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材料合成与制备 赵景茂jingmaozhao@126.com 讲授内容 纳米材料的制备 单晶材料的制备 非晶材料的制备 薄膜材料的制备 复合材料的制备 陶瓷材料的制备 功能材料的制备 参考教材： 1.王世敏等，纳米材料制备技术，化学工业出版社 2. 曹茂盛等，材料合成与制备方法，哈工大出版社 3.朱世富等， 材料制备科学与技术，高教出版社 4. 姚广春等，先进材料制备技术，东北大学出版社 考试： 笔试占 50分：30个思考题，从中选出10-20个考试 个人ppt 占 30分：就某一种材料的制备或者某种制备技术的应用讲10-15分钟，由全体同学打分，去掉最高的5个，最低的5个。 出勤占 10分：每次1分 笔记：10分 材料的作用 材料、能源和信息科学是现代文明的三大支柱。 人类社会的发展历程曾经以材料来划分： 旧石器时代（100万年前）→新石器时代（1万年前） → 青铜器时代（公元前5000年）→铁器时代（公元前1200年）→高分子材料、复合材料时代 计算机：最早的18000个电子管，总重量达30吨，运算速度5000次/秒；现在：几kg，半导体材料和大规模集成电路 人造卫星：每减少1kg，运载火箭的质量可以减少500kg； 飞机：发动机的质量减少1kg，升高10m；工作温度每提高100℃，飞机的推力提高15% 导弹：每减少1kg，射程提高12km 材料的分类： 按化学状态分：金属材料、无机非金属材料、高分子材料 按状态分：单晶材料、多晶材料、非晶材料、准晶 按物理性质分： 高强度材料、耐高温材料、超硬材料、绝缘材料、超导材料、磁性材料、透光材料，半导体材料 按用途分：建筑材料、结构材料、耐火材料、电工材料、感光材料、压电材料、热电材料。。。。。 纳米材料： 纳米：一个长度单位，1纳米(nm) =10-9 米 纳米材料：在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(0.1-100nm) 或由它们作为基本单元构成的材料。 纳米材料的分类 按照维数分: 零维：指其在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米颗粒、人造超原子 一维：在三维空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒等 二维：在三维空间有一维处于纳米尺度，如超薄膜 按照材料的形状分： 纳米粉末：超微粉或超细粉，是研究时间最长、技术最成熟，是制备其他材料的基础 纳米纤维 纳米膜： 又分为颗粒膜和致密膜 纳米块体 纳米复合材料 0-0复合：纳米微粒-纳米微粒 0-3复合：纳米微粒-常规块体 0-2复合：纳米微粒与薄膜 纳米材料的物理、化学性质既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体。纳米介于宏观世界和微观世界之间，因此也称为介观世界。 当常态物质被加工到纳米尺度时，会出现特异的现象，如： 铜：良导体；纳米铜：绝缘体； 硅：半导体；纳米硅：良导体； 陶瓷：易碎；纳米陶瓷： 室温下任意弯曲 纳米颗粒的制备 气相法 液相法 固相法 气相法制备纳米微粒 气体中蒸发法 化学气相反应法 化学气相凝聚法 溅射法 气体中蒸发法 是在惰性气体（或活泼性气体）中将金属、合金或陶瓷蒸发气化，然后与惰性气体碰撞，冷却、凝结而形成纳米微粒。或者是与活泼性气体反应后再冷却凝结而形成纳米微粒。 思考题：如何调节纳米微粒的粒径？ 王世敏等：纳米材料制备技术，P8 气体蒸发法的特点： 表面光洁； 粒度齐整，粒径分布窄； 颗粒度容易控制 根据加热源的不同，可以将气体蒸发法分为以下6种。 1. 电阻加热法 在以下2中情况下不适合用电阻加热法: 1.两种材料(被蒸发的材料和发热体)在高温下熔融形成合金 2. 被蒸发的材料的蒸发温度高于发热体的软化温度,因此该法重要用于低熔点金属的蒸发：Ag、Al、Cu、Au 一般在载物台上每次放入1~2g的原料，得到10mg左右的微粒。多次； 功率:1~2kW，适用于实验室研究。 2. 高频感应加热法 特点： 高频感应具有感应搅拌作用，坩埚内合金均匀性好； 可以将熔体的温度保持恒定； 可以在长时间内以恒定的功率运转； 加热源的功率大: MW级； 加热体中可以放入 50g左右的样品，一次可以得到0.5~1g左右的纳米样品 粒径分布窄 缺点 不能制备W、Ta、Mo等高熔点材料 3. 等离子体加热法 等离子体按其产生方式可以分为： 直流电弧等离子体 高频等离子体 直流电弧等离子体 在惰性或者反应性气氛下，通过直流放电使气体电离产生高温等离子体，使原料熔化、蒸发，蒸气遇到周围的气体就会被冷却或发生反应形成纳米颗粒。 由于等离子体温度高，几乎可以制备任何金属的纳米微粒。如Ta，熔点高（2996℃） 思考题: 1. 为何能使用铜坩埚?