第一章 材料合成與制備 緒 論

材料合成化學

專業(yè)：材料化學主講教師：許祖勛教材及教學要求教材：材料合成化學（徐甲強等編，哈爾濱工業(yè)大學出版社）學時：62參考書目：無機合成化學（張克立等編，武漢大學出版社）合成化學（湖北大學化材學院編）功能材料學（馬如璋等編，冶金工業(yè)出版社）教學要求：（期末60％，期中20％，平時20％）2008.08第一章緒論材料合成化學的進展與研究熱點教學目的

了解無機、有機、高分子材料合成的發(fā)展及趨勢。初步了解無機、有機、高分子材料合成的研究熱點。教學課時：4學時2008.081.1材料的重要地位1.2材料的分類1.3無機材料合成1.4有機材料合成1.5高分子材料合成1.6材料的發(fā)展趨勢1.7材料合成化學的內(nèi)涵2008.08合成反應：在一定條件下使一種物質(zhì)轉變?yōu)榱硪环N或幾種物質(zhì)，或者是兩種或多種物質(zhì)在一定條件下轉變成一種或其他多種物質(zhì)。

合成反應與分離、提純合成反應與熱力學、動力學內(nèi)容：材料合成的理論基礎、材料合成的條件與優(yōu)化、材料合成的方法與設計以及材料合成實例。引言2008.081.1材料的重要地位

什么是材料(materials)?

材料是具有一定性能，可以用來制作器件、構件、工具、裝置等物品的物質(zhì)。材料是人類文明、社會進步、科學技術發(fā)展的物質(zhì)基礎和技術先導。

2008.08從古至今，人類使用過的材料千千萬萬、形形色色，若按材料的發(fā)展水平進行歸納，材料的發(fā)展可分為五代：第一代天然材料第二代燒煉材料第三代合成材料第四代設計型材料第五代智能材料2008.08第一代天然材料石頭是人類采用的第一種材料，人類歷史的最早時期因此而被命名為“石器時代”。公元前10萬年前左右，原始人采用天然的石、竹、木、骨等材料作為漁獵工具。由于生產(chǎn)技術水平很低，人類使用的材料只能是石頭、樹木、草、竹、甲骨、羽毛、獸皮、泥土等天然材料。2008.08第二代燒煉材料公元前6000年，人類發(fā)現(xiàn)了火。有了火，不僅可以熟食、取暖、照明和驅(qū)獸，而且還能夠用火將天然粘土燒制磚瓦和陶器。在制造陶器的基礎上進而又燒制出瓷器。以后，人類又制出了玻璃和水泥，這些都屬于燒結材料。在大量地燒制陶瓷的實踐中，人類熟練地掌握了高溫加工技術，利用這種技術從各種天然礦石中提煉出銅及其合金、青銅和鐵等冶煉材料。2008.08第三代合成材料第二次世界大戰(zhàn)后，各國致力于恢復經(jīng)濟、發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對材料提出質(zhì)量輕、強度高、價格低等一系列新的要求。因此，具有優(yōu)異性能的工程塑料、合成纖維、合成橡膠應運而生，涂料和膠粘劑等合成材料都得到相應的發(fā)展和應用。合成高分子材料的工藝發(fā)展是從1907年第一個小型酚醛樹脂廠建立開始的，到1927年左右第一個熱塑性聚氯乙烯塑料的生產(chǎn)實現(xiàn)了商品化。合成高分子材料的生產(chǎn)和應用，是材料發(fā)展中的重大突破。從此，以金屬材料、陶瓷材料和合成高分子材料為主體，建立了完整的材料體系，形成了材料科學。

2008.08第四代設計型材料進入20世紀80年代以后，在世界范圍內(nèi)高技術迅猛發(fā)展，國際上展開了激烈競爭，各國都想在生物技術、信息技術、空間技術、能源技術、海洋技術等領域占有一席之地，而發(fā)展高技術的關鍵往往與材料有關。因此，新材料的開發(fā)本身就成為一種高技術，可稱為新材料技術，其標志是材料設計或分子設計。所謂設計型材料，即化學家和材料科學家采用新的物理、化學方法，根據(jù)實際需要設計出具有特殊性能的材料。例如近代出現(xiàn)的金屬陶瓷、鋁塑薄膜等高強度、高模量、耐高溫、低密度的先進復合材料。通過材料設計或分子設計得到的先進復合材料促進了航空、航天等高技術的發(fā)展，被公認為是當代科學技術中的重大關鍵技術。2008.08第五代智能材料近幾十年來研究出的智能材料，其性能隨著時間和空間條件的變化而變化。它能適應環(huán)境，接受外界環(huán)境的調(diào)節(jié)，而且不需要通過計算機和電子技術，僅依靠材料自身的性質(zhì)來實現(xiàn)自我調(diào)節(jié)、自我診斷、自我復原。這顯然是按照嶄新概念制造出來的材料，例如變色鏡、PTC（正溫度系數(shù)）熱敏陶瓷、加熱電阻和形狀記憶合金等都屬于智能材料。在材料發(fā)展過程中，上述“五代材料”，并非新舊交替的，而是長期并存的，它們共同在生產(chǎn)、生活、科研的各個領域發(fā)揮著各自的作用，并不斷發(fā)展。2008.081、1、1材料的發(fā)展史，就是人類社會的發(fā)展史

人類物質(zhì)文明的發(fā)展史是利用和挖掘材料資源的歷史：人類早期歷史按石器、陶器、青銅器、鐵器時代來劃分，材料代表著當時的生產(chǎn)能力和生活水平?！镏袊祟惿鐣陌l(fā)展及其代表性材料與器件：2008.08石器時代（StoneAge）石斧、鑿、刀、鏟、箭頭、紡輪、缽等（西安半坡遺址）：石斧2008.08青銅器時代（BronzeAge）河南偃師二里頭出土的目前中國發(fā)現(xiàn)的最早期的青銅酒器之一：銅爵（夏代）2008.08河南省安陽殷墟出土的司母戊鼎是迄今出土的所有鼎中最大最重的，因其腹內(nèi)壁上有銘文“司母戊”三字而得名，是商王祭祀其母（名戊）的紀念器物：2008.08

湖南寧鄉(xiāng)出土的四羊方尊重達34公斤，是我國現(xiàn)存商代青銅方尊中最大的一件。其造型動靜結合，寓雄奇于秀美之間，可謂巧奪天工。2008.08

湖北江陵楚墓出土的越王勾踐劍，鋒芒犀利，寒光閃閃，出土時插于漆木鞘里，保存如新，至今猶能斷發(fā)。經(jīng)分析測定，劍脊含錫低（10%），韌性好而不易折斷；刃部含錫高（20%），剛而鋒利。這種復合金屬制造技術其他國家直到近代才掌握。2008.08湖北隨州擂鼓墩出土的曾侯乙編鐘（戰(zhàn)國）：2008.08陜西臨潼秦始皇陵西側出土的銅車馬（戰(zhàn)國?秦）：2008.08

河北滿城中山靖王墓出土的長信宮燈（西漢）：燈的結構非常精巧，燈座、燈盤和燈罩都可以拆卸，圓形燈盤可以轉動，兩塊瓦狀的罩板能夠開合，因而能任意調(diào)節(jié)燈光照射的方向和亮度的強弱大小。點燈后，虹吸裝置使蠟燭燃燒時的煙燼通過宮女的手臂納入體中，從而保持室內(nèi)空氣的清潔。燈座可以盛水，這便能使吸入宮女體內(nèi)的煙燼溶于水中。這件銅燈把實用功能、凈化空氣的科學原理和優(yōu)美的造型有機結合成一體，也反映了高度的合金冶煉技術。2008.08甘肅武威雷臺漢墓出土的銅奔馬（馬踏飛燕）（東漢）：2008.08鐵器時代（IronAge）

湖南長沙砂子塘戰(zhàn)國凹形鐵鋤：2008.08后周（953年）滄州鐵獅，是中國現(xiàn)存最早的大型鑄鐵藝術品：2008.08

湖北當陽宋代鐵塔，此塔是中國現(xiàn)存鐵塔中保存得極為完整的一個。這座塔不用磚石木料，完全用生鐵鑄成，重五十三噸，整座塔身逐層迭加，不加焊接，形體瘦削挺拔，穩(wěn)健玲瓏。2008.08現(xiàn)代的核和信息時代是以核裂變材料U和半導體單晶Si材料為代表。核裂變材料U：核電站，核動力潛艇、航空母艦，核裂變武器；半導體單晶Si材料：特大規(guī)模集成電路→電子計算機

2008.08未來的時代預計是以納米材料或納米改性材料，或以C元素為基礎的材料即分子材料為代表。納米器件與機器；分子器件與機器引領人類社會的發(fā)展2008.081、1、2材料是工業(yè)革命的基礎人類通過使用新的材料去改進生產(chǎn)工具、生活用具以及武器，并伴隨著科技革命的不斷發(fā)展：第一次工業(yè)革命以Fe基材料為基礎，蒸汽機的發(fā)明與應用，使機器生產(chǎn)逐步取代手工勞動，極大提高了生產(chǎn)力；第二次工業(yè)革命以Fe、Cu、Al等金屬基材料為基礎,電動機的發(fā)明與應用，使社會進入電氣時代；第三次工業(yè)革命以Si基材料為基礎，特大規(guī)模集成電路和計算機的發(fā)明與應用，使社會進入信息時代；第四次工業(yè)革命預計以納米材料和分子材料為基礎。

2008.081、1、3現(xiàn)代科學技術的三大支柱－－能源、材料、信

息，其中材料是基礎；1、1、4材料的研究、開發(fā)與應用反映著一個國家的科

學技術與工業(yè)水平，關系著國家的綜合國力與安全；1、1、5世界各國把材料放在重要地位來發(fā)展。我國在1978年的科學大會上將材料科學技術列為8大科技領域之一，此后各個五年計劃，一直作為重點發(fā)展的領域。

2008.081.2材料的分類按化學組成分：★金屬材料★無機非金屬材料★有機高分子材料★復合材料2008.081.金屬材料

金屬材料是由化學元素周期表中的金屬元素組成的材料。可分為由一種金屬元素構成的單質(zhì)（純金屬）；由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素構成的合金。合金又可分為固溶體和金屬間化合物。2008.08

在103種元素中，除He,Ne,Ar等6種惰性元素和C、Si、N等16種非金屬元素外，其余81種為金屬元素。除Hg之外，單質(zhì)金屬在常溫下呈現(xiàn)固體形態(tài)，外觀不透明，具有特殊的金屬光澤及良好的導電性和導熱性。在力學性質(zhì)方面，具有較高的強度、剛度、延展性及耐沖擊性。

合金是由兩種或兩種以上的金屬元素，或金屬元素與非金屬元素熔合在一起形成的具有金屬特性的新物質(zhì)。合金的性質(zhì)與組成合金的各個相的性質(zhì)有關，同時也與這些相在合金中的數(shù)量、形狀及分布有關。2008.08

當金屬的晶體結構保持溶劑組元的晶體結構時，這種合金稱為一次固溶體或端際固溶體，簡稱為固溶體。金屬元素與其它金屬元素或非金屬元素之間形成合金時，除固溶體外，還可能形成金屬間化合物。

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根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶體結構中的位置，固溶體可分為置換固溶體和間隙固溶體。在置換固溶體中，溶質(zhì)原子位于溶劑晶體結構的晶格格點上；在間隙固溶體中，溶質(zhì)原子位于溶劑晶體結構的晶格間隙。溶質(zhì)原子在固溶體中的分布可以是隨機的，即呈統(tǒng)計分布；也可以是部分有序或完全有序，在完全有序固溶體中，異類原子趨于相鄰，這種結構亦稱為超點陣或超結構。

2008.08此外，合金中溶質(zhì)原子還可能形成叢聚，即同類原子趨于相鄰。叢聚可以呈隨機彌散分布。事實上，實驗中還沒有見到溶質(zhì)原子呈完全隨機分布的固溶體。因此，只能在宏觀尺度上認為處于熱力學平衡態(tài)的固溶體是真正均勻的，而原子尺度上并不要求它也是均勻的。不同類型固溶體中原子排列情況示于圖1。2008.08圖1不同類型固溶體中原子排列示意圖

（a）隨機置換固溶體（b）有序置換固溶體（c）隨機間隙固溶體（d）固溶體中的溶質(zhì)叢聚2008.08

金屬間化合物可分為三類，即由負電性決定的原子價化合物（簡稱價化合物）、由電子濃度決定的電子化合物（亦稱為電子相）以及由原子尺寸決定的尺寸因素化合物。除了這三類由單一元素決定的典型金屬間化合物外，還有許多金屬間化合物，其結構由兩個或多個因素決定，稱之為復雜化合物。2008.082.無機非金屬材料

無機非金屬材料是由硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、鹵化物等原料經(jīng)一定的工藝制備而成的材料。是除金屬材料、高分子材料以外所有材料的總稱。它與廣義的陶瓷材料有等同的含義。無機非金屬材料種類繁多，用途各異，目前還沒有統(tǒng)一完善的分類方法。一般將其分為傳統(tǒng)的（普通的）和新型的（先進的）無機非金屬材料兩大類。

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傳統(tǒng)的無機非金屬材料主要是指由SiO2及其硅酸鹽化合物為主要成分制成的材料，包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。此外，搪瓷、磨料、鑄石（輝綠巖、玄武巖等）、碳素材料、非金屬礦（石棉、云母、大理石等）也屬于傳統(tǒng)的無機非金屬材料。2008.08先進（或新型）無機非金屬材料是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各種無機非金屬化合物經(jīng)特殊的先進工藝制成的材料。主要包括先進陶瓷、非晶態(tài)材料、人工晶體、無機涂層、無機纖維等。2008.08陶瓷按其概念和用途不同，可分為兩大類，即普通陶瓷和特種陶瓷。根據(jù)陶瓷坯體結構及其基本物理性能的差異，陶瓷制品可分為陶器和瓷器。

傳統(tǒng)的無機非金屬材料之一：陶瓷2008.08

普通陶瓷即傳統(tǒng)陶瓷，是指以粘土為主要原料與其它天然礦物原料經(jīng)過粉碎混練、成型、煅燒等過程而制成的各種制品。包括日用陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷、電瓷以及其它工業(yè)用陶瓷。見表1。2008.08表1普通陶瓷的分類方法

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特種陶瓷是用于各種現(xiàn)代工業(yè)及尖端科學技術領域的陶瓷制品。包括結構陶瓷和功能陶瓷。結構陶瓷主要用于耐磨損、高強度、耐高溫、耐熱沖擊、硬質(zhì)、高剛性、低膨脹、隔熱等場所。功能陶瓷主要包括電磁功能、光學功能、生物功能、核功能及其它功能的陶瓷材料。2008.08常見高溫結構陶瓷包括：高熔點氧化物、碳化物、硼化物、氮化物、硅化物。功能陶瓷包括:裝置瓷（即電絕緣瓷）、電容器陶瓷、壓電陶瓷、磁性陶瓷（又稱為鐵氧體）、導電陶瓷、超導陶瓷、半導體陶瓷（又稱為敏感陶瓷）、熱學功能陶瓷（熱釋電陶瓷、導熱陶瓷、低膨脹陶瓷、紅外輻射陶瓷等）、化學功能陶瓷（多孔陶瓷載體等）、生物功能陶瓷等。2008.08根據(jù)陶瓷坯體結構及其基本物理性能的差異，陶瓷制品可分為陶器和瓷器，見表2。陶器包括粗陶器、普陶器和細陶器。陶器的坯體結構較疏松，致密度較低，有一定吸水率，斷口粗糙無光，沒有半透明性，斷面成面狀或貝殼狀。2008.08吸水率（%）特征陶器粗陶器>15不時施釉，制作粗糙普通陶器≤12斷面顆粒較粗，氣孔較大，表面施釉，制作不夠精細細陶器 ≤15斷面顆粒較細，氣孔較小，施釉或不施釉，制作不夠精細瓷器炻瓷器≤3透光性差，通常胎體較厚，呈色，斷口呈石狀，制作精細普通瓷器≤1有一定透光性，斷而呈石狀或貝殼狀，制作精細細瓷器≤0.5透光性好，斷面細膩，呈貝殼狀，制作精細性質(zhì)及特征類別表2中國日用瓷分類標準2008.08傳統(tǒng)的無機非金屬材料之二：玻璃玻璃是由熔體過冷所制得的非晶態(tài)材料。根據(jù)其形成網(wǎng)絡的組分不同可分為硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃等，其網(wǎng)絡形成劑分為SiO2、B2O3和P2O5。習慣上玻璃態(tài)材料可分為普通玻璃和特種玻璃兩大類。普通玻璃是指采用天然原料，能夠大規(guī)模生產(chǎn)的玻璃。普通玻璃包括日用玻璃、建筑玻璃、微晶玻璃、光學玻璃和玻璃纖維等。2008.08特種玻璃（亦稱為新型玻璃）是指采用精制、高純或新型原料，通過新工藝在特殊條件下或嚴格控制形成過程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃。特種玻璃包括SiO2含量在85%以上或55%以下的硅酸鹽玻璃、非硅酸鹽氧化物玻璃（硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽、碲酸鹽、鋁酸鹽及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）、非氧化物玻璃（鹵化物、氮化物、硫化物、硫鹵化物、金屬玻璃等）以及光學纖維等。根據(jù)用途不同，特種玻璃分為防輻射玻璃、激光玻璃、生物玻璃、多孔玻璃、非線性光學玻璃和光纖玻璃等。2008.08傳統(tǒng)的無機非金屬材料之三：水泥水泥是指加入適量水后可成塑性漿體，既能在空氣中硬化又能在水中硬化，并能夠?qū)⑸啊⑹炔牧侠喂痰啬z結在一起的細粉狀水硬性材料。2008.08水泥的種類很多，按其用途和性能可分為：通用水泥、專用水泥和特性水泥三大類；按其所含的主要水硬性礦物，水泥又可分為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥以及以工業(yè)廢渣和地方材料為主要組分的水泥。目前水泥品種已達一百多種。2008.08通用水泥為大量土木工程所使用的一般用途的水泥，如硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥等。專用水泥指有專門用途的水泥，如油井水泥、砌筑水泥等。特性水泥則是某種性能比較突出的一類水泥，如快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥、自應力鋁酸鹽水泥等。2008.08傳統(tǒng)的無機非金屬材料之四：耐火材料耐火材料是指耐火度不低于1580℃的無機非金屬材料。它是為高溫技術服務的基礎材料。盡管各國對其定義不同，但基本含義是相同的，即耐火材料是用作高溫窯爐等熱工設備的結構材料，以及用作工業(yè)高溫容器和部件的材料，并能承受相應的物理化學變化及機械作用。大部分耐火材料是以天然礦石（如耐火粘土、硅石、菱鎂礦、白云母等）為原料制造的。2008.08按礦物組成分為氧化硅質(zhì)、硅酸鋁質(zhì)、鎂質(zhì)、白云石質(zhì)、橄欖石質(zhì)、尖晶石質(zhì)、含碳質(zhì)、含鋯質(zhì)耐火材料及特殊耐火材料；按制造方法分為天然礦石和人造制品；按形狀分為塊狀制品和不定形耐火材料；按熱處理方式分為不燒制品、燒成制品和熔鑄制品；2008.08按耐火度分為普通、高級及特級耐火制品；按化學性質(zhì)分為酸性、中性及堿性耐火材料；按密度分為輕質(zhì)及重質(zhì)耐火材料。按制品的形狀和尺寸可分為標準磚、異型磚、特異型磚、管和耐火器皿等。按應用分為高爐用、水泥窯用、玻璃窯用、陶瓷窯用耐火材料等等。2008.083.有機高分子材料高聚物是由一種或幾種簡單低分子化合物經(jīng)聚合而組成的分子量很大的化合物。高聚物的種類繁多，性能各異，其分類的方法多種多樣。按高分子材料來源分為天然高分子材料和合成高分子材料；按材料的性能和用途可將高聚物分為橡膠、纖維、塑料和膠粘劑等2008.08橡膠的特點是室溫彈性高，即使在很小的外力作用下，也能產(chǎn)生很大的形變（可達1000%），外力去除后，能迅速恢復原狀。其彈性模量小，約105－104Pa。常用的橡膠有天然橡膠（異戊橡膠）、丁苯橡膠、順丁橡膠（聚丁二烯）、乙丙橡膠和硅橡膠等。2008.08纖維的彈性模量較大，約109－1010Pa。受力時，形變不超過百分之二十。纖維大分子沿軸向作規(guī)則排列，其長徑比較大，在較廣的溫度范圍（-50－150℃）內(nèi)，機械性能變化不大。常用的合成纖維有尼龍、滌綸、晴綸和維尼綸等。2008.08塑料的彈性模量介于橡膠和纖維之間，約107－108Pa。溫度稍高些，受力形變可達百分之幾至幾百。有些塑料的形變是可逆的，有些塑料的形變是永久的。

根據(jù)塑料受熱時行為的不同，分為熱塑性和熱固性塑料兩類。前者受熱時可以塑化和軟化，冷卻時則凝固成形，再加熱又可塑化軟化。聚乙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯等都屬于此類；后者在受熱時可塑化和軟化，并通過化學反應，使之固定成型，但冷卻后不能再加熱軟化，酚醛塑料和脲醛塑料就屬此類。2008.08膠粘劑是指在常溫下處于粘流態(tài)，當受到外力作用時，會產(chǎn)生永久變形，外力撤去后又不能恢復原狀的高聚物。有時把聚合后未加工成型的高聚物稱為樹脂，以區(qū)分加工后的塑料或纖維制品，如電木未固化前稱酚醛樹脂，滌綸纖維未紡織前稱滌綸樹脂。2008.084.復合材料

復合材料是由兩種或兩種以上化學性質(zhì)或組織結構不同的材料組合而成。復合材料是多相材料，主要包括基本相和增強相?；w相是一種連續(xù)相材料，它把改善性能的增強相材料固結成一體，并起傳遞應力的作用；增強相起承受應力（結構復合材料）和顯示功能（功能復合材料）的作用。復合材料既能保持原組成材料的重要特色，又通過復合效應使各組分的性能互相補充，獲得原組分不具備的許多優(yōu)良性能。2008.08復合材料的種類繁多，目前還沒有統(tǒng)一的分類方法，下面根據(jù)復合材料的三要素來分類。按基體材料分類，有金屬基復合材料，陶瓷基復合材料，水泥、混凝土基復合材料，塑料基復合材料，橡膠基復合材料等；按增強劑形狀可分為粒子、纖維及層狀復合材料；依據(jù)復合材料的性能可分為結構復合材料和功能復合材料。2008.08根據(jù)材料的性能分類：根據(jù)材料在外場作用下其性質(zhì)或性能對外場的響應不同，材料可分為結構材料和功能材料。2008.08結構材料是指具有抵抗外場作用而保持自己的形狀、結構不變的優(yōu)良力學性能（強度和韌性等），用于結構目的的材料。這種材料通常用來制造工具、機械、車輛和修建房屋、橋梁、鐵路等。是人們熟悉的機械制造材料、建筑材料，包括結構鋼、工具鋼、鑄鐵、普通陶瓷、耐火材料、工程塑料等傳統(tǒng)的結構材料（一般結構材料）以及高溫合金、結構陶瓷等高級結構材料。2008.08功能材料是具有優(yōu)良的電學、磁學、光學、熱學、聲學、力學、化學和生物學功能及其相互轉化的功能，被用于非結構目的的高技術材料。2008.08按物理性質(zhì)分：★高強度材料★高溫材料★超硬材料★導電材料★絕緣材料★半導體材料★磁性材料★透光材料2008.08按發(fā)生的物理效應分：★壓電材料★熱電材料★鐵電材料★光電材料★電光材料★激光材料★磁光材料★聲光材料2008.08按功能分：★超導材料★儲氫材料★敏感材料★分離材料★記錄材料★形狀記憶材料2008.08按用途分：★結構材料★光學材料★建筑材料★耐磨材料★耐火材料★耐熱材料★包裝材料★耐蝕材料★電工、電子材料2008.08按材料服役的領域來分類：根據(jù)材料服役的技術領域可分為信息材料、航空航天材料、能源材料、生物醫(yī)用材料等。2008.08信息材料是指用于信息的探測、傳輸、顯示、運算和處理的光電信息材料。信息材料主要包括信息的監(jiān)測和傳感（獲?。┎牧稀⑿畔⒌膫鬏敳牧?、信息的存儲材料、信息的運算和處理材料。2008.08航空航天材料主要包括新型金屬材料（如先進鋁合金、超高強度鋼、高溫合金、高熔點合金、鈹及其合金）、燒蝕防熱材料和新型復合材料。此外，還包括一些功能材料，如涂層材料、隔熱材料、透明材料、阻尼材料、密封材料、潤滑材料、粘合劑材料等。這些材料大部分屬于高分子材料和陶瓷材料，也有少量是阻尼合金等金屬材料。

2008.08能源材料是指能源工業(yè)和能源技術所使用的材料，按使用目的不同分為新能源材料、節(jié)能材料和儲氫材料等。新能源材料包括增值堆用核材料、聚變堆材料、太陽能電池（單晶硅、多晶硅、非晶硅等）；節(jié)能材料包括非晶體金屬磁性材料（用作變壓器鐵芯的Fe-Mn-B-Si合金）和超導材料（Nb-Ti、Nb-Sn巨型磁體用材料）；儲氫材料，以及高比能電池（如鈉硫電池）等。目前鈉硫電池的比能量達137W.h/Kg，而鉛蓄電池的比能量只有30W.h/Kg。2008.08

生物醫(yī)用材料是一類合成物質(zhì)或天然物質(zhì)或這些物質(zhì)的復合，它能作用一個系統(tǒng)的整體或部分，在一定時期內(nèi)治療、增強或替換機體的組織、器官或功能。醫(yī)用金屬及合金醫(yī)用高分子材料包括合成和天然高分子，已被廣泛用于韌帶、肌腱、皮膚、血管、角膜、人工臟器、骨和牙等人體軟、硬組織及器官的修復和制造。醫(yī)用生物陶瓷包括惰性和活性生物陶瓷、生物玻璃等，如氧化鋁瓷、氧化鋯瓷、生物碳等以及羥基磷灰石、磷酸三鈣陶瓷等。醫(yī)用復合材料:表面涂層生物活性人工牙根、人工心臟瓣膜人造血管等。2008.08按結晶狀態(tài)分類：單晶材料是由一個比較完整的晶粒構成的材料，如單晶纖維、單晶硅；多晶材料是由許多晶粒組成的材料，其性能與晶粒大小、晶界的性質(zhì)有密切的關系。非晶態(tài)材料是由原子或分子排列無明顯規(guī)律的固體材料，如玻璃、高分子材料。2008.08準晶材料是指準周期性晶體材料的簡稱，準晶仍然是晶體，準晶中的原子分布有嚴格的位置序，但位置序無周期性，即沒有周期性平移對稱關系，在準晶材料中存在不符合傳統(tǒng)晶體學的五次、八次、十二次對稱軸。準晶從結構角度看是一種新的物質(zhì)形態(tài)，但實際上它們僅在特定的金屬合金中形成，是成分范圍較窄的金屬間化合物。2008.08按材料的尺寸分類：零維材料、一維材料、二維材料、三維材料。2008.08零維材料即納米粒子，通過Sol-gel法、多相沉積或激光等方法，可以制備出大小0.1－100nm的陶瓷或金屬粉末，粉末的比表面積大（可作為高效催化劑）、比表面能高、熔點低、燒結溫度下降、擴散速度快、強度高而塑性下降慢、電子態(tài)由連續(xù)能帶變?yōu)椴贿B續(xù)、光吸收也發(fā)生異?，F(xiàn)象（可以成為高效微波吸收材料）。

2008.08一維材料，如光導纖維由于其信息傳輸量遠比銅、鉛的同軸電纜大，而且光纖有很強的保密性，所以發(fā)展很快。再比如脆性塊狀材料在變成細絲后便增加了韌性，可以用來增強其它的塊狀。實用纖維為碳纖維、硼纖維、陶瓷纖維。纖維中強度和剛度最高的要算晶須。2008.08二維材料（薄膜），如金剛石薄膜、高溫超導薄膜、半導體薄膜。由于薄膜的電子所處狀態(tài)和外界環(huán)境的影響，可表現(xiàn)出不同的電子遷移規(guī)律，完成特定的電學、光學或電子學功能，如成為絕緣體、鐵電體、導體或半導體等，從而有可能作為光學薄膜用于非線性光學、光開關、放大或調(diào)幅、敏感與傳感元件，用于顯示或探測器，用于環(huán)?；虮砻娓男缘谋Ｗo膜。三維材料即塊狀材料。2008.081.3無機合成化學1.無機合成化學的地位與作用無機合成化學是無機化學學科的一個重要分支，是20世紀50年代之后無機化學復興時代活躍的前沿陣地，是開發(fā)利用自然資源，改善人類生活條件、環(huán)境、質(zhì)量，推動科技和社會進步的有力手段。無機合成化學的最重要的目的是合成不同用途的無機材料，而無機材料的使用則是人類文明的進步和時代劃分的標志。近30年來，各種合成產(chǎn)物大量問世，既有自然界存在的金剛石、水晶、寶石，也有自然界沒有的各種功能陶瓷材料和高性能結構陶瓷材料。目前無機合成化學已成為推動無機化學及有關學科發(fā)展的重要基礎，成為發(fā)展新型無機材料及現(xiàn)代高新技術的重要基礎之一。2008.082.無機合成化學的發(fā)展趨勢設計和合成系列化合物，研究它們特定的物性，篩選出具有最佳性能的物種。制備具有非正常價態(tài)離子和非正常鍵合方式的新化合物，探索其結構和性質(zhì)。制備已知化合物的指定形態(tài)或指定結構的產(chǎn)物，以備作為材料或制成功能器件。2008.083.無機材料合成化學的前沿課題

低溫固相合成化學溶膠-凝膠合成法無機合成材料的顆粒尺寸及形貌控制2008.08低溫固相合成化學相對于傳統(tǒng)的高溫固相反應而言，低溫固相反應可以合成一些熱力學不穩(wěn)定產(chǎn)物或動力學控制的化合物，這對人們了解固相反應機理，盡早實現(xiàn)利用固相化學反應進行定向合成和分子裝配大有益處。此外，從能量學和環(huán)境學的角度考慮，低溫固相反應可大大節(jié)約能耗，減少三廢排放，是綠色化工發(fā)展的一個主要趨勢。2008.08利用液相不易得到的新型簇合物，如鳥巢狀結構的[MoOS3Cu3(py)SX](x=Br，I)，雙鳥巢狀結構的（Et4N）2[M02Cu6S602Br2I4]及半開口的類立方烷結構的(Et4N)3[MoOS3Cu3Br3(μ－Br)]2.2H2O等.這些材料可望在催化劑、生物活性材料及非線性光學方面取得應用。利用低溫固相反應合成的新的多酸化合物，如(n-Bu4N)2[M0202(OH)2Cl4(C2O4)]及(n-Bu4N)6(H3O)2[MOl3O40]等，因具有抗病毒、抗癌和抗艾滋病等生物活性作用和催化性能而受到人們的關注。利用低溫固相反應方法可以方便地合成單核和多核配合物，如[C5HN(C16H33)]4[Cu4Br8]，[Cu(HOC6H4CHNNHCSNH2)(PPh3)2X](X=Br，I)等；還可以合成高溫固相反應及液相反應無法合成的固配化合物，如Cu(HQ)Cl2(HQ為8-羥基喹啉)等。利用低溫固相反應可以合成各種功能材料，如非線性光學材料Mo(W，V)-Cu(Ag)-S(Se)等，氣敏材料ZnS、CdS、Sn02、LaFeO3、ZnSnO3

等，還有化學防偽材料，生物活性材料，鐵電材料，無機抗菌劑及熒光材料等。低溫固相合成化學2008.08溶膠-凝膠合成法溶膠-凝膠合成法：制備材料的濕化學方法中的一種嶄新的方法，由于其具有工藝過程溫度低，制品純度高，均勻性好等優(yōu)點，所以在新材料的合成上備受人們關注。但由于該法所用的原料多為金屬有機化合物，而使其成本變高。目前研究的熱點：用廉價的無機鹽取代金屬有機化合物降低成本，及通過溶膠-凝膠過程的控制，合成結構均勻的納米材料、無裂紋的膜材料及復合材料等。

2008.08利用溶膠-凝膠法合成的Pb(ZrO0.5Ti0.5)03(PZT鐵電陶瓷與薄膜，可降低預燒溫度2000C，使制得的陶瓷致密，晶粒均勻，具有較好的介電性能。利用該工藝在SiC晶須上涂覆Al203后而制得的增韌陶瓷復合材料的力學性能得到了明顯的提高。利用該工藝合成的各種納米材料顆粒小，純度高，是結構陶瓷及功能陶瓷材料研究的熱點課題。溶膠-凝膠合成法2008.084.無機合成材料的顆粒尺寸

及形貌控制無機材料尤其是功能材料的性能在很大程度上取決于材料的顆粒大小和形貌。例如，無機材料的粒子尺寸進入納米級后，本身就具有量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應等，因而會展現(xiàn)出許多特有的性質(zhì)，在催化、濾光、光吸收、醫(yī)藥、磁介質(zhì)及新材料等方面有廣闊的應用前景。納米微粒一般采用化學方法。顆粒尺寸的控制可通過選擇合適的制備方法(一般情況下用氣相法制備的顆粒尺寸小于液相法，而用液相法制備的小于固相法和熱處理工藝、后處理工藝）。但納米微粒屬熱力學不穩(wěn)定體系，久放及加熱容易團聚和生長。要克服這些問題可采用水熱生長法、氣相沉積法制備納米粉，也可用表面活性劑及助劑包裹法抑制品粒團聚和生長。無機材料的外形可采用工藝條件控制，如晶種誘導，添加劑誘導及乳液調(diào)節(jié)等方法實現(xiàn)。不同均勻性及外形的材料應用性能不同。除了用化學方法控制產(chǎn)物外形、均勻性外，物理場的應用，如微波、超聲波、激光、輻射、等離子體等，也會對產(chǎn)物外形、均勻性產(chǎn)生一定的影響。2008.081.4有機合成化學有機合成化學是利用現(xiàn)有的已知物質(zhì)(單質(zhì)或化合物)，采用合成手段或技術根據(jù)一定的反應原理，合成出人們所期望的目標分子。有機合成化學家在合成復雜天然化合物的過程中所運用的方法與理論往往會給后人留下一種寶貴的經(jīng)驗，從而出現(xiàn)了有機合成方法學。例如，羅賓遜(RobertRobinson)在合成環(huán)狀化合物過程中，對于化學結構和反應性以及反應過程之間關系的深刻思考，對于將機理分析應用于有機合成等都產(chǎn)生了深遠的影響，也使有機合成化學第一次成為一門課程。有機合成是改造物質(zhì)世界的有機合成，正如美國有機化學家伍德沃德(R．B．Woodward)所說的那樣，“有機合成在現(xiàn)有的自然界旁邊建立了一個新的自然界”，從而給人類繁復的大千世界增添了更加豐富多彩的內(nèi)容。2008.081.復雜天然產(chǎn)物合成進展

喹寧、膽甾醇、羊毛甾醇、馬錢子堿、利血平、四環(huán)素、維生素B12、紅霉素具有多個手性中心的莫能霉素、博來霉素、銀杏內(nèi)酯等2008.082.具有結構興趣的

非天然產(chǎn)物的合成進展l，2，7，8-二苯餅[2，2]對環(huán)蕃十四字烯，窗烯,類似窗烷結構的二萜類化合物具有(CH)x通式的化合物x=4，8，12……。足球烯即C60,C180

2008.083.有機合成方法學研究進展

在發(fā)展一個有用的合成方法時，需要考慮如下幾個問題產(chǎn)率反應條件反應選擇性(包括化學、區(qū)域及立體選擇性)

反應起始原料來源使化學計量反應盡可能向催化循環(huán)發(fā)展環(huán)境污染溫和的反應條件、優(yōu)異的選擇性及催化性反應往往是當前有機合成化學家關注的焦點。因為這些問題的解決就意味著高產(chǎn)率與低污染。2008.08化學選擇性化學選擇性：指試劑對不同官能團的選擇性反應，在有機合成中，往往要進行各種官能團的轉換、引入或脫除，因而化學選擇性在多步合成或?qū)Χ喙倌軋F化合物的反應中顯得十分重要?；瘜W選擇性包括，選擇性還原反應、選擇性氧化與高度選擇性的保護基團。選擇性氧化反應的研究初獲成功的這類試劑有二氯化鈣一三苯氧膦一苯次氯酸鈉一四甲基六氫吡啶一N-氧化物

--氫4g--茂鋯催化的Oppenaner氧化高度選擇性的保護基團，在有機合成，尤其在復雜的多官能團化合物的合成中顯得十分重要。2008.08

不飽和酮體系的選擇性進攻

π一烯丙基體系的區(qū)域選擇性進攻環(huán)氧醇的區(qū)域選擇性開環(huán)遠程區(qū)域控制反應區(qū)域選擇性區(qū)域選擇性：指試劑對于一個反應體系的不同部位的進攻，也可以是對兩個處于不同位置的兩個完全相同官能團的選擇性進攻。2008.08

順反異構選擇性在形成雙鍵的反應(如炔烴還原，羰基化合物的wittig反應以及其它多重鍵的進攻或加成等反應)中，只要形成的雙鍵碳上所帶的基團不同，必然涉及產(chǎn)物的Z式或E式結構

對映面選擇性如不對稱氧化的L—Dopa的手性合成，不對稱氫轉移反應的、薄荷醇的大規(guī)模生產(chǎn)，特別是新、特醫(yī)藥的工業(yè)合成等?？梢灶A測，對映面選擇性仍然是今后有機合成的發(fā)展方向之一，因為人體本身就是一個不對稱物質(zhì)的綜合體，如人體中葡萄糖均為D型，人體中的乳酸均為左旋，許多治療人體疾病的藥物也都具有手性等等。立體選擇性2008.08反應條件力求溫和

溫度最好是室溫，介質(zhì)最好是中性水介質(zhì)，壓力最好是常壓，也就是說盡可能與生化過程相貼近。當然，有時為了其它條件，