材料合成与制备---绪论.ppt

材料合成与制备 哈尔滨工程大学结构功能一体化材料研究所 结构功能一体化材料研究所 1 2 3 4 材料：人类用于制造各种有用物件及产品的总称 旧石器时代 新 石 器 时 代 铜 器 时 代 铁器时代 金属材料发展历史回顾 石器时代 公元前五千年 青铜器时代 公元前一千二百年 铁器时代 能把“贱金属”变成“贵金属”吗？ 问题 金与银出现，色泽美丽和稀少而称为“贵金属”，其它金属则相应地被称为“贱金属” 十九世纪末到二十世纪中叶 低合金高强度钢 超高强度钢 合金工具钢 高速钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢 电工用钢 铝合金 铜合金 钛合金 钨合金 钼合金 材料 固体物理、无机化学、有机化学、物理化学等 用于制造各种结构和功能器件或物品 一切材料形成的基础和保障； 推动新材料发展和创新的动力 材料的合成和制备: 指采用合理方法和手段获得材料的过程，二者在定义上存在一定差别 。 材料合成：指促使原子分子结构而成材料的化学和物理过程; 材料制备：指研究如何控制原子与分子使之构成有用的材料，这一点与材料合成的概念相同。但是材料制备还包括在更为宏观的尺度上成更大规模控制材料的结构，使之具备所需的性能和使用效能，即包括材料的加工、处理、装备、配合和制造。 材料合成与制备 常见的制备工艺：如热压烧结、定向凝固等； 材料新合成方法：如溶胶一凝胶合成，水热/溶剂热合成，电解合成，固相合成、高压合成等； 许多工艺既包含合成也包括制备: 如铸造、自蔓延、熔铸、喷涂及放电等离子烧等 材料合成与制备在材料研究领域中占有重要的地位，是材料及材料科学发展的基础学科； 材料合成与制备的最终目标是制造高性能高质量的新材料以满足各种构件、物品或仪器等物件的日益发展的需求。 “材料合成与制备”科学综合了材料科学、物理、化学、力学和机械等各学科的研究内容，但其本身又自成体系。 材料合成与制备工艺的发展与材料发展相互促进并相互制约，学科的系统性和规律性促进新材料的制备和材料应用，而新材料的需求又对进一步要求新的合成新与制备方法的提出和改进； 研究材料结构和性能之间的关系、探索材料合成和制备反应原理、及熟练应用新型制备工艺制造新材料是“材料合成与制备”学科的目的。 绿色化 低成本化 低维化 功能化 复合化 高性能化 21世纪材料 制备技术 设计模拟、预测性能、控制形态结构 复合材料 各种形态的功能材料 纳米材料 纳米线、管 薄膜 减少资源浪费 环保 减少环境污染 超导材料、纳米材料、特殊功能材料等的不断出现都是材料合成与制备工艺发展的杰出成果，材料制备工艺的突破与新材料的出现是推动材料学科以及相邻学科发展的主要动力； 《国家中长期科学和技术和发展规划纳要》中也已将材料设计与制备的新原理与新方法列入面向国家重大战略需求的基础研究； 目前随着材料合成与制备工艺的发展和进步，国际上几乎每天都有数十万种的新化合物和新物相被合成与制备出来，而且仍将继续下去。 材料合成与制备基础 热力学基础 动力学基础 反应自发过程 系统的熵及熵判据 化学反应速率 浓度对反应速率影响 温度对反应速率影响 溶剂等对反应速率影响 系统的吉布斯函数 …………….. ……………………. * 参考书：《物理化学》* 热力学基础简介 对于材料合成尤其是化学合成工作者来讲，具有运用自如的热力学基础是非常重要的。应用化学热力学原理指导无机材料合成是保证材料成功制备的基础。 化学动力学是研究参加反应各物质的浓度、反应温度、压力及催化剂等因素对化学反应速率的影响，是反映反应机理的一门学科。通过动力学研究能很好地解决一个△rGm(T)小于零的反应在怎样的条件下才能实现反应，其某些具有普遍意义的影响因素将有助于材料合成与制备的研究。 动力学基础简介 材料结构表征 成分分析 结构测定 形貌观察 传统化学分析技术 质谱 紫外、可见光、红外 液相色谱 X射线光电子能谱 核磁共振 X射线荧光光谱 俄歇与X射线光电子谱 二次离子质谱 电子、原子、激光探针 X射线衍射 电子衍射 中子衍射 穆斯堡谱 X射线衍射 原子力显微镜 扫描电子显微镜 光学显微镜 透射电子显微镜 哈尔滨工程大学结构功能一体化材料研究所