【2017年整理】材料合成与制备技术序言-研.ppt

材料合成与制备 四川大学 材料科学与工程学院 周大利 2015年9月 第一篇 材料合成与制备概论 一、材料合成、制备与加工的 基本内涵 1.材料合成 合成一词主要是指把各种原子、分子结合起来制成材料所采用的各种化学方法和物理方法，一般不含工程方面的问题。 2.材料制备 制备一词不仅包含了合成的基本内涵，而且包含了把比原子、分子更高一级聚集状态结合起来制成材料所采用的化学方法和物理方法。因此，材料的制备需要探索和解决两个方面的问题： 一是新的制备方法以及新的制备方法中的科学问题； 二是各种制备方法中遇到的工程技术问题。材料的制备是材料科学与工程的核心，是发现新的化学现象和物理现象的主要源泉，也是新材料技术开发和现有材料技术改进中的关键性因素。 3.材料加工 材料的加工是指对原子、分子以及更高一级聚集状态进行控制而获得所需要的性能和形状尺寸(以性能为主)所采用的方法(以物理方法为主)，它是获得实用材料质量和效率的关键技术，如金属的精炼、钢板的轧制、气相沉积、凝固技术等。它不同于单纯对机械产品形状尺寸进行控制的机械加工、电解加工等，这些加工并不改变材料的内在本质。 材料的制备和加工的定义虽存在一定的差异，但在材料科学与工程中的界线正变得越来越模糊，正在逐步变成一个连续的统一体。 首先是由于在选择材料的各种制备方法时必须考虑随后为形成实用材料而进行的加工。如采用粉末冶金的方法制造发动机涡轮盘，总是希望原始粉末尽可能细小以便于压实和避免较大尺寸的夹杂，当然粉末细小造成原始表面增大而易于导致表面氧化严重。 其次，现代材料的发展常常把制备和加工连成一体了，如聚合物的反应注射成型以及燃烧合成精密铸造技术便是很好的例子，材料的制备和加工是同时进行的。 新材料的特点 1、知识密集，技术密集、资金密集的 新兴产业 2、新材料的发展与新技术密切相关 3、多种学科互相渗透的结果 例如纳米材料科学与技术是近20多年来发展起来的一门新兴学科，它涉及电子、材料、光学、物理、化学、生物、化工等许多领域，是一门交叉性很强的综合学科。 ? 新材料特点：品种多、式样多，更新换代快，性能要求越来越功能化、极限化、复合化、精细化。 新型无机材料与传统的硅酸盐材料主要区别? ★ 材料组成已远超出硅酸盐的范围： 包括：氧化物、复合氧化物、硅化合物、碳化物、氮化物、硫化物、单质 ★ 用途上由原来主要利用材料所固有的静态物理状态发展到各种物理效应、微观现象的功能、以及能在极端条件下使用 ? ★ ? 制备方法有重大革新 ★ ? 制品形态上有很大变化 块状和粉状为主 －－－－单晶化、薄膜化、纤维化和复合化。 新材料主要发展趋势 ★结构材料的复合化 由单相、高纯材料向多相复合方向发展,以取得比原来各单一材料性能优异或具备新性能的新材料。 ★信息材料的多功能集成化 从具有一种单一功能，如：电、磁、声、光、热、弹、化学、生物等功能，以及单一偶合功能，如：压电、压磁、热电、电光、声光、磁光等功能的材料向同时具备多种功能相互转换以及能感知环境的变化并能通过反馈系统作出有益的反应的新材料 压磁效应 + 磁阻效应 = 压阻效应 ★低维材料迅速发展 人们把零维、一维、二维材料称为低维材料。 零维材料指的是超细粒子，或纳米级(1一100nm)晶体或非晶体； 一维材料指的是晶须、纤维； 二维材料指的是薄膜材料。 微观层次研究已经很深入，已进入原子核内部,发现了百种以上的基本粒子.由于妙观层次的探究，产生了粒子加速器，对撞机、电子显微镜、原子弹、氢弹，原子能发电、高能辐射、激光技术的广泛应用，妙观层次探索研究还会继续发挥它的深远影响。 自从爱因斯坦提出相对论以后，特别是哈勃的宇宙大爆炸理论提出以后，人类对宏观的探索研究也已经走得更加遥远了，已延伸到宇宙深空。它所用的时空尺度，更是涵盖了人类目前所使用的一切时空单位，长度单位是光年、亿光年，小的即妙观层次的时空单位，它都在应用；有、无、真空、烟灭、可见物质、暗物质、反物质、反世界这些玄而又玄的名词是它用来描述宇宙世界的常用词语。科学家为它的探索所创造的技术手段、设备、产品和服务正在惠及人类的现实生活。 在原子、分子和宏观物体中间领域是人们尚未认识和开拓的领域。在这个领域中三维尺寸都很小的细小体系出现了许多既不同于宏观物体，也不同于微观体系的奇异现象。 ★ 非平衡态(非稳定)材料日益