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《固体化学导论》

IntroductiontoSolidStateChemistry

第一章绪论

本章基本要求：

1.熟悉固体化学的定义;

2.掌握固体化学的研究内容;

3.熟悉固体化学发展的前沿领域。

第一节固体化学的研究内容

1.什么是固体化学

在固体科学中，有许多相互交叉的领域，如固体物理、

固体化学、材料科学、陶瓷学、矿物学和冶金学等。

其中，固体化学是物理科学的一个分支，它是固体科学

中最核心的部分，什么是固体化学呢?

固体化学是一门专门研究固态物质的制备、品质鉴定、

结构和性能以及它们之间相互关系的一门科学。

固体化学是介于物理学和化学之间的一门交叉学科。

固体化学不同于固体物理学，后者更侧重于对固体的物

理性质的解释；

固体化学也不同于结晶化学，后者是强调结晶固体的结

构及其规律；

固体化学是把固态物质的制备、鉴定、结构及性能统一

起来加以研究，形成了一门新学科。

即固体化学主要研究固体物质(包括材料)的合成、反应

组成和性能及其相关现象、规律和原因的科学。

2.固体化学的形成和发展

公元前就有固体物质合成及其性质探测的记载，如火药、

制陶和炼丹术等。

20世纪20年代，对固态化学反应有所研究，但缓慢发

展。

60年代以后，随着人们对固体物质认识水平的提高，以

及探测固体内部和表面微观结构和微量组分测试所需要仪器

的快速发展，使人们对固体物质的合成反应和性能进行了深

层次的研究。

由于固体化学的研究内容十分广泛，因此各位作者

在编写固体化学专著时所采用的侧重点会有所不同。

但是其最为基本内容都应包括以下六个部分：

①固态物质的合成；

②固体的组成和结构；

③固相中的化学反应；

④固体中的缺陷；

⑤固体表面化学；

⑥固体的性质与新材料等。

3.固体化学在现代科学技术中的作用与地位

固体化学是材料科学的基础，社会的进步和现代科学

技术的发展都离不开材料科学。

上世纪60年代，人们把材料、能源和信息誉为当代文

明的三大支柱。

70年代又把新型材料、信息技术和生物技术誉为新技

术革命的主要标志。

80年代，为超越世界科技水平，我国政府制订的

“863”高新技术计划又把新材料作为主要研究与发展领域

之一。

863计划在新材料领域取得的代表性成果：

1.镍氢电池

在863计划的支持下，镍氢电池已进入产业化开发阶段，

中国开发了自己的专利技术，组建了“国家高技术新型储能

村料工程开发中心”。镍氢电池是替代现有的镍铬电池、无

污染的新一代高性能可充电电池，称为“绿色电池”。

2.高性能低温烧结陶瓷电容器

高性能低温烧结陶瓷电容器(MLC)是由863支持开发投入

生产的另一项重大材料成果，在电子工业上有着广泛的应用。

目前，具有中国特色的高介电常数MLC已年产10多亿支，创

产值1.5亿元人民币，并已开始出口。

863计划在新材料领域取得的代表性成果：

3.光电子材料及制备技术

为支撑光电子信息产业研制成功的钒铝石榴石（YAG）

单晶

大炉设计新颖、达到国际先进水平；用于信息显示与记录

的打印机、复印机有机光导鼓，无污染，清晰度和分辩率高，

达到了国外先进产品的性能，并已小批量生产。

4.双层辉光离子渗金属改性锯条

中国独创的双层辉光离子渗金属改性锯条的切削性能高，

可与价格昂贵的双金属片锯条婢美，在许多先进国家获发明

专利，并已批量生产。

大量事实证明，科学技术的进步离不开材料科学，因而

也就离不开固体化学。

例如:半导体材料的设计推动了今天的半导体工业、电

子工业、计算机和信息产业；

现代航空、航天技术中需要的高强度、耐高温、轻质的

结构材料等。

因此，可以说，现代采矿、冶金、地质、建材、机械、

电子、石油化工、航空航天等每个领域都与材料科学、固体

化学有着密切的关系。

固体化学作为一个学科的出现，是建立在物理学、化

学、晶体学和材料科学发展的基础之上。

固体化学的发展反过来也必将推动物理学、化学、晶

体学和材料科学的发展。

随着材料科学技术的发展，一方面需要改进目前正在

使用的固体材料的性能；

另一方面又要希望能够不断创造出性能更加优异的新

材料。

因此，材料的改进与创新在很大程度上都依靠于对固

体化学的了解和固态化学研究的不断深入。

固体材料的分类

从材料的化学组成来分，主要有金属材料、无机非金