shù)克至數(shù)十克不用擔(dān)心被蒸發(fā)材料與坩堝的