材料合成與制備：第0章 緒論

1、Synthesis and Preparation of Materials材料合成與制備2學(xué)習(xí)方式（探討） 課程以課堂講授為主，同時可通過查閱文獻(xiàn)及課堂討論等形式，借以促進(jìn)學(xué)生了解并學(xué)習(xí)材料合成的基本方法以及理論，同時掌握一些新的材料合成技術(shù)。課程考察與成績評定 總評積分公式為 1006040，即 總評考試成績 平時成績 1、考試成績 常規(guī)閉卷或開卷，滿分100，占60。 2、平時成績 到課和聽講（課堂回答問題）情況10分、 作業(yè)完成情況10分和文獻(xiàn)閱讀討論情況20分，滿分40分課程主要內(nèi)容 溶膠凝膠法 水熱與溶劑熱合成 電解合成 化學(xué)氣相沉積 定向凝固技術(shù) 低溫固相合成 熱壓燒結(jié) 自蔓延合

2、成技術(shù) 1234緒 論材料合成與制備材料合成與制備研究進(jìn)展材料合成與制備基礎(chǔ)材料合成與制備中的表征與分析6 辭海定義可以總結(jié)為： 經(jīng)過人類勞動而取得的勞動對象 經(jīng)過二次加工的原料原料 材料7材料的發(fā)展歷程 第一代 天然材料 在原始社會生產(chǎn)技術(shù)水平低下，人類使用的材料只能是自然界的動物、植物和礦物，主要的工具是棍棒，用石料加工的磨制石器。 8 第二代 燒煉和冶煉材料 燒煉材料是燒結(jié)材料和冶煉材料的總稱。人類用天然的礦土燒結(jié)磚瓦和陶瓷，后期制出了玻璃和水泥，這些都屬于燒結(jié)材料；從各種天然的礦石中提煉銅、鐵等金屬，則屬于冶煉材料。93500BC ，從礦石中提煉銅-冶金業(yè)的黎明 這張埃及古墓壁畫是人類

3、冶金業(yè)的最早紀(jì)錄之一 103000BC，青銅的使用-制造合金 青銅：第一種合金 11 1450BC，鐵的發(fā)現(xiàn) 人類最早發(fā)現(xiàn)和使用的鐵是隕鐵（含鐵量較高的鐵、鈷、鎳等金屬的混合物）。在約公元前1500年左右，埃及和美索不達(dá)米亞開始有煉鐵業(yè)：至公元前1000年左右，鐵器才基本上從日常用具中排擠了銅器而占統(tǒng)治地位、中國商代銅鉞上就鑲鑄有鐵刃，表明中國在公元前1000多年就熟悉了鐵的鍛造性能?；瘜W(xué)符號Fe來自鐵的拉丁文名ferrum。12 1856AD，英國發(fā)明家貝塞麥（Henry Bessemer， 18131898）發(fā)明了鋼鐵冶煉的專利貝塞麥轉(zhuǎn)爐煉鋼法，在鑄造爐中熔化鐵時使用鼓風(fēng)設(shè)備，利用空氣即可

4、除去鐵水中的碳，煉出熟鐵或低碳鋼。貝塞麥法的誕生使鋼鐵制品性能大大改觀而成本也降低不少，這在冶金發(fā)展史上具有劃時代的意義，標(biāo)志著早期工業(yè)革命“鐵時代”向“鋼時代”的演變。貝塞麥曾任英國鋼鐵學(xué)會主席，1879年當(dāng)選為英國皇家學(xué)會會員 13繼次之后，煉鐵的需要促使了鼓風(fēng)機(jī)與熔爐的發(fā)明 廉價的冶鐵業(yè) 14 1886年，電化學(xué)方法冶煉鋁，使鋁成為一種常用金屬。 15第三代材料: 合成材料 20世紀(jì)初期出現(xiàn)了化工合成產(chǎn)品，其中合成塑料、合成橡膠和合成纖維已廣泛地是用于生產(chǎn)和生活中。 1907年第一個小型酚醛樹脂廠建立。 1927年第一個熱塑性聚氯乙烯塑料的生產(chǎn)商品化。 1930年建立了聚合物概念，聚合物

5、工業(yè)迅猛發(fā)展。 1950-1970年新型塑料和合成纖維的深入研究。 1970-1980年工程塑料、聚合物合金、功能聚合物材料工業(yè)化。 1990年分子設(shè)計、高性能、高功能聚合物的合成。161939年是 尼龍商業(yè)發(fā)展迅速發(fā)展高分子材料發(fā)展的關(guān)鍵時期 17 第四代新型功能材料 通過”設(shè)計”獲得不同性能和不同結(jié)構(gòu)的新型功能材料，而且材料的獲得更加依賴于新型制備技術(shù)的實現(xiàn)。18生命科學(xué)材料 1832年以來美國牙科協(xié)會一直使用專用的汞合金，它通常有下列材料組成： 50% Hg 汞 20% （最少） Ag 銀 15% （最多） Cu 銅 15% （最多） Sn 錫最近有一些病人抱怨口腔中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)會導(dǎo)致

6、金屬合金的分解。19 解決方案之一就是開發(fā)填補(bǔ)齲齒的新材料?？谇恢刑厥獾奈锢砑盎瘜W(xué)環(huán)境對置入其中的材料是一個嚴(yán)峻的考驗。具體來講，它需要滿足下列要求：耐口腔中的酸；低熱導(dǎo)率（這對你吃冷飲有好處）；經(jīng)得住數(shù)年的咀嚼力；耐驟冷驟熱；當(dāng)然還要口感舒適。 納米功能材料碳納米材料功能材料不同形貌的磷酸鐵粉體材料不同形貌的磷酸鐵粉體材料功能材料功能材料核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料功能材料功能材料功能材料形狀記憶合金在軍事和航天工業(yè)方面的應(yīng)用月面天線 在工程方面的應(yīng)用形狀記憶合金管接口Advantages形狀記憶合金作緊固件、連接件的優(yōu)勢： 夾緊力大，接觸密封可靠，避免了由于焊 接而產(chǎn)生的冶金缺陷； 適于不易焊接的接

7、頭； 金屬與塑料等不同材料可以通過這種連接 件連成一體； 安裝時不需要熟練的技術(shù)。 在醫(yī)療方面的應(yīng)用記憶型NiTi牙弓絲脊柱矯形棒、人工關(guān)節(jié)、人造心臟、美體內(nèi)衣等。Examples形狀記憶合金套管連接的鋁合金假肢形狀記憶合金制成的血栓過濾器材料合成：指促使原子或分子（微觀尺度）構(gòu)成材料的化學(xué)和物理過程;材料制備：指研究如何控制原子與分子使之構(gòu)成有用的材料，這一點與材料合成的概念相同。但是材料制備還包括在更為宏觀尺度上成更大規(guī)?？刂撇牧系慕Y(jié)構(gòu)，使之具備所需的性能和使用效能，即包括材料的加工、處理、裝備、配合和制造。材料合成與制備材料合成與制備常見的制備工藝：如熱壓燒結(jié)、定向凝固等； 材料新合成方

8、法：如溶膠一凝膠合成，水熱/溶劑熱合成，電解合成，固相合成、高壓合成等；材料合成材料制備相輔相成許多工藝既包含合成也包括制備: 如鑄造、自蔓延、熔鑄、噴涂及放電等離子燒等 材料合成與制備在材料研究領(lǐng)域中占有重要的地位，是材料及材料科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)學(xué)科；“材料合成與制備”科學(xué)綜合了材料科學(xué)、物理、化學(xué)、力學(xué)和機(jī)械等各學(xué)科的研究內(nèi)容，但其本身又自成體系。材料合成與制備工藝的發(fā)展與材料發(fā)展相互促進(jìn)并相互制約，學(xué)科的系統(tǒng)性和規(guī)律性促進(jìn)新材料的制備和材料應(yīng)用，而新材料的需求又對進(jìn)一步要求新的合成新與制備方法的提出和改進(jìn)；綠色化 低成本化 低維化 功能化復(fù)合化 高性能化21世紀(jì)材料制備技術(shù)設(shè)計模擬、預(yù)測性能

9、、控制形態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料各種形態(tài)的功能材料納米材料納米線、管、薄膜減少資源浪費環(huán)保減少環(huán)境污染材料合成與制備基 礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)簡介 應(yīng)用化學(xué)熱力學(xué)原理指導(dǎo)無機(jī)材料合成是材料成功制備的基礎(chǔ)。焓、熵、吉布斯自由能、化學(xué)勢，等等 化學(xué)動力學(xué)是研究參加反應(yīng)各物質(zhì)的濃度、反應(yīng)溫度、壓力及催化劑等因素對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，是反映反應(yīng)機(jī)理的一門學(xué)科。通過動力學(xué)研究能很好地解決一個rGm(T)小于零的反應(yīng)在怎樣的條件下才能實現(xiàn)反應(yīng)，其某些具有普遍意義的影響因素將有助于材料合成與制備的研究。動力學(xué)基礎(chǔ)簡介 材料合成與制備基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)動力學(xué)基礎(chǔ)反應(yīng)自發(fā)過程系統(tǒng)的熵及熵判據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率濃度對反應(yīng)速率影響溫度對反應(yīng)速率影響溶劑等對反應(yīng)速率影響系統(tǒng)的吉布斯函數(shù).*