材料合成与制备方法 复习

1、考试方法：满分：100分类型1，填空提问(1分10) 2，选择题(2分10) 3，名词说明(5分4) 4，简单提问(6分5) 5，记叙文(10分钟)溶胶也被称为胶体溶液。1-1000m粒子(基本单位)分布在液体介质(主要是液体)上，在分散系统中保持固体物质不沉淀的胶体系统。溶胶也是微固体颗粒悬浮液分散在液体中，不断进行布朗运动的系统。溶胶状态分散系统示例，概念，2。凝胶(Gel)胶体粒子或聚合物分子相互交联，空间网络结构不断发展，最终溶胶-液体逐渐失去流动性，网状结构空隙中填充液体的非流动半固态分散系统是包括亚微米孔和聚合链相互连接的坚固网络。3 .溶胶-凝胶法：使用含有高化学活性成分的化合物

2、作为前驱体，在液体下均匀混合这些原料，经过水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶在老化微粒之间缓慢聚合，形成三维空间网结构的凝胶，凝胶网充满失去流动性的溶剂。4 .在双层溶胶系统中，静电引力吸引半离子，使其接近表面，排斥铜离子，固体表面电荷在溶液中的反转并形成双电层结构。提高溶胶稳定性的三种基本方法(1)使胶体粒子成为表面电荷。(2)空间阻力效应的使用；(3)使用溶剂效果。溶胶不是物质，而是“状态”。3 .溶胶-凝胶工艺，根据溶胶形成原理，胶体武器，聚合物，复合物，4。溶胶形成过程中催化剂的影响，5 .凝胶点是流变性特性的突然变化，即容器倾斜到45度时不流动，知识点，1。溶胶

3、-凝胶法制备薄膜和涂层的方法？溶液或溶胶用合法方法在基板上形成液膜，凝胶化后通过热处理转换为非晶(或多晶体)膜或涂层，浸渍法，旋转涂层法，丝网印刷法，喷涂涂层电沉积法管涂层技术，2 .溶胶凝胶法制备薄膜及涂层的成膜机理是什么？在处理的基底和溶胶相接触，在基底核产生的额外压力下，溶胶倾向于进入中间气孔，在中间水吸入的孔道上，胶体粒子的流动同时受到阻碍，被捕获到表面，浓缩、缩合、接合，成为凝胶膜。简单的回答和讨论，3 .凝胶的生成方法是什么？温度变化：通过上升、下降温度形成胶凝，在同一溶液内使用不同温度的物质的溶解度；转换溶剂：将溶胶-中原的部分溶剂替换为分散相溶性小的溶剂，可以使系统凝胶化，得到

4、固体酒精的制造等凝胶。添加电解质：溶液中含有相反电荷的许多电解质，如果在Fe(OH)3溶胶中添加人电解质KCI，也可能发生胶凝。化学反应：对聚合物溶液或溶胶产生交联反应，形成凝胶，例如硅铝凝胶的形成。溶剂去除：增加聚合产物的浓度，有一定程度的交联时，溶胶-凝胶发生变异，粘度突然增加。用酸或碱催化，促进水解和缩聚反应的发生。溶胶形成过程中水解度的影响(添加水)？水解度R2，TEOS水解反应分离大部分-OR组，形成部分水解-OH的硅烷，在这些部分水解的硅烷中反应，形成二聚体，这些二聚体不再水解，产生交联反应，形成三维网络结构，缩短胶凝时间。水解度R2，水解反应生成部分水解-OH的硅烷，消耗大部分水

5、，缩聚反应早发生，形成TEOS的二聚体，通过降低硅酸浓度延长凝胶时间，(1)系统含水量相对低的情况下：反应产物受水解速度控制，形成链结构的倾向较大：si (or)最多(2)水量增加时：水解速度快，聚合反应主要由失水缩聚产生具有二维或三维结构的聚合物，水解和缩聚反应可以表示为： 总净反应是9，水热法在特殊密封反应器(蒸压)中使用水溶液作为反应系统，加热、加压(或自蒸压)反应系统，一般溶解不溶性或不溶性物质，通过再结晶制造武器合成和物质处理的有效方法。2-水热法和溶剂热合成法，概念，2 .溶剂热法将水变成有机溶剂或非水溶剂(如有机胺、酒精、氨、四氯化碳或苯等)，使用与水热法相似的原理，在水溶液中不

6、能生长、容易氧化、容易水解、快水或易水的物质3。热液和溶剂热合成的生产设备是高压机。由不锈钢外壳和聚四氟乙烯衬里组成，10，形成水热法生长系统的晶粒的三种机制是什么？“由于“均匀溶液饱和析出”机制水热反应温度和系统压力的增加，溶质在溶液中降低溶解度，达到饱和，以一种化合物结晶状态从溶液中析出。”，“溶解-结晶”机制所谓的“溶解”，在水热反应初期，前驱粒子间的凝聚和连接被破坏，粒子本身溶解在水热介质中，以离子或离子团的形式进入溶液，形成原子核，结晶，形成晶粒。在水热法介质中，当溶质的浓度高于粒子成核所需的超饱和时，系统内会发生粒子的核生成和生长，随着结晶过程的进行，介质中用于结晶的物质浓度低于前

7、驱体的溶解性，前驱体的溶解性继续进行。这样重复的话，如果反应时间足够长，前驱体就会完全溶解，产生相应的晶粒。“在原位结晶”机制常温常压下，选择不溶性固体粉末、凝胶或沉淀作为前驱体时，如果前驱体和晶相的溶解度没有太大差异，或者“溶解-结晶”的运动速度太慢，前驱体可以通过脱羟基(或脱水)，由原子的原位回流转化为结晶状态。简单的回答和讨论，(1)营养物质溶解在水热法介质中，在溶液(溶解阶段)进入离子、分子团的形式；(2)这些离子、分子或离子团由于系统中非常有效的对流和溶解及生长之间的浓度差异，被输送到生长区(输送阶段)。(3)离子、分子或离子团在生长界面的吸附、分解和解吸；(4)界面吸附材料的运动；

8、(5)结晶。在水热条件下，晶体生长包括多少个阶段？粉末的粒度与粉末形成时的成核速度有关，成核速度越快，最终生成的粉末的粒度越小，溶液系统的情况是采取特定措施，提高成核速度，即在较短的时间内形成较多的原子核，在成核过程中会消耗较多的溶质，在生长过程中溶质相对减少，因此产品的粒度可能会减少。，在水热法合成系统中，为什么不改变反应条件，在相当短的时间内大幅增加反应物浓度，从而大大提高成核速度，达到减少产物粒子粒度的目的？高温高压水热系统中水的性质及其对水热反应的影响是什么？随着离子乘积的增加，水的电离常数随着反应温度压力的增加而增加，常温下常压不溶于水的矿物或有机物会溶解，在水热条件下也能诱导离子反

9、应或促进水解反应。水的粘度和表面张力随着温度的增加而减少，这极大地增加了离子和分子的活动，在水热法溶液中实现了非常有效的扩散，因此，水热法晶体可以比其他液相晶体增长得快。随着水的热扩散系数的增加，水的密度降低，水热溶液比常温常压对流驱动力更大，促进界面上基本物质的迁移，有助于成核。蒸汽压升高，可以增加分子间碰撞的机会，加速反应，充电度一般在50%-80%为宜。14，3-电解合成，电解质根据其组成和结构划分：电解质溶液，熔融电解质，浓度增加，电导率先增加，然后下降的趋势。原因：在一定浓度范围内，电解质溶液浓度增加，电解质溶液中导电粒子的数量增加，溶液的电导率增加；浓度增加到一定水平后，溶液中离子

10、间的距离减少，相互作用增加，从而降低了移离速度，电导率降低。电解质溶液的浓度对电导率有什么影响？电极反应作为界面反应直接在电极/溶液界面上进行。电极上超电位的原因：浓度过电位，电阻过电位，激活过电位，简单，知识点，15，电动势和理论分解电压是什么？电动势：在一个电化学反应器中没有电流的情况下，两个电极之间自动产生的电位差。对于电解槽，电解反应所需的最低电压值，即理论分解电压。金属的潜在顺序有实际意义吗？据电位顺序表明，氢前面的金属是容易氧化的金属，氢后面有难氧化的金属，前面的金属可以在盐溶液中置换电位顺序表后面的金属；可以计算由任意两组金属组成的电池的电动势。电解合成的基本原理是什么？通电之前

11、，电解质的离子经常在无序的运动中，通过直流电，离子进行定向运动。阳离子向阴极移动，在阴极上获得和还原电子。负离子移动到阳极，在阳极失去电子，被氧化。16，电解定律(法拉第定律)是什么，在电解时，电极上的变化质量与通过的功率成正比，通过1F功率量，可以析出1毫升的任何物质。什么是插槽电压？插槽电压由以下电压组成：抵抗电解质电阻所需的电压：电解质通过对电流的电阻，与一般导体一样，抵抗该电阻所需的电压=完成ir1电解反应所需的电压：该电压是在电解过程中产生的原电池的电动势=e可逆电解过程的超电压，用于抵抗传递E电流的金属导体的电阻和接触电阻所需的电压=ir2 e插槽=e可逆E不可逆IR1反应物粒子从

12、溶液主体向电极表面传递反应物粒子从电极表面或电极表面附近的液体层向电极表面和溶液之间的界面产生一种转换电子的电极反应电极反应产物从电极表面或电极表面附近的液体层向溶液主体传递某种变形电极反应产物。电流密度对阴极析出物的状态有什么影响？低电流密度：原子核充分生长，产生大晶体沉积物(沉淀)的高电流密度：核形成速度大于晶体生长速度，微小的晶粒或粉末。高电流密度：晶体向金属离子密集的一侧生长成木头或块状的粒状。诱导H2析出，平板上产生斑点pH的局部上升，沉淀一些氢氧化物或碱盐，18，阳极效应是什么？末端电压急剧升高，电流强烈减少的同时，电解质和电极之间出现润湿不良，电解质似乎被气体膜分离，电极周围也出

13、现微小的火花放电光圈。19，4-化学气相沉积，CVD过程中原料为气源或液体源，液体源输送方法：气泡法，加热液体源，液体源直接注入法(喷雾法)，CVD加热系统反应室侧壁温度为Tw，硅晶片所在底座温度为Ts热壁CVD系统：Tw为Ts冷壁CVD系统，知识点，20，使用模块化CVD在一个基板上沉积多层薄膜：多反应室，另一个薄膜分别沉积，不相互干扰；基板通过机械手在真空状态下传送，不引入外部污染。21、什么是煤气不足现象？如何减缓这一现象？在LPCVD系统中，表面反应速度控制沉积速度，表面反应速度与表面的反应器浓度成正比，因此，要在每个硅表面上增设厚度相同的薄膜，每个硅表面的反应器浓度必须相同。但是在只

14、有一个进气口的反应室，沿气流方向不断消耗反应剂，靠近进气口的堆积膜更厚，远离进气口的堆积膜更薄，因此这种现象称为空气不足现象。化学气象沉积是什么？通过化学反应方式使用各种能量(例如加热、等离子激发或光辐射)，通过气体相或气-固界面上的化学反应形成固体沉积物的技术。简单和论述，(1)反应速度随着温度上升而加快，可以在水平方向逐步提高温度，提高反应速度，提高沉积速度，补偿气体不足效应的影响，减少沉积厚度的差异。(2)分散气体注入口，即反应剂气体通过一系列气体入口注入反应室。需要专门设计的沉积室来限制气流交叉效应。(3)增加反应室的气流速度。随着气流速度的增加，在单位时间内接近气体入口的沉积速度保持

15、不变，用于薄膜沉积的反应剂的绝对数量也没有变化，但消耗的比例降低，更多的反应剂气体可能被输送到下游，并且每个硅片上沉积的薄膜厚度更均匀。化学气象沉积按照哪五个主要阶段进行？(a)反应物通过界面边界层扩散。(b)反应物吸附在基板的表面。(c)化学沉积反应，表面迁移；(d)一些产物通过界面边界层扩散。(e)产物和反应物流入主气流离开系统后，雷诺数如何判断流量？Re2100，湍流，24，什么是定向凝固？在材料部分熔化状态下，移动固体-液体界面以实现晶体的特定方向生长。路径：在凝固和未凝固的金属熔体中，设置特定方向的温度梯度，使熔体在与热流相反的方向凝固，最终形成特定方向圆周决定。5-定向凝固，二元合

16、金凝固过程中固液界面液相区形成成分的过冷条件？1.溶质原子在液体中的溶质溶解度在高几何中取决于溶解度，当单向合金冷却凝固时，溶质原子从液相中挤出，在液相一侧形成溶质原子的富集层。随着固液界面距离的增加，溶质质量分数逐渐降低。2.在凝固过程中，由于外部冷却作用，固液界面连接固体面不同位置的实际温度不同，外部冷却能力不同，实际温度较低；相反，实际温度很高。溶液中实际温度低于平衡时液相线温度时，会出现过冷现象，影响固相形成的可能性，影响界面的稳定性。液固界面稳定性(平面界面、细胞晶体、树突形态)如何确定？在晶体生长过程中，如果元件没有过冷，则在直固液界面产生凸面，在过热环境中熔化，平面界面保持不变。如果界面前端有组件过冷却，则界面前端形成的凸出处位于过冷却区域，因此平面界面不稳定，可能导致枝晶形成。27，液体金属冷却方法(LMC方法)是什么？常用的液态金属有哪些？基于快速凝固法，以液态金属代替水作为模具外壳的冷却介质，模具外壳直接浸入液体金属冷却剂，冷却大大加强，传感器底部的热平衡迅速发生，产生高温度梯度。实验室：Ga-In合金和Ga-In-Sn合金工业应用：Sn液体，28，什