材料化学课件 chapter-2.ppt

（5） 沉淀反应 1）基本原理： 难溶电解质的沉淀平衡 a Mb+ + b Xa- ? MaXb ? 2） 与水解反应的对比： 沉淀反应适用范围广： (a) 可制备氧化物、氢氧化物、硫化物、碳酸盐、草酸盐、磷酸盐等陶瓷粉体或前驱物； (b) 制备复合氧化物、混合氧化物 3） 沉淀生成 (a) 晶核生长：阴阳离子碰撞聚集形成微细的晶核 (b) 晶核长大： 第二节 材料合成的方法 4) 应用 氢氧化物的制备：在溶液中直接加入碱或碱性物质； 开始沉淀的pH值及沉淀完全的pH值可通过沉淀物的溶度积计算确定。—— 《基础无机化学》 硫化物的制备： 加入H2S、Na2S或有机硫试剂 (硫脲、硫代乙酰胺etc)、控制pH值即可以得到目标产物。 其他盐类的制备：草酸盐、碳酸盐、磷酸盐等 共沉淀：混合离子体系加入某种沉淀剂同时析出多种沉淀物 适于制备多组分陶瓷氧化物 第二节 材料合成的方法 溶胶－凝胶法(sol-gel 法) ———— 新型的液相法，应用广泛 前驱物 (无机物) 溶解适当的溶剂 均相溶液 具有一定空间结构的凝胶 蒸发干燥 水解或醇解 生成物聚集成溶胶 无机晶体材料 热处理 前驱物：金属醇盐、金属有机化合物等； 产物： 晶体材料、粉体材料、薄膜或纤维等 Sol－gel法： 水溶液Sol－gel法 醇盐 Sol－gel法 第二节 材料合成的方法 水溶液Sol－gel法 经历三个过程： 溶胶制备: 两条途径： (a) 直接将金属离子用沉淀剂沉淀，然后再将分散成原始颗粒而得到胶体溶液； (b) 从盐溶液出发，仔细控制沉淀条件使形成的颗粒不团聚成大颗粒而直接得到胶体溶液. 2) Sol－gel法的转化： 溶胶凝固化成为开放的骨架体系 (a)化学法：通过控制溶胶中电解质浓度实现 (b) 物理法：使胶粒克服斥力相互靠近而凝结 3) 凝胶的干燥： 蒸发溶剂、同时凝胶的网络结构发生改变，变成粒子在溶液中的状态。 应用：制备UO2、ThO2、Y-ZrO2、PZT、Al2O3等 第二节 材料合成的方法 醇盐Sol－gel法 M(OR)n ? 金属醇盐 溶解有机溶剂 材料 蒸发干燥 醇解或缩聚 溶胶-凝胶转化 热处理 关键步骤：溶胶转变为凝胶、凝胶转变为材料 溶胶－凝胶转变 1)经历三个过程： 水解反应： M(OR)n → M(OR)n-1(OH) 缩聚反应：脱去RO基，形成M－O－M键 络合反应： 2)关键问题： (i) 前驱物水解反应不能进行完全 —— 金属离子水解可能出现大量的颗粒状氢氧化物沉淀，无法生成凝胶。 (ii) 原料不宜同步加入—— 水解速度不同 第二节 材料合成的方法 凝胶－材料转变 经历二个过程： 干燥：凝胶在干燥过程可能龟裂 —— 超临界溶剂清除法、加化学添加剂法。 烧结：不同温度下，可得到不同结构的材料 应用特点： (a) 粉料均匀性好、纯度高、烧结温度低； (b) 材料结构容易控制，副反应少、产率高； (c) 反应过程可通过改变溶胶－凝胶的生成过程而从同一原料出发得到不同的材料； (d) 原料成本高、制备周期长 第二节 材料合成的方法 (6) 水热合成法 —— 新兴、有效的一种合成方法 基本原理 高温(100~1000℃)及高压(10~100 Mpa)下，利用溶液中物质进行化学反应合成目标产物、 ?G、?H、?S 高温高压下，物料处于高活性状态，从而表现出高反应活性 1)水热氧化反应 M (金属或合金) + Solvent ? 氧化物 Zr ＋ H2O (400℃、1000MPa)? ZrO2 ＋ H2 超细粒子 2Al ＋ H2O (500℃、1000MPa)? ?－Al2O3 ＋ H2 ZrAl3 ＋ 13 H2O (600℃、1000MPa)? 3Al2O3? 2 ZrO2(均匀混合颗粒) ＋ H2 第二节 材料合成的方法 2) 水热还原反应 金属氧化物或氢氧化物、碳酸盐类等 + Solvent ? 超细金属微粉 Mg(OH)2 ? MgCO3 ＋ H2 ? Mg ＋ H2O 3 ) 水热合成反应 多种组分直接化合得到目标产物、