化学材料制备.doc

1.说明溶胶-凝胶法的原理及基本步骤。溶胶-凝胶法是一种新兴起的制备陶瓷、玻璃等无机材料的湿化学方法。其基本原理是：易于水解的金属化合物(无机盐或金属醇盐)在某种溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程逐渐凝胶化，再经干燥、烧结等后处理得到所需材料，基本反应有水解反应和聚合反应。这种方法可在低温下制备纯度高、粒径分布均匀、化学活性高的单多组分混合物(分子级混合)，并可制备传统方法不能或难以制备的产物，特别适用于制备非晶态材料。 溶胶-凝胶法制备过程中以金属有机化合物(主要是金属醇盐)和部分无机盐为前驱体，首先将前驱体溶于溶剂(水或有机溶剂)形成均匀的溶液，接着溶质在溶液中发生水解(或醇解)，水解产物缩合聚集成粒径为1nm左右的溶胶粒子(sol)，溶胶粒子进一步聚集生长形成凝胶(gel)。有人也将溶胶-凝胶法称为SSG法，即溶液-溶胶-凝胶法。2.固相反应机理。固相反应发生起始于两个反应物分子的扩散接触，接着发生化学作用，生成产物分子。此时生成的产物分子分散在母体反应物中，只能当做一种杂质或缺陷的分散存在，只有当产物分子集积到一定大小，才能出现产物的晶核，从而完成成核过程。随着晶核的长大，达到一定的大小后出现产物的独立晶相。可见，固相反应经历四个阶段，即扩散-反应-成核-生长，但由于各阶段进行的速率在不同的反应体系或同一反应体系不同的反应条件下不尽相同，使得各个阶段的特征并非清晰可辨，总反应特征只表现为反应的决速步的特征。 .3化学气相沉积法制备纳米粒子的特点。 利用挥发性的金属化合物为原料，容易精制，而且生成物不需要粉碎、纯化，得到的超细粉纯度高；生成的微粒子的分散性好；控制反应条件以获得粒径分布狭窄的纳米粒子；有利于合成高熔点的无机化合物超微粉末；除制备氧化物粉体外，只要改变介质气体，还可以适用于直接合成有困难的金属，氮化物，碳化物和硼化物等非氧化物。 4.简述水热与溶剂热合成存在的问题？（1）水热条件下的晶体生长或材料合成需要能够在高压下容纳高腐蚀性溶剂的反应器，需要能被规范操作以及在极端温度压强条件下可靠的设备。由于反应条件的特殊性，致使水热反应相比较其他反应体系而言具有如下缺点：a 无法观察晶体生长和材料合成的过程，不直观。b 设备要求高耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬、技术难度大温压控制严格、成本高。c 安全性差，加热时密闭反应釜中流体体积膨胀，能够产生极大的压强，存在极大的安全隐患。(2) 水热反应的反应机理还有待分析。目前，晶体生长机理的理论体系在某些晶体生长实践中得到了应用，起到了一定的指导作用。但是，迄今为止，几乎所有的理论或模型都没有完整给出晶体结构、缺陷、生长形态与生长条件四者之间的关系，因此与制备晶体技术研究有较大的距离，在实际应用中存在很大的局限性。5. 溶胶-凝胶制备材料工艺的机制大体分类，及不同溶胶-凝胶过程中凝胶的形成和特征。答：溶胶凝胶制备材料工艺的机制大体可分为三种类型传统胶体型、无机聚合物型、络合物型。 6简述低热固相反应在合成化学中的应用。答：具体从以下几方面简要阐述。合成原子簇化合物合成新的多酸化合物合成新的配合物合成固配化合物合成功能材料合成有机化合物7影响化学气相沉积制备材料质量的几个主要因素（1）反应混合物的供应。反应混合物的供应是决定材料质量的最重要因素之一。在材料研制过程中，总要通过实验选择最佳反应物分压及其相对比例。（2）沉积温度 沉积温度是最主要的工艺条件之一。由于沉积机制的不同，它对沉积物质量影响因素的程度也不同。同一反应体系在不同温度下，沉积物可以是单晶、多晶、无定形物，甚至根本不发生沉积。（3）衬底材料。化学气相沉积法制备无机薄膜材料，都是在一种固态基体表面（基底）上进行的。对沉积层质量来说，基体材料是一个十分关键的影响因素。（4）系统内总压和气体总流速。这一因素在封管系统中往往起着重要作用。它直接影响输运速率，由此波及生长层的质量。开管系统一般在常压下进行，很少考虑总压力的影响，但也有少数情况下是在加压或减压下进行的。在真空（一至几百帕）沉积工作日益增多的情况下，他往往会改善沉积层的均匀性和附着性等。（5）反应系统装置的因素。反应系统的密封性、反应管和气体管道的材料以及反应管的结构形式对产品质量也有不可忽视的影响。（6）源材料的纯度。大量事实表明，器件质量不合格往往是由于材料问题，而材料质量又往往与源材料（包括载气）的纯度有关。 8与水热法相比，溶剂热法具有怎样的特点？ （1）在有机溶剂中进行的反应能够有效地抑制产物的氧化过程或水中氧的污染；（2）非水溶剂的采用使得溶剂热法可选择的原料的范围大大扩大，比如氟化物，氮化物，硫属化合物等均可作为溶剂热反应的原材料；同时，非水溶剂在亚临界或超临界状态下独特的物理化学性质极大地扩大了所能制备的目标产物的范围；（3）由于有机溶剂的低沸点，在同样的条件下，它们可以达到比水热合成更高的气压，从而有利于产物的结晶；（4）由于较低的反应温度，反应物中的结构单元可以保留到产物中，且不受破坏，同时，有机溶剂的官能团和反应物或产物作用，生成某些新型的在催化和储能方面有潜在应用的材料；（5）非水溶剂的种类繁多，其本身的一些特性，如极性与非极性、配位络合作用、热稳定性等，为我们从反应热力学和动力学的角度去认识化学反应的实质与晶体生长的特性，提供了研究线索。 什么是水热法？水热法是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。9什么是凝胶 ?凝胶(Gel) 是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网络骨架，骨架孔隙中充满液体或气体，凝胶中分散相含量很低，一般在1%3%之间。 10什么是固配化合物? 低热固相配位化学反应中生成的有些配合物只能稳定地存在于固相中，遇到溶剂后不能稳定存在而转变为其它产物，无法得到它们的晶体，因此表征这些物质的存在主要依据谱学手段推测，这也是这类化合物迄今未被化学家接受的主要原因。我们将这一类化合物称为固配化合物。11什么是扩散?从热力学的角度来看，为了使系统内的分子分布最大的随机化，从而使系统的自由能下降，高浓度端的气体分子将向低浓度端移动，以