材料化學(xué)期末總結(jié)

材料化學(xué)期末總結(jié)12/23/2014第一章1.1材料的定義：由原料中取得，為生產(chǎn)半成品、工件、部件和成品的初始物料，如金屬、石塊、木材、皮革、塑料、天然纖維和化學(xué)纖維等可為社會(huì)接受而又能經(jīng)濟(jì)的制造有用器件的物質(zhì)離子鍵：一種靜電型鍵，是由電荷相反的離子通過其過剩電荷的庫倫引力所形成的。金屬元素與非金屬元素之間易形成，例如NaCl離子極化：在外電場(chǎng)作用下，離子中電子分布的重心會(huì)偏離原子核而導(dǎo)致離子變形，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極矩離子極化率：在外電場(chǎng)的作用下，電子云變形的能力。它主要取決于核電荷對(duì)外層電子吸引的強(qiáng)弱程度和外層電子的數(shù)目影響離子極化的因素：離子半徑：離子半徑越大，極化率越大；一般負(fù)離子的半徑較正離子大，所以負(fù)離子的極化率一般較大離子價(jià)數(shù)：離子價(jià)數(shù)越高，極化率越大離子的電子云構(gòu)型：能帶理論：金屬半導(dǎo)體和絕緣體的能帶特征：本征半導(dǎo)體：半導(dǎo)體性質(zhì)是由于電子從滿帶被激發(fā)到導(dǎo)帶而產(chǎn)生的；高純材料，它的載流子為激發(fā)到導(dǎo)帶的電子和留在滿帶的空穴，且兩者的濃度相等，其值完全受能帶間隙的大小和溫度支配雜質(zhì)半導(dǎo)體：其電性能受外摻雜劑控制的一類半導(dǎo)體缺陷的表示符號(hào)：電子缺陷：在固體晶格中，由于本征點(diǎn)缺陷或雜質(zhì)點(diǎn)缺陷的存在，晶格的周期性勢(shì)場(chǎng)局部地受到破壞，在這些局部地區(qū)，電子的能態(tài)同晶體中其他部分的能態(tài)有所不同，這類缺陷為電子缺陷施主雜質(zhì)：有些雜質(zhì)摻進(jìn)去后，能提供給導(dǎo)帶以電子，形成n型半導(dǎo)體受主雜質(zhì)：有些雜質(zhì)摻進(jìn)去后，能接受滿帶的電子，滿帶中出現(xiàn)空穴，形成p型半導(dǎo)體載流子濃度對(duì)溫度的依賴關(guān)系：電導(dǎo)率對(duì)溫度的依賴關(guān)系：晶子學(xué)碩與無規(guī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的觀點(diǎn)和異同：雙體概率分布函數(shù)的強(qiáng)度給出了材料的有序程度：晶態(tài)、非晶態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)材料的典型的雙體概率分布函數(shù)高分子：分子量高于1萬單體：通常將生成高分子的那些低分子原料稱為單體聚合度：聚合物分子中，單體單元的數(shù)目稱為聚合度一級(jí)結(jié)構(gòu)：?jiǎn)蝹€(gè)大分子內(nèi)與基本結(jié)構(gòu)單元有關(guān)的結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成、鍵接方式、構(gòu)型、支化和交聯(lián)以及共聚物的結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)：若干鏈節(jié)組成的一段鏈或整根分子鏈的排列形狀三級(jí)結(jié)構(gòu)：在單個(gè)大分子二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，許多這樣的大分子聚集在一起而成的結(jié)構(gòu)，也叫聚集態(tài)結(jié)構(gòu)或超分子結(jié)構(gòu)，包括結(jié)晶結(jié)構(gòu)、非晶結(jié)構(gòu)、液晶結(jié)構(gòu)和取向結(jié)構(gòu)高分子鏈的柔順性和其結(jié)構(gòu)影響因素：高分子鏈由于內(nèi)旋轉(zhuǎn)能夠不斷改變其構(gòu)象的性質(zhì)稱為柔順性影響因素：a.主鏈結(jié)構(gòu)皿側(cè)基c.分子鏈的長(zhǎng)短d.分子間作用力第二章2.2陶瓷法含義（固相反應(yīng)法）：在恒溫條件下，通過固體原料化合物的直接反應(yīng)來制備材料?？捎糜谥苽湟话愕奶沾刹牧蠙C(jī)理：固體原料化合物在一定的較強(qiáng)烈的反應(yīng)條件下（如加熱至1000~2000度甚至更高的溫度），晶體的原料粉末互相混合，通過接觸的晶面發(fā)生離子的自擴(kuò)散或互擴(kuò)散，或原有化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成及新物相的生成，晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，這種變化向固體原料內(nèi)部或深度擴(kuò)散，最終導(dǎo)致一種新多相材料的生成陶瓷法的不足：（方法本身決定的，要徹底消除是不太可能的）反應(yīng)只能在相界面進(jìn)行，隨后的擴(kuò)散過程也十分困難反應(yīng)最終得到的往往是反應(yīng)物和產(chǎn)物的混合體系，極難分離或提純即使反應(yīng)進(jìn)行得再完全，也很難得到一個(gè)純相的體系存在反應(yīng)容器污染產(chǎn)物的問題化學(xué)法：能得到高純，均相的材料，制得的材料有很大的表面積，對(duì)于制備催化劑載體或其他很細(xì)的粉體材料非常有用前驅(qū)體法：使反應(yīng)物在原子級(jí)水平上混合，制備出有確定化學(xué)計(jì)量的單一化合物，這一固態(tài)物質(zhì)成為前驅(qū)體，前驅(qū)體在加熱之后能得到所設(shè)計(jì)的產(chǎn)物。缺點(diǎn)：前驅(qū)體中化學(xué)計(jì)量與產(chǎn)物化學(xué)計(jì)量保持一致較困難局部氧化還原法：插層法：當(dāng)某些晶體結(jié)構(gòu)具有一定程度的開放性，即它們?cè)试S一些外來的原子或離子擴(kuò)散進(jìn)入或逸出晶體結(jié)構(gòu)，使原來晶體的結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生變化，生成新的晶體材料局部離子交換法：具體一定程度的開放性并允許一些外來的原子或離子進(jìn)入或逸出晶體，還可通過局部離子交換法制備新的晶體材料化學(xué)法特點(diǎn)：（前驅(qū)體法，局部氧化還原法，局部離子交換法）單晶材料的制備：提拉法：（從熔體中生長(zhǎng)晶體）過程：將原料熔于一無反應(yīng)性的熱坩堝中，熔體的溫度調(diào)節(jié)到略高于原料的熔點(diǎn)，即將要生長(zhǎng)的材料在坩堝中熔化，然后將籽晶插入到熔體里，達(dá)到熱平衡后，籽晶既不熔掉也不長(zhǎng)大，緩慢向上提拉籽晶，同時(shí)旋轉(zhuǎn)籽晶，籽晶緩慢的在熔體中生長(zhǎng)，當(dāng)籽晶由熔體里緩慢地拉出時(shí)，在界面就連續(xù)地發(fā)生晶體生長(zhǎng)優(yōu)點(diǎn)：a）在生長(zhǎng)過程中可以方便地觀察晶體的生長(zhǎng)狀況b）晶體在熔體表面處生長(zhǎng)，而不與坩堝相接觸，這樣能顯著地減少晶體的應(yīng)力，并防止鍋壁的寄生成核C）可以方便地使用定向籽晶和“縮頸”工藝。縮頸后配籽，其位錯(cuò)可大大減少，這樣可使放大后生長(zhǎng)出來的晶體，其位錯(cuò)密度降低實(shí)現(xiàn)成功的提拉必須滿足的準(zhǔn)則：a）晶體（或晶體摻雜物）熔化過程中不能分解，否則有可能引起反應(yīng)物和分解產(chǎn)物分別結(jié)晶b）要求坩堝不污染熔體c）爐子及加熱元件要保證能加熱到熔點(diǎn)，該熔點(diǎn)要低于坩堝的熔點(diǎn)。坩堝熔點(diǎn)比工作溫度必須高出200度左右d）要能夠建立足以形成單晶材料的提拉速度與熱梯度相匹配的條件Cvd法：半導(dǎo)體晶體生長(zhǎng)的氣相外延法：焰熔法的優(yōu)點(diǎn)：焰熔法的缺點(diǎn)：無定形材料的制備非晶態(tài)材料的基本特征：各向同性。非晶態(tài)材料各個(gè)方向的性質(zhì)，如硬度、彈性模量、折射率、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱率等都是相同的。是材料內(nèi)部指點(diǎn)無序排列而呈統(tǒng)計(jì)均質(zhì)結(jié)構(gòu)的外在表現(xiàn)介穩(wěn)性。在一定的外界條件下，具有自發(fā)放熱轉(zhuǎn)化為內(nèi)能較低的晶體的傾向無固定熔點(diǎn)。玻璃臺(tái)物質(zhì)由固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w是在一定溫度區(qū)間（轉(zhuǎn)化溫度范圍內(nèi)）進(jìn)行的物理、化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性和可逆性。非晶態(tài)材料由蓉蓉狀態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w（玻璃體）是漸變的，需在一定溫度范圍內(nèi)完成，其物理、化學(xué)性質(zhì)的變化是連續(xù)、可逆的沒有任何長(zhǎng)程有序，只存在小區(qū)間內(nèi)的短程有序衍射花紋是由較寬的暈和彌散環(huán)組成，在電子顯微鏡下看不到晶粒、晶界、晶格缺陷等金屬玻璃的制備方法-非晶態(tài)金屬的性能特點(diǎn)，制備的一般原理）玻璃具有那些優(yōu)異的性能，玻璃中常見成分的作用（SiO2等待）：聚合物材料的制備鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)的一般性特征：自由基聚合（鏈增長(zhǎng)反應(yīng)有兩個(gè)特征，雙基偶合和雙基歧化）：陽離子聚合（常用的催化劑）：陰離子聚合（親核引發(fā)和電子轉(zhuǎn)移引發(fā)，“活”性聚合物）的各自包含哪些基元反應(yīng)（離子聚合的特征：活性中心，離子聚合反應(yīng)對(duì)單體有高度的選擇性），成環(huán)反應(yīng)的單體光纖優(yōu)點(diǎn)：光學(xué)纖維分類：光導(dǎo)纖維的制備工藝：納米：納米效應(yīng)：納米材料特殊熱，光，電，磁現(xiàn)象：第三章表面：指物體與真空或本身的蒸汽接觸的面。由于絕對(duì)的真空并不存在，許多場(chǎng)合下，把固相與氣相、液相與氣相之間的分界面都稱為表面弛豫表面：固體表面層之間以及表面和體內(nèi)原子層之間的垂直距離偏離固體內(nèi)部的晶格常數(shù)，而其晶胞結(jié)構(gòu)基本不變，這種情況稱為弛豫離子晶體中各個(gè)正負(fù)離子間的主要作用力是庫倫靜電力，這是一種遠(yuǎn)程力，所以其表面比較容易發(fā)生弛豫現(xiàn)象重構(gòu)表面：指表面原子層在水平方向上的周期性不同于體內(nèi)，但垂直方向的層間間距與體內(nèi)相同界面行為：在如何兩相相交的界面上，質(zhì)點(diǎn)所受的力不平衡，因而存在著界面張力，在界面張力作用下界面上會(huì)發(fā)生一系列物理化學(xué)過程：吸附、潤濕、粘附、摩擦、封接吸附：處于氣相的分子或原子與表面的結(jié)合，可以是物理吸附，或化學(xué)吸附產(chǎn)生吸附的原因：固體表面具有過剩的能量——表面自由焓；為了使固體表面自由焓降低，在一定的溫度和壓力下，固體表面可以自動(dòng)地吸附那些降低其表面自由焓的物質(zhì)物理吸附和化學(xué)吸附的含義及特點(diǎn)：吸附熱：吸附所釋放出的能量近似地表征了吸附質(zhì)點(diǎn)和吸附劑的結(jié)合的牢固性吸附平衡與吸附等溫線：吸附平衡式描述動(dòng)態(tài)平衡，即單位時(shí)間內(nèi)固體表面的吸附分子數(shù)與離開的分子數(shù)相等，表現(xiàn)出吸附速率為0粘濕：在固體與液體接觸之前，固體的表面實(shí)質(zhì)上是固-氣界面。當(dāng)固體表面與液體接觸后，原有的固-氣界面和液-氣界面都不存在，而生成新的固-液界面浸濕：將固體全部浸入液體之中，即固-液界面完全取代原有的固-氣界面鋪展：當(dāng)液體在固體表面鋪展開來形成均勻液膜時(shí)，不僅固-液界面取代了原來的固-氣界面，并且原有的液-氣界面也得以擴(kuò)大以上三種各自的能量判據(jù)與接觸角判據(jù)：粘附含義：粘附實(shí)質(zhì)互相接觸的兩個(gè)表面之間互相吸引；這種相互吸引即可是范德華作用力，也可以是化學(xué)鍵合作用或機(jī)械連接固體表面催化：固體催化劑：催化劑組成：多相催化反應(yīng)的過程：固體催化劑（特別是金屬催化劑，其不同晶面的催化活性是不同的）：催化反應(yīng)的幾何對(duì)應(yīng)原則與能量對(duì)應(yīng)原則：固體酸和固體堿含義，分類：產(chǎn)生固體酸堿中心的催化反應(yīng)機(jī)理：簡(jiǎn)單氧化物中形成酸、堿的一般機(jī)理（舉例A12O3）：二元氧化物混合物固體酸中心形成規(guī)則：表面改性：第四章等離子體：氣體分子電離產(chǎn)生的帶電粒子密度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，這種電離氣體是有別于普通氣體的一種新的物質(zhì)聚集態(tài)，列為物質(zhì)的第四態(tài)。無論氣體是部分電離還是完全電離，其中的正負(fù)電荷總數(shù)在數(shù)值上總是相等的，故稱為等離子體。等離子體就是指電離氣體，它是由電子、離子、原子、分子或自由基等粒子組成的集合體。電離氣體與普通氣體的區(qū)別：電離氣體是帶電粒子和中性粒子組成的集合體；普通氣體是由電中性的分子或原子組成電離氣體是一種導(dǎo)電流體，能在與氣體體積相比擬的宏觀尺度內(nèi)維持電中性。電離氣體中的帶電粒子間存在庫侖力（電離氣體作為一個(gè)帶電粒子系，其運(yùn)動(dòng)行為受到磁場(chǎng)的影響和支配），而普通氣體分子間并不存在凈電磁力。等離子的溫度被定義為電子溫度Te、離子溫度Ti、和中性粒子溫度Tg熱平衡等離子體：Te=Ti時(shí)，成為熱平衡等離子體，簡(jiǎn)稱為熱等離子體；特點(diǎn)：電子溫度高，重粒子溫度也高非平衡等離子體：Te>>Ti-等離子體中，高溫未必意味著非常熱等離子體判據(jù)（三條）：等離子體鞘：如下，偏離電中性的薄層鞘層的形成：當(dāng)?shù)入x子體與容器壁接觸時(shí)，表現(xiàn)出與普通氣體截然不同的性質(zhì)。等離子體不是直接接觸器壁的，而是在與器壁表面的交界處，形成一個(gè)電中性被破壞了的薄層，實(shí)驗(yàn)表面，在這種情況下形成的薄層是一個(gè)負(fù)電位的區(qū)域，它把等離子體包圍起來，如在放電管中發(fā)生輝光放電時(shí)，即可看到等離子體輝光被靠近器壁的一層“暗區(qū)”包圍的現(xiàn)象電極近旁的鞘層浮置基板處的鞘層光化學(xué)反應(yīng)的主要特點(diǎn)：光化學(xué)反應(yīng)是從物質(zhì)吸收光子開始的（考）一個(gè)有效訂單光化學(xué)反應(yīng)是激發(fā)態(tài)分子化學(xué)退激速度常數(shù)與物理退激速度常數(shù)相競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果與熱化學(xué)反應(yīng)相比，光化學(xué)反應(yīng)的選擇性更強(qiáng)對(duì)于光化學(xué)反應(yīng)來說，用光源輻照反應(yīng)體系，不僅能提高化學(xué)反應(yīng)速率，而且可以改變化學(xué)反應(yīng)平衡狀態(tài)光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物和產(chǎn)物的產(chǎn)率與光源輻射波長(zhǎng)密切相關(guān)初級(jí)過程：次級(jí)過程：化學(xué)退激：物理退激：光化學(xué)反應(yīng)中適用的光：發(fā)光類型：量子產(chǎn)率定義（舉例）：表征反應(yīng)物吸收光經(jīng)由光化反應(yīng)生成產(chǎn)物的效率化學(xué)電源：一種能將化學(xué)能轉(zhuǎn)接變成電能的儲(chǔ)能或換能裝置（考）燃料電池：兩個(gè)電極的反應(yīng)物和生成物不儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，而是由外部連續(xù)不斷地供給反應(yīng)物及時(shí)從電池內(nèi)部排除生成物的電池，能連續(xù)的吧燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的裝置（考）電池容量C：電池所輸出的能量，它表明由電池中能取出的電量值，一般以安培小時(shí)為單位（考）電池能量密度：電池輸出的電能與電池的重量或體積之比電池的功率密度：電池的輸出功率與電池的質(zhì)量或體積之比，分別稱為質(zhì)量功率和體積功率密度一次電池：一種經(jīng)常處于可工作狀態(tài)、放電后不能靠通入反向電流使兩電極的活性物質(zhì)恢復(fù)原來狀態(tài)的電池（考）二次電池：一種電能的儲(chǔ)存器，電池反應(yīng)可以正向進(jìn)行，也可以逆向進(jìn)行。放電時(shí)，為一自發(fā)電池，充電時(shí)則為一電解池，充電后，電池容量得到恢復(fù)影響鋅-錳電池性能的因素及防護(hù)措施：鎳氫電池必須及時(shí)充電嗎？必須經(jīng)常定期徹底充放電。如果經(jīng)常維持充滿電或淺放電連續(xù)循環(huán)使用，會(huì)使電池的容量大大減小，壽命縮短。這是因?yàn)闇\放充電過程中沒有被使用的羥基清花鎳會(huì)發(fā)生反應(yīng)而改變性質(zhì)，兩極上的活性物質(zhì)的結(jié)晶顆粒會(huì)自行長(zhǎng)大而失去活性。只要多次地深放電到電池不能工作時(shí)立即充電，電池的全部容量都能得到恢復(fù)燃料電池的基本原理和特點(diǎn)：原理：特點(diǎn)：主機(jī)無運(yùn)轉(zhuǎn)