材料合成與製備思考題

2021-03-04 09:35:59 字數 4853 閱讀 2712

共沉澱法

沉澱法通常是在溶液狀態下將不同化學成分的物質混合,在混合液中加人適當的沉澱劑製備前驅體沉澱物,再將沉澱物進行乾燥或鍛燒,從而制得相應的粉體顆粒。

共沉澱法是指在溶液中含有兩種或多種陽離子,它們以均相存在於溶液中,加入沉澱劑,經沉澱反應後,可得到各種成分的均一的沉澱,它是製備含有兩種或兩種以上金屬元素的復合氧化物超細粉體的重要方法。

水熱合成法

水熱與溶劑熱合成:在一定溫度(100~1000℃)和壓力(1~100mpa)條件下,利用溶液中物質化學反應所進行的合成。

水熱合成:在水體系中進行。溶劑熱合成:在非水(主要是有機溶劑)體系中進行。水熱與溶劑熱反應主要以液相反應為其特點。

化學氣相沉積

化學氣相沉積(chemical vapor deposition,簡稱cvd)是反應物質在氣態條件下發生化學反應,生成固態物質沉積在加熱的固態基體表面,進而制得固體材料的工藝技術。它本質上屬於原子範疇的氣態傳質過程。熱cvd,等離子體cvd,雷射cvd

cvd涉及的反應有:分解反應、氧化還原反應、化合反應、復分解反應、化學輸運反應、各種物理手段(等離子體、雷射等)增強的反應等。

cvd技術對原料、產物及反應型別等的要求:

(1) 反應原料是氣態或易於揮發成蒸氣的液態或固態物質;

(2) 反應易於生成所需要的沉積物而其它副產物保留在氣相排出或易於分離;(3) 整個操作較易於控制。

ostwald ripening

ostwald ripening是一種材料生長的機理,簡單點說就是材料從分子階段開始,首先形成一定尺寸的晶核,然後所有的分子都依附於晶核生長,這個階段不會再形成新的晶核了,只是晶核生長的越來越大,

最經典的一種,就是 「從液態轉變為固態的過程首先要成核,然後生長,這個過程叫晶粒的成核長大。晶粒內分子、原子都是有規則地排列的,所以乙個晶粒就是單晶」

燒結末或壓坯粉在低於主要組分熔點溫度下加熱,使顆粒間產生連線,以提高製品效能的方法。1、 巨集觀定義在高溫下(低於熔點),陶瓷生坯固體顆粒的相互鍵聯,晶粒長大,空隙(氣孔)和晶界漸趨減少,通過物質的傳遞,其總體積收縮,密度增加,最後成為具有某種顯微結構的緻密多晶燒結體,這種現象稱為燒結。

2微觀定義:固態中分子(或原子)間存在互相吸引,通過加熱使質點獲得足夠的能量進行遷移,使粉末體產生顆粒黏結,產生強度並導致緻密化和再結晶的過程稱為燒結。

粉體材料成型後,用熱、微波等方式將其燒結成固體材料。對陶瓷生坯進行高溫焙燒,使之發生質變成為陶瓷產品的過程,也稱燒結。目的是去除坯體內所含溶劑、粘結劑、增塑劑等,並減少坯體中的氣孔,增強顆粒間的結合強度。

oriented attachment ripening

banfiled又提出了一種新的晶體生長機制也能形成單晶結構,oriented attachment, 多個取向不一致的單晶奈米顆,通過粒子的旋轉,使得晶格取向一致,向後通過定向附著生長(oreinted attachment)使這些小單晶生長成為乙個大單晶,當然定向附著的過程出難免會出現一些位錯和缺陷,這種生長機理形成的單晶的特點同ostwald ripening不同,or形成的單晶大多是規則的,給材料本身晶體結構相關,而oa形成的單晶結構在形貌上則沒有限制,任何形狀和結構的單晶材料都能通過此機理形成。

物理氣相沉積

(physical vapor deposition ,簡稱pvd):物理氣相沉積是通過蒸發,電離或濺射等過程,產生金屬粒子並與反應氣體反應形成化合物沉積在工件表面。物理氣象沉積方法有真空鍍,真空濺射和離子鍍三種,目前應用較廣的是離子鍍。

如真空蒸發法、濺射法、離子鍍等

「物理氣相沉積」 通常指滿足下面三個步驟的一類薄膜生長技術:

a所生長的材料以物理的方式由固體轉化為氣體

b生長材料的蒸汽經過乙個低壓區域到達襯底

c蒸汽在襯底表明上凝結,形成薄膜

真空「真空」是指在指定的空間內壓力低於101325pa的氣體狀態。

「真空度」用來表示真空狀態下氣體的稀薄程度,通常用壓力表示。壓力的單位過去一般用「託」(torr)表示,是為紀念torricelli而命名的,現在規定用國際單位制中的壓力單位,即帕[斯卡](pa)表示。

介電常數

描述分子被電場極化的能力,也可以認為是樣品阻止微波能通過能力的量度

或介電常數又叫介質常數,介電係數或電容率,它是表示絕緣能力特性的乙個係數,以字母ε表示,單位為法/公尺(f/m) 定義為電位移d和電場強度e之比,ε=d/ε。

langmuir-blodgett制膜法

langmuir-blodgett建立的一種單分子膜製備技術:在水—氣介面上將不溶解分子加以緊密有序排列,形成單分子膜,然後再轉移到固體表面上的制膜技術。

功能材料

功能材料是指那些具有優良的電學、磁學、光學、熱學、聲學、力學、化學、生物醫學功能,特殊的物理、化學、生物學效應,能完成功能相互轉化,主要用來製造各種功能元器件而被廣泛應用於各類高科技領域的高新技術材料。

簡述材料的奈米效應。

奈米效應就是指奈米材料具有傳統材料所不具備的奇異或反常的物理、化學特性,這是由於奈米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所佔比例大等特點,以及其特有的效應:表面與介面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應和巨集觀量子隧道效應。

小尺寸效應:由於顆粒尺寸變小所引起的巨集觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。在熔點,磁性,熱阻,電學效能,光學效能,化學活性和催化性等都較大尺度顆粒發生了變化,產生一系列奇特的性質。

表面與介面效應:隨著顆粒的直徑的減小,表面積和比表面積都將會顯著地增大,表面原子數也將迅速增加。表面原子具有高的活性,且極不穩定,它們很容易與外來的原子相結合,形成穩定的結構。

量子尺寸效應:當粒子尺寸下降到最低值時 ,費公尺能級附近的電子能級會由準連續變為離散能級。奈米微粒的聲、光、電、磁、熱以及超導性與巨集觀特性有著顯著的不同 ,這被稱為量子尺寸效應。

巨集觀量子隧道效應:隧道效應是指微觀粒子具有貫穿勢壘的能力 ,人們發現一些巨集觀量 ,如磁化強度、量子相干器中的磁通量等具有隧道效應 ,稱之為巨集觀量子隧道效應。

簡述分子束外延製備奈米薄膜的特點。

分子束外延沉積

,沿著原來襯底的晶格方向進行生長的一種方法。

簡述冷凍乾燥法製備材料的步驟。

1首先要配製成所要求濃度的鹽水溶液

2用玻璃制噴嘴把配好的鹽水溶液噴射到被致冷劑冷卻的冷浴中,急速冷凍

3把冷凍物放入預先冷卻的燒瓶中,迅速接入真空系統。邊冷凍,邊減壓排氣,隨即加熱,使冰昇華

4冷凍乾燥物在一定溫度下進行煅燒熱分解,即得到所要求的化合物粉末

圖示sol-gel法製備奈米顆粒的過程。

圖示濺射過程的物理模型。

簡述陶瓷注漿坯料中陳腐的作用。

1.通過毛細管的作用使泥料中水分更加均勻分布。

2.粘土顆粒充分水化和離子交換; 一些矽酸鹽礦物(如白雲母、綠泥石和末風化的長石等)長期與水接觸發生水解轉變為粘土物質,從而提高可塑性。

3.增加腐植酸物質的含量,改善泥料肋成型效能。

4.發生一些氧化與還原反應,使泥料鬆散而均勻。

簡述化學氣相沉積的特點。

①在中溫或高溫下,通過氣態的初始化合物之間的氣相化學反應而沉積固體;

②可以在大氣壓(常壓)或者低於大氣壓(低壓)下進行沉積。一般說低壓效果要好一些;

③採用等離子和雷射輔助技術可以顯著地促進化學反應,使沉積可在較低的溫度下進行;

④鍍層的化學成分可以改變,從而獲得梯度沉積物或者得到混和鍍層;

⑤可以控制鍍層的密度和純度;

⑥繞鍍性好,可在複雜形狀的基體上以及顆粒材料上鍍製;

⑦氣流條件通常是層流的,在基體表面形成厚的邊界層;

⑧沉積層通常具有柱狀晶結構,不耐歪曲。但通過各種技術對化學反應進行氣相擾動,可以得到細晶粒的等軸沉積層;

⑨可以形成多種金屬、合金、陶瓷和化合物層。

簡述冷凍乾燥法製備材料的特點。

冷凍乾燥法的特點:

①鹽的水溶液易配製,與沉澱相比,由於不新增沉澱劑,可避免雜質的混入。

②因為冷凍的液滴中仍儲存著溶液中的離子混合狀態,所以組成不發生分離,可實現原子級的完全混合。

③用冷凍乾燥法製備無水鹽的工藝簡單,此無水鹽的熱分解溫度與其他方法製備的無水鹽相比要低得多,還可避免水合鹽溶化的問題。

④用冷凍乾燥法能得到多孔質粉體,熱分解時氣體放出容易,利用流動床煅燒時,氣體透過性好。

⑤用該法得到微粒子的大小為0.1~0.5μm

冷凍乾燥法的步驟 :

①首先要配製成所要求濃度的鹽水溶液。

②用玻璃制噴嘴把配好的鹽水溶液噴射到被致冷劑冷卻的冷浴中,急速冷凍。

③把冷凍物放入預先冷卻的燒瓶中,迅速接入真空系統。邊冷凍,邊減壓排氣,隨即加熱,使冰昇華。

④冷凍乾燥物在一定溫度下進行煅燒熱分解,即得到所要求的化合物粉末。

簡述玻璃脫色劑的種類和原理

脫色劑:用以減弱玻璃因鐵化合物等雜質所引起的著色的物質

種類:主要有化學脫色劑和物力脫色劑兩種。

化學脫色劑:它主要起氧化作用,使著色作用強烈的feo(青綠色)氧化成fe2o3(黃綠色),降低著色程度,增加透明度。

常用的化學脫色劑為硝酸鹽,三氧化二砷、三氧化二銻、二氧化鈰、氟化物等。

物理脫色劑:它能產生與綠色或黃綠色的互補色,從而起到消色作用。

常用的物理脫色劑有硒和氧化鈷、二氧化錳、氧化鎳

簡述水熱與溶劑熱合成化學的特點

由於反應物反應效能的改變、活性的提高,水熱與溶劑熱合成法有可能代替固相反應以及難於進行的合成反應,並產生一系列新的合成方法。

由於中間態、介穩態以及特殊物相易於生成,因此能合成特種介穩結構、特種凝聚態的新合成產物。

③能夠使低熔點化合物、高蒸氣壓且不能在融體中生成的物質、高溫分解相在水熱與溶劑熱低溫條件下晶化生成。

④水熱與溶劑熱的低溫、等壓、溶液條件,有利於生長極少缺陷、取向好、完美的晶體,且合成產物結晶度高以及易於控制產物晶體的粒度。

⑤由於易於調節水熱與溶劑熱條件下的環境氣氛,因而有利於低價態、中間價態與特殊價態化合物的生成,並能均勻地進行摻雜。

簡述化學氣相沉積的特點。

①在中溫或高溫下,通過氣態的初始化合物之間的氣相化學反應而沉積固體;

材料合成製備思考題

3 具有盡可能小的粘滯性,4 有盡可能低的熔點,盡可能高的沸點。5 具有很小的揮發性和毒性。14 功能陶瓷的製備過程中需要具備哪些技術要素?1 原材料 高純超細 粒度分布均勻 2 化學組成 可以精確調整和控制 3 精密加工 精密可靠,而且尺寸和形狀可根據需要進行設計 4 燒結 可根據需要進行溫度 濕...

材料的合成與製備思考題

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材料合成與製備

一 單晶生長方法與注意事項 注意事項 單晶材料的製備必須排除對材料效能有害的雜質原子和晶體缺陷。低雜質含量 結晶完美的單晶材料多由熔體生長得到,高壓惰性氣體 如ar 常被通入單晶爐中防止汙染並抑制易揮發元素的逃逸.1 直拉法 特點是所生長的晶體的質量高,速度快。熔體置於坩堝中,一塊小單晶,稱為籽晶,...