材料制備與合成(1)

1、材料制備與合成材料制備與合成 Preparation and Synthesis of Materials 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院孫玉恒孫玉恒2第一章第一章 緒論緒論3什么是材料？其重要意義是什么？什么是材料？其重要意義是什么？ 世界是由物質(zhì)構(gòu)成的，世界是由物質(zhì)構(gòu)成的，材料就是人們用來(lái)制成各種材料就是人們用來(lái)制成各種機(jī)器、器件、結(jié)構(gòu)等具有某種特性的物質(zhì)實(shí)體機(jī)器、器件、結(jié)構(gòu)等具有某種特性的物質(zhì)實(shí)體。 材料是人類(lèi)社會(huì)生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料的發(fā)展引起材料是人類(lèi)社會(huì)生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料的發(fā)展引起時(shí)代的變遷，推動(dòng)人類(lèi)文明和社會(huì)進(jìn)步。時(shí)代的變遷，推動(dòng)人類(lèi)文明和社會(huì)進(jìn)步。 在知識(shí)經(jīng)濟(jì)新時(shí)代，在知

2、識(shí)經(jīng)濟(jì)新時(shí)代，材料材料與與能源能源和和信息信息并列為現(xiàn)代并列為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱，其作用和意義尤為重要?？茖W(xué)技術(shù)的三大支柱，其作用和意義尤為重要。 在人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步過(guò)程中，材料在人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步過(guò)程中，材料是一個(gè)帶有是一個(gè)帶有時(shí)代和文明標(biāo)志的基礎(chǔ)。時(shí)代和文明標(biāo)志的基礎(chǔ)。4 天然材料天然材料 陶瓷陶瓷 青銅青銅 鐵鐵 鋼鋼 有色金屬有色金屬 高分子材料高分子材料 復(fù)合材料復(fù)合材料 材料發(fā)展的歷史演進(jìn)材料發(fā)展的歷史演進(jìn)5（1 1）天然材料）天然材料 自然界當(dāng)中大量存在，人類(lèi)可以直接從自然中自然界當(dāng)中大量存在，人類(lèi)可以直接從自然中獲取。獲取。 經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的加工就可以為人類(lèi)所利用。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單

3、的加工就可以為人類(lèi)所利用。 包括竹、木、骨、牙、皮、毛、石等材料。包括竹、木、骨、牙、皮、毛、石等材料。竹筷骨針石制品皮毛制品6典型典型的天然材料的天然材料石器石器 大約大約25000年前，人類(lèi)就學(xué)會(huì)使用材料。年前，人類(lèi)就學(xué)會(huì)使用材料。 人類(lèi)只能利用巖石、樹(shù)木、獸皮、骨骼等天然材料人類(lèi)只能利用巖石、樹(shù)木、獸皮、骨骼等天然材料并進(jìn)行粗糙加工，除此之外別無(wú)他物。并進(jìn)行粗糙加工，除此之外別無(wú)他物。 從挖掘的人類(lèi)當(dāng)年所使用的各種用途的鋒利石片，從挖掘的人類(lèi)當(dāng)年所使用的各種用途的鋒利石片，可想象人類(lèi)遠(yuǎn)祖的艱苦和聰明?？上胂笕祟?lèi)遠(yuǎn)祖的艱苦和聰明。石刀石刀石斧石斧石針石針7 據(jù)考古學(xué)家分析，距今約一萬(wàn)年前就

4、有陶器出現(xiàn)，據(jù)考古學(xué)家分析，距今約一萬(wàn)年前就有陶器出現(xiàn)， 人們?nèi)藗冇谜惩粱蛞哉惩痢㈤L(zhǎng)石、石英為主的混合物，用粘土或以粘土、長(zhǎng)石、石英為主的混合物，經(jīng)成型、干燥、燒制（燒制溫度低于經(jīng)成型、干燥、燒制（燒制溫度低于1200），），得得到堅(jiān)硬的陶器。到堅(jiān)硬的陶器。 陶是人類(lèi)創(chuàng)造的第一種陶是人類(lèi)創(chuàng)造的第一種“人造材料人造材料”，由于高溫?zé)捎诟邷責(zé)飘a(chǎn)生物理化學(xué)變化，得到和粘土不一樣的新物質(zhì)制產(chǎn)生物理化學(xué)變化，得到和粘土不一樣的新物質(zhì)。 黑陶豆黑陶豆 (公元前公元前3000一前一前2800年年)陶體的黑色是因?yàn)闊熝瑵B入了碳陶體的黑色是因?yàn)闊熝瑵B入了碳（2）陶器（無(wú)機(jī)非金屬材料）陶器（無(wú)機(jī)非金屬材料）

5、8我國(guó)陶器大我國(guó)陶器大約出現(xiàn)在約出現(xiàn)在8000年前，具有悠年前，具有悠久的歷史。久的歷史。半坡村出土半坡村出土的碗、缽、釜、的碗、缽、釜、罐、瓶等，甚罐、瓶等，甚至還有吹氣能至還有吹氣能發(fā)聲的陶塤。發(fā)聲的陶塤。 半坡變體鳥(niǎo)紋盆半坡變體鳥(niǎo)紋盆 半坡小口尖底瓶半坡小口尖底瓶 半坡陶盆半坡陶盆 陶塤陶塤9商 陶酒尊陶的出現(xiàn)，陶的出現(xiàn)，人類(lèi)可吃煮熟的谷物，喝煮開(kāi)的水，可人類(lèi)可吃煮熟的谷物，喝煮開(kāi)的水，可長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存食物長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存食物，促進(jìn)人類(lèi)進(jìn)化促進(jìn)人類(lèi)進(jìn)化。陶器也是最初的耐火材料，陶器也是最初的耐火材料，為以后的銅、鐵冶煉提為以后的銅、鐵冶煉提供物質(zhì)條件供物質(zhì)條件。 唐三彩馬唐三彩馬 方韻紫砂壺方韻紫

6、砂壺10 陶器的不足是不致密、易滲陶器的不足是不致密、易滲漏、強(qiáng)度也不高。漏、強(qiáng)度也不高。 3000多年前多年前的殷、周時(shí)期發(fā)的殷、周時(shí)期發(fā)明了釉瓷。明了釉瓷。 爐窯溫度達(dá)到爐窯溫度達(dá)到1200，能能將將金屬氧化物燒制成釉瓷，用金屬氧化物燒制成釉瓷，用途更為廣泛，質(zhì)地比陶更為途更為廣泛，質(zhì)地比陶更為細(xì)膩、外觀美觀。細(xì)膩、外觀美觀。 陶向瓷的過(guò)渡陶向瓷的過(guò)渡 商朝釉瓷商朝釉瓷11什么是瓷器？ 瓷土與陶土相比，瓷土與陶土相比，F(xiàn)e2O3、CaO、MgO等助熔劑物等助熔劑物質(zhì)明顯減少，質(zhì)明顯減少，SiO2含量也降至含量也降至70以下，以下，Al2O3含量含量顯著增加顯著增加。 瓷器制造工藝水平有很大

7、改進(jìn)，瓷器制造工藝水平有很大改進(jìn)，燒結(jié)溫度提高到燒結(jié)溫度提高到1200以上以上，反映人類(lèi)改造自然能力的增強(qiáng)。，反映人類(lèi)改造自然能力的增強(qiáng)。 釉釉是用礦物是用礦物(長(zhǎng)石、方解石、石英等長(zhǎng)石、方解石、石英等)和顏料按一定和顏料按一定比例配制，高溫下釉料被熔融并均勻地覆蓋在瓷器比例配制，高溫下釉料被熔融并均勻地覆蓋在瓷器表面，冷卻后質(zhì)地堅(jiān)硬、光滑、不粘污，并可調(diào)配表面，冷卻后質(zhì)地堅(jiān)硬、光滑、不粘污，并可調(diào)配成各種顏色。成各種顏色。12 江西景德鎮(zhèn)的江西景德鎮(zhèn)的薄胎瓷器薄胎瓷器被贊為潔如玉、明如鏡被贊為潔如玉、明如鏡、薄如紙、聲如磐。、薄如紙、聲如磐。 瓷器作為中華文明象征，大量流傳。瓷器作為中華文明

8、象征，大量流傳。9世紀(jì)世紀(jì)傳傳至阿拉伯國(guó)家，至阿拉伯國(guó)家，13世紀(jì)世紀(jì)傳到日本，傳到日本，15世紀(jì)世紀(jì)傳到傳到歐洲，歐洲，以其以其福美絕倫征服西方。福美絕倫征服西方。輝煌的瓷器之國(guó)景德鎮(zhèn)四大名瓷景德鎮(zhèn)四大名瓷青花、玲瓏、顏色釉、粉彩青花、玲瓏、顏色釉、粉彩13（3）青）青 銅銅 我國(guó)我國(guó)青銅青銅的冶煉在的冶煉在公元前公元前2140-1711年開(kāi)始，目前年開(kāi)始，目前考察已可追溯到公元前考察已可追溯到公元前3600年。年。 晚于晚于埃及和西亞民族埃及和西亞民族（伊朗、伊拉克）。（伊朗、伊拉克）。 發(fā)展快、水平高。發(fā)展快、水平高。 到殷、西周時(shí)期已經(jīng)發(fā)展到較高水平。到殷、西周時(shí)期已經(jīng)發(fā)展到較高水平。

9、 青銅即銅錫合金，青銅即銅錫合金，其冶煉溫度較低，制作其冶煉溫度較低，制作器具的成型性好，是人器具的成型性好，是人類(lèi)最早大規(guī)模利用的金類(lèi)最早大規(guī)模利用的金屬材料。屬材料。蘇美爾文明中的青銅塑像，出蘇美爾文明中的青銅塑像，出現(xiàn)年代現(xiàn)年代-公元前公元前4000年年14銅爵銅爵高高30.5厘米、口徑厘米、口徑17-18厘米，距今厘米，距今3600年年河南堰師二里頭文化河南堰師二里頭文化 青銅錛青銅錛越絕書(shū)越絕書(shū)載：禹載：禹穴之時(shí)，以銅為兵，以鑿伊穴之時(shí)，以銅為兵，以鑿伊闕，通龍門(mén)，東注入海闕，通龍門(mén)，東注入海牛首獸面紋鼎牛首獸面紋鼎西周，器形西周，器形端莊，文飾在商代基礎(chǔ)上進(jìn)端莊，文飾在商代基礎(chǔ)上進(jìn)

10、一步發(fā)展，是今已知我國(guó)最一步發(fā)展，是今已知我國(guó)最大青銅器之一，大青銅器之一， 15 四羊紋銅尊四羊紋銅尊 商商 青銅器的最大歷史貢獻(xiàn)在于社會(huì)秩序的建立青銅器的最大歷史貢獻(xiàn)在于社會(huì)秩序的建立。西周中晚期有嚴(yán)格的列鼎制度，用形狀花紋相同而大西周中晚期有嚴(yán)格的列鼎制度，用形狀花紋相同而大小依次遞減的奇數(shù)組鼎來(lái)小依次遞減的奇數(shù)組鼎來(lái)代表貴族身份代表貴族身份。春秋公羊傳春秋公羊傳記載：天子用記載：天子用9鼎，諸侯用鼎，諸侯用7鼎，卿大鼎，卿大夫用夫用5鼎，士用鼎，士用3鼎或鼎或1鼎。鼎。人類(lèi)文明第一次將人與工具二者的意義聯(lián)系起來(lái)人類(lèi)文明第一次將人與工具二者的意義聯(lián)系起來(lái)。 青銅禮器青銅禮器 鼎鼎 周周

11、16（4 4）鐵器）鐵器 鐵是地球上儲(chǔ)量居于第三的元素（前兩位為鐵是地球上儲(chǔ)量居于第三的元素（前兩位為硅、鋁），來(lái)源于大型恒星的聚變。硅、鋁），來(lái)源于大型恒星的聚變。 中國(guó)同埃及、美索不達(dá)米亞等古國(guó)一樣，對(duì)中國(guó)同埃及、美索不達(dá)米亞等古國(guó)一樣，對(duì)鐵的認(rèn)識(shí)都是從鐵的認(rèn)識(shí)都是從隕鐵隕鐵開(kāi)始的。開(kāi)始的。隕鐵隕鐵世界最早的鐵器世界最早的鐵器赫梯鐵器赫梯鐵器17 鐵器的廣泛使用，使人類(lèi)的工具制造進(jìn)入了一個(gè)全鐵器的廣泛使用，使人類(lèi)的工具制造進(jìn)入了一個(gè)全新的領(lǐng)域，生產(chǎn)力得到極大的提高。新的領(lǐng)域，生產(chǎn)力得到極大的提高。 鐵器使一些民族從原始社會(huì)發(fā)展到奴隸社會(huì)，也推鐵器使一些民族從原始社會(huì)發(fā)展到奴隸社會(huì)，也推動(dòng)一

12、些民族脫離奴隸制的枷鎖而進(jìn)入封建社會(huì)。動(dòng)一些民族脫離奴隸制的枷鎖而進(jìn)入封建社會(huì)。 戰(zhàn)國(guó)初期，中農(nóng)食五人；戰(zhàn)國(guó)晚期，中農(nóng)食七人；戰(zhàn)國(guó)初期，中農(nóng)食五人；戰(zhàn)國(guó)晚期，中農(nóng)食七人；人口：夏朝人口：夏朝-1355萬(wàn)，西漢萬(wàn)，西漢-5959萬(wàn)萬(wàn)糧食畝產(chǎn)：戰(zhàn)國(guó)糧食畝產(chǎn)：戰(zhàn)國(guó)-85斤，西漢斤，西漢-120斤，斤，糧食年產(chǎn)：以人均口糧糧食年產(chǎn)：以人均口糧500斤計(jì)算，西漢糧食年產(chǎn)量達(dá)到斤計(jì)算，西漢糧食年產(chǎn)量達(dá)到300億斤。億斤。強(qiáng)漢盛唐強(qiáng)漢盛唐堅(jiān)實(shí)的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)，很大程度依靠鐵制農(nóng)具和堅(jiān)實(shí)的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)，很大程度依靠鐵制農(nóng)具和工具的推廣使用。工具的推廣使用。18（5）鋼）鋼 含碳量在含碳量在0.0218%-2.11%之間

13、的鐵碳合金稱之間的鐵碳合金稱為鋼，強(qiáng)度較高，用途更廣。為鋼，強(qiáng)度較高，用途更廣。 距今距今1800年前出現(xiàn)年前出現(xiàn)兩步煉鋼兩步煉鋼技術(shù)，即先煉成技術(shù)，即先煉成鐵，再煉成鋼，并一直沿用至今。但其工藝鐵，再煉成鋼，并一直沿用至今。但其工藝復(fù)雜，未能大面積推廣。一直到復(fù)雜，未能大面積推廣。一直到19世紀(jì)前半世紀(jì)前半期，人類(lèi)始終生活在期，人類(lèi)始終生活在“鐵器時(shí)代鐵器時(shí)代”。 19 我國(guó)古代最早煉鋼法可追溯到我國(guó)古代最早煉鋼法可追溯到春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，以海，以海綿狀塊煉鐵為原料再經(jīng)加熱滲碳，碳由表及里滲入綿狀塊煉鐵為原料再經(jīng)加熱滲碳，碳由表及里滲入，然后反復(fù)進(jìn)行鍛打，形成，然后反復(fù)進(jìn)行鍛打，形成

14、滲碳鋼滲碳鋼。 這種方法不要特殊設(shè)備，也不要復(fù)雜的技術(shù)，易于這種方法不要特殊設(shè)備，也不要復(fù)雜的技術(shù)，易于實(shí)現(xiàn)，成為中國(guó)最早的煉鋼方法。實(shí)現(xiàn)，成為中國(guó)最早的煉鋼方法。 河北易縣燕下都出土的一些滲碳鋼器物，如劍、戟河北易縣燕下都出土的一些滲碳鋼器物，如劍、戟、矛等，經(jīng)檢驗(yàn)均為含碳量不同的鋼制成。、矛等，經(jīng)檢驗(yàn)均為含碳量不同的鋼制成。燕下都遺址，今保定市燕下都遺址，今保定市易縣城東南易縣城東南 20 兩漢是中國(guó)古代煉鋼技術(shù)的大發(fā)展時(shí)期，如生鐵脫兩漢是中國(guó)古代煉鋼技術(shù)的大發(fā)展時(shí)期，如生鐵脫碳鋼、炒鋼、碳鋼、炒鋼、百煉鋼百煉鋼等都是在這個(gè)時(shí)期發(fā)展的。等都是在這個(gè)時(shí)期發(fā)展的。 “何意百煉剛，化為繞指柔何意

15、百煉剛，化為繞指柔”(晉劉琨詩(shī)，慷慨激晉劉琨詩(shī)，慷慨激昂的韻調(diào)中透出無(wú)限凄涼的意緒，將英雄失落的百昂的韻調(diào)中透出無(wú)限凄涼的意緒，將英雄失落的百端感慨表達(dá)得感人至深端感慨表達(dá)得感人至深)漢軍主戰(zhàn)兵器漢軍主戰(zhàn)兵器-環(huán)首長(zhǎng)刀（環(huán)首長(zhǎng)刀（百煉鋼打制）百煉鋼打制）21現(xiàn)代煉鋼起始于現(xiàn)代煉鋼起始于1856年英國(guó)人年英國(guó)人HBessemer發(fā)明的發(fā)明的底吹酸性轉(zhuǎn)爐底吹酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法，該法首次解決大規(guī)模生產(chǎn)液煉鋼法，該法首次解決大規(guī)模生產(chǎn)液態(tài)鋼的問(wèn)題，奠定近代煉鋼工藝方法的基礎(chǔ)。態(tài)鋼的問(wèn)題，奠定近代煉鋼工藝方法的基礎(chǔ)。由于空氣與鐵水直接作用，由于空氣與鐵水直接作用，Bessemer法具有很快法具有很快的冶煉速

16、度，成為當(dāng)時(shí)主要的煉鋼方法。的冶煉速度，成為當(dāng)時(shí)主要的煉鋼方法。 HBessemer貝塞麥在舍菲爾德開(kāi)辦的煉鋼廠貝塞麥在舍菲爾德開(kāi)辦的煉鋼廠 22艾菲爾鐵塔艾菲爾鐵塔鋼的應(yīng)用鋼的應(yīng)用建筑建筑設(shè)備設(shè)備不銹鋼容器不銹鋼容器23（6 6）有色金屬）有色金屬 近代以來(lái)，人們除了發(fā)展鋼鐵材料以外，還進(jìn)一步近代以來(lái)，人們除了發(fā)展鋼鐵材料以外，還進(jìn)一步發(fā)展了金、銀、銅、鈦、鋁、鎂、鉬等有色金屬及發(fā)展了金、銀、銅、鈦、鋁、鎂、鉬等有色金屬及其合金材料。全世界每年金屬材料總產(chǎn)量約達(dá)八億其合金材料。全世界每年金屬材料總產(chǎn)量約達(dá)八億噸，其中黑色金屬約占噸，其中黑色金屬約占95，有色金屬只占，有色金屬只占5。 有色金

17、屬資源的開(kāi)發(fā)和利用，不只是對(duì)鋼鐵材料的有色金屬資源的開(kāi)發(fā)和利用，不只是對(duì)鋼鐵材料的補(bǔ)充，更重要的是可發(fā)揮和開(kāi)發(fā)鋼鐵材料不具備的補(bǔ)充，更重要的是可發(fā)揮和開(kāi)發(fā)鋼鐵材料不具備的各種特殊性能。各種特殊性能。 在特定領(lǐng)域中，還必須采用有色金屬才能最大限度在特定領(lǐng)域中，還必須采用有色金屬才能最大限度滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)各種材科性能所提出的要求。滿足現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)各種材科性能所提出的要求。 24鋁合金車(chē)體鋁合金材料鋁合金航空材料鋁合金輪轂25銅襯電路板稀土NdFeB永磁合金鋯殼核燃料管鎂合金發(fā)動(dòng)機(jī)部件26（7) 高分子材料高分子材料從人類(lèi)文明出現(xiàn)以來(lái)，高分子材料就一直陪伴著人們。從人類(lèi)文明出現(xiàn)以來(lái)，高分子材料

18、就一直陪伴著人們。天然高分子，如絲、皮、毛等從遠(yuǎn)古開(kāi)始就被人們發(fā)現(xiàn)天然高分子，如絲、皮、毛等從遠(yuǎn)古開(kāi)始就被人們發(fā)現(xiàn)并利用。人們不斷改進(jìn)加工技術(shù)，將木、棉、麻、絲、皮、并利用。人們不斷改進(jìn)加工技術(shù)，將木、棉、麻、絲、皮、毛等用于建筑、工具、用品、紡織、造紙、制衣制革、防毛等用于建筑、工具、用品、紡織、造紙、制衣制革、防寒制品；寒制品；把植物體內(nèi)的把植物體內(nèi)的“樹(shù)脂樹(shù)脂”( (樹(shù)流出的油脂樹(shù)流出的油脂) )用于涂料、粘合用于涂料、粘合劑、藥物和溶劑等。劑、藥物和溶劑等。 天然橡膠絲綢波音波音787是世界上首款主體結(jié)構(gòu)采用是世界上首款主體結(jié)構(gòu)采用碳纖維復(fù)合材料制造的大型客機(jī)碳纖維復(fù)合材料制造的大型客

19、機(jī) 奔馳奔馳SLR跑車(chē)車(chē)身由碳纖維復(fù)合材跑車(chē)車(chē)身由碳纖維復(fù)合材料制成，車(chē)速可達(dá)料制成，車(chē)速可達(dá)334公里公里/小時(shí)小時(shí) PTFE材料材料尼龍產(chǎn)品尼龍產(chǎn)品2728 高分子材料發(fā)展之迅速，對(duì)人類(lèi)生活各領(lǐng)域影響之高分子材料發(fā)展之迅速，對(duì)人類(lèi)生活各領(lǐng)域影響之深入和廣泛在當(dāng)前各高新技術(shù)中發(fā)揮作用之重大深入和廣泛在當(dāng)前各高新技術(shù)中發(fā)揮作用之重大，是一般傳統(tǒng)材料難以比擬的是一般傳統(tǒng)材料難以比擬的。 沒(méi)有高分子材料，探測(cè)宇宙的空間飛船、高密度存沒(méi)有高分子材料，探測(cè)宇宙的空間飛船、高密度存儲(chǔ)光盤(pán)、飛機(jī)跨越太平洋的不停站飛行、飛行器的儲(chǔ)光盤(pán)、飛機(jī)跨越太平洋的不停站飛行、飛行器的紅外隱身，都只能是停留在腦子里的幻想

20、。紅外隱身，都只能是停留在腦子里的幻想。 可以預(yù)言，在人類(lèi)面臨能源和資源挑戰(zhàn)的可以預(yù)言，在人類(lèi)面臨能源和資源挑戰(zhàn)的21世紀(jì)，世紀(jì)，高分子材料將為人類(lèi)社會(huì)做出更大的貢獻(xiàn)高分子材料將為人類(lèi)社會(huì)做出更大的貢獻(xiàn)。29復(fù)合材料復(fù)合材料 20世紀(jì)人類(lèi)進(jìn)入新材料時(shí)代，衣、食、住、行以及世紀(jì)人類(lèi)進(jìn)入新材料時(shí)代，衣、食、住、行以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都離不開(kāi)新材料，同時(shí)出現(xiàn)了各種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都離不開(kāi)新材料，同時(shí)出現(xiàn)了各種材料的復(fù)合技術(shù)。材料的復(fù)合技術(shù)。 金屬與無(wú)機(jī)材料的復(fù)合金屬與無(wú)機(jī)材料的復(fù)合 金屬與高分子材料的復(fù)合金屬與高分子材料的復(fù)合 無(wú)機(jī)材料與高分子材料的復(fù)合無(wú)機(jī)材料與高分子材料的復(fù)合金屬金屬/高分子復(fù)合材高

21、分子復(fù)合材料料-粘結(jié)粘結(jié)NdFeB磁體磁體金屬金屬/無(wú)機(jī)復(fù)合材料無(wú)機(jī)復(fù)合材料-景泰藍(lán)景泰藍(lán)高分子高分子/無(wú)機(jī)復(fù)合材無(wú)機(jī)復(fù)合材料料-絕緣板材絕緣板材30材料的分類(lèi)： 按材料組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)； 按材料的使用性能分類(lèi)； 按材料的用途分類(lèi)； 31 材料是人類(lèi)一切生產(chǎn)和生活活動(dòng)的材料是人類(lèi)一切生產(chǎn)和生活活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)物質(zhì)基礎(chǔ)，歷，歷來(lái)是來(lái)是生產(chǎn)力的標(biāo)志生產(chǎn)力的標(biāo)志，人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的，人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的里程碑里程碑。 人類(lèi)文明的發(fā)展史就是一部利用材料、制造材人類(lèi)文明的發(fā)展史就是一部利用材料、制造材料和創(chuàng)造材料的歷史。料和創(chuàng)造材料的歷史。 對(duì)材料認(rèn)識(shí)和利用的能力，決定社會(huì)形態(tài)和人類(lèi)對(duì)材料認(rèn)識(shí)和利用的能力，決定社

22、會(huì)形態(tài)和人類(lèi)生活質(zhì)量生活質(zhì)量，所以人類(lèi)從沒(méi)中斷過(guò)追求，所以人類(lèi)從沒(méi)中斷過(guò)追求更好的材料更好的材料，讓材料具有，讓材料具有更優(yōu)異的性能更優(yōu)異的性能來(lái)滿足人類(lèi)社會(huì)發(fā)展來(lái)滿足人類(lèi)社會(huì)發(fā)展中層出不窮的新需要和追求。中層出不窮的新需要和追求。32制備與合成過(guò)程使用性能性質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)（化學(xué)）（工程）（物理學(xué)） 材料的組成材料的組成-結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)-性質(zhì)性質(zhì)-工藝過(guò)程關(guān)系示意圖工藝過(guò)程關(guān)系示意圖33材料材料固體物理、無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等 用于制造各種結(jié)構(gòu)和功能器件或物品一切材料形成的基礎(chǔ)和保障；推動(dòng)新材料發(fā)展和創(chuàng)新的動(dòng)力 34材料制備與合成材料制備與合成: 指采用合理方法和手段獲得材料的指采用合理方法和

23、手段獲得材料的過(guò)程，二者在定義上存在一定差別過(guò)程，二者在定義上存在一定差別 。材料合成材料合成：指促使原子分子結(jié)合而成材料的化學(xué)和指促使原子分子結(jié)合而成材料的化學(xué)和物理過(guò)程物理過(guò)程; ;材料制備材料制備：指研究如何控制原子與分子使之構(gòu)成指研究如何控制原子與分子使之構(gòu)成有有用的材料用的材料，這一點(diǎn)與材料合成的概念相同。但是材，這一點(diǎn)與材料合成的概念相同。但是材料制備還包括在更為宏觀的尺度上或者以更大的規(guī)料制備還包括在更為宏觀的尺度上或者以更大的規(guī)模?？刂撇牧系慕Y(jié)構(gòu)控制材料的結(jié)構(gòu)，使之具備所需的性能和使用效，使之具備所需的性能和使用效能，即包括能，即包括材料的加工、處理、裝備和制造材料的加工、處理

24、、裝備和制造。35 材料制備與合成就是建立原子、分子的新材料制備與合成就是建立原子、分子的新排列，從微觀到宏觀尺度對(duì)結(jié)構(gòu)予以控制，從而排列，從微觀到宏觀尺度對(duì)結(jié)構(gòu)予以控制，從而制造材料和零件的過(guò)程。制造材料和零件的過(guò)程。u 研究材料結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系、探索材料制研究材料結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系、探索材料制備與合成反應(yīng)原理、熟練應(yīng)用新型制備工藝制造新備與合成反應(yīng)原理、熟練應(yīng)用新型制備工藝制造新材料是材料是“材料制備與合成材料制備與合成”學(xué)科的目的。學(xué)科的目的。36綠色化綠色化 低成本化低成本化 低維化低維化 功能化功能化復(fù)合化復(fù)合化 高性能化高性能化2121世紀(jì)材料世紀(jì)材料制備技術(shù)制備技術(shù)設(shè)計(jì)模擬

25、、預(yù)測(cè)性設(shè)計(jì)模擬、預(yù)測(cè)性能、控制形態(tài)結(jié)構(gòu)能、控制形態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料復(fù)合材料各種形態(tài)各種形態(tài)的功能材的功能材料料納米材料納米材料納米線、管納米線、管薄膜薄膜減少資源浪費(fèi)減少資源浪費(fèi)環(huán)保環(huán)保減少環(huán)境污染減少環(huán)境污染37u超導(dǎo)材料、納米材料、特殊功能材料等的不斷出現(xiàn)都是超導(dǎo)材料、納米材料、特殊功能材料等的不斷出現(xiàn)都是材料制備與合成工藝發(fā)展的杰出成果，材料制備工藝的突材料制備與合成工藝發(fā)展的杰出成果，材料制備工藝的突破與新材料的出現(xiàn)是推動(dòng)材料學(xué)科以及相鄰學(xué)科發(fā)展的主破與新材料的出現(xiàn)是推動(dòng)材料學(xué)科以及相鄰學(xué)科發(fā)展的主要?jiǎng)恿?；要?jiǎng)恿?；u國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)和發(fā)展規(guī)劃納要國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)和發(fā)展規(guī)劃納要中也

26、已將材中也已將材料設(shè)計(jì)與制備的新原理與新方法列入面向國(guó)家重大戰(zhàn)略需料設(shè)計(jì)與制備的新原理與新方法列入面向國(guó)家重大戰(zhàn)略需求的基礎(chǔ)研究；求的基礎(chǔ)研究；u 目前隨著材料制備與合成工藝的發(fā)展和進(jìn)步，國(guó)際上幾目前隨著材料制備與合成工藝的發(fā)展和進(jìn)步，國(guó)際上幾乎每天都有數(shù)十萬(wàn)種的新化合物和新物相被制備與合成出乎每天都有數(shù)十萬(wàn)種的新化合物和新物相被制備與合成出來(lái)，而且仍將繼續(xù)下去。來(lái)，而且仍將繼續(xù)下去。 38教學(xué)安排教學(xué)安排教材：教材： 張以河主編，化學(xué)工業(yè)出版社張以河主編，化學(xué)工業(yè)出版社材料制備化學(xué)材料制備化學(xué) 第一章第一章 緒論緒論 第二章第二章 零維（球狀）納米材料的制備零維（球狀）納米材料的制備 第三章

27、第三章 一維、二維納米材料的制備一維、二維納米材料的制備39 第四章第四章 超分子材料的制備超分子材料的制備 第五章第五章 碳材料的制備碳材料的制備 第六章第六章 稀土發(fā)光材料的制備稀土發(fā)光材料的制備 第七章第七章 非線性光學(xué)晶體材料的制備非線性光學(xué)晶體材料的制備 第八章第八章 無(wú)機(jī)無(wú)機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料的制備無(wú)機(jī)復(fù)合材料的制備 第九章第九章 無(wú)機(jī)無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合材料的制備有機(jī)復(fù)合材料的制備 第十章第十章 工業(yè)固體廢物綜合利用綠色制備化學(xué)工業(yè)固體廢物綜合利用綠色制備化學(xué)40宏觀領(lǐng)域：宏觀領(lǐng)域：下限，下限，人的肉眼可見(jiàn)的人的肉眼可見(jiàn)的最小物體；上限，最小物體；上限，無(wú)限大的宇宙天無(wú)限大的宇宙天體。體。

28、 微觀領(lǐng)域：微觀領(lǐng)域：上限，分子、上限，分子、原子；下限，原子；下限，無(wú)限領(lǐng)域。無(wú)限領(lǐng)域。 介觀領(lǐng)域：介觀領(lǐng)域：介于宏觀介于宏觀和微觀之和微觀之間。間。 亞微米亞微米體系體系納米納米體系體系團(tuán)簇團(tuán)簇納納 米米 材材 料料41納米材料的定義納米材料的定義納米材料：納米材料：狹義上，有關(guān)原子團(tuán)簇、納米顆粒、納米線、納狹義上，有關(guān)原子團(tuán)簇、納米顆粒、納米線、納米薄膜和納米固體的總稱。米薄膜和納米固體的總稱。廣義上，晶粒或晶界等顯微結(jié)構(gòu)能達(dá)到納米尺寸廣義上，晶粒或晶界等顯微結(jié)構(gòu)能達(dá)到納米尺寸水平的材料。水平的材料。指納米顆粒和由它們構(gòu)成的納米薄膜和固體。廣指納米顆粒和由它們構(gòu)成的納米薄膜和固體。廣義地

29、，納米材料是指三維空間中至少有一維處于納義地，納米材料是指三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為單元構(gòu)成的材料。米尺度范圍或由它們作為單元構(gòu)成的材料。42按照結(jié)構(gòu)分類(lèi)按照結(jié)構(gòu)分類(lèi)三維結(jié)構(gòu)通常是指立體三維結(jié)構(gòu)通常是指立體的空間結(jié)構(gòu)。的空間結(jié)構(gòu)。- 納米粒子在三個(gè)方向上納米粒子在三個(gè)方向上不規(guī)則的延伸；不規(guī)則的延伸；- 形成具有精細(xì)特征的復(fù)形成具有精細(xì)特征的復(fù)雜的枝狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。雜的枝狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。二維結(jié)構(gòu)通常是指片狀二維結(jié)構(gòu)通常是指片狀的納米結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)。-納米粒子沿著兩個(gè)不同納米粒子沿著兩個(gè)不同方向延伸至微米量級(jí)，方向延伸至微米量級(jí)，而第三個(gè)方向仍保持?jǐn)?shù)而第三個(gè)方向仍保持?jǐn)?shù)十納米；

30、十納米；- 可以看做是獨(dú)立的薄皮?？梢钥醋鍪仟?dú)立的薄皮。按結(jié)構(gòu)分類(lèi)一維是指管狀或線狀的一維是指管狀或線狀的納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)。其尺寸沿一維方向伸；其尺寸沿一維方向伸；-可視為分立的線。可視為分立的線。指準(zhǔn)球形或球形的納米指準(zhǔn)球形或球形的納米粒子。粒子。-其尺寸在空間上并無(wú)其尺寸在空間上并無(wú) 特定的取向；特定的取向；可視為離散的點(diǎn)?？梢暈殡x散的點(diǎn)。43納米材料的特性納米材料的特性 1. 1. 小尺寸效應(yīng)小尺寸效應(yīng) 2. 2. 表面與界面效應(yīng)表面與界面效應(yīng) 3. 3. 量子尺寸效應(yīng)量子尺寸效應(yīng) 4. 4. 介電限域效應(yīng)介電限域效應(yīng) 5. 5. 宏觀量子隧道效應(yīng)宏觀量子隧道效應(yīng)44納米材料的制備方法

31、納米材料的制備方法 納米材料的合成與制備一直是納米科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)納米材料的合成與制備一直是納米科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究課題，材料制備工藝過(guò)程的研究與控制對(duì)納重要研究課題，材料制備工藝過(guò)程的研究與控制對(duì)納米材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能具有重要的影響。在所有納米材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能具有重要的影響。在所有納米材料的制備方法中，最終目的是所制得的納米顆粒米材料的制備方法中，最終目的是所制得的納米顆粒具有均一的大小和形狀。一旦形成了納米顆粒，則要具有均一的大小和形狀。一旦形成了納米顆粒，則要防止其團(tuán)聚和聚結(jié)。防止其團(tuán)聚和聚結(jié)。 45由上到下由上到下:由大到小，由大到小，將塊材破碎成納米粒將塊材破碎成納米粒子，或?qū)?/p>

32、大面積刻蝕子，或?qū)⒋竺娣e刻蝕成納米圖形等。成納米圖形等。 由下到上由下到上:由小到大，由小到大，將原子，分子按需要將原子，分子按需要生長(zhǎng)成納米顆粒，納生長(zhǎng)成納米顆粒，納米絲，納米膜或納米米絲，納米膜或納米粒子復(fù)合物等粒子復(fù)合物等納米材料的制備方法可分為兩大類(lèi)納米材料的制備方法可分為兩大類(lèi)46由下到上，由下到上，如在制備過(guò)程中不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，就稱物理法。常用的有霧如在制備過(guò)程中不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，就稱物理法。常用的有霧化法，濺射法，蒸發(fā)法，非晶晶化法等。化法，濺射法，蒸發(fā)法，非晶晶化法等。如在制備過(guò)程中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的就稱為化學(xué)法，常用的有金如在制備過(guò)程中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的就稱為化學(xué)法，常用的有金屬有機(jī)化

33、學(xué)氣相沉積法屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)，溶膠，溶膠-凝膠法凝膠法(sol-gel)，水，水熱法，共沉淀法等。熱法，共沉淀法等。由上到下，由上到下，如機(jī)械破碎法、非晶晶化法、原子法等如機(jī)械破碎法、非晶晶化法、原子法等47 根據(jù)制備狀態(tài)的不同，制備納米微粒的方法可以分為根據(jù)制備狀態(tài)的不同，制備納米微粒的方法可以分為氣相法、液相法和固相法等氣相法、液相法和固相法等; 根據(jù)是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，納米微粒的制備方法通常分根據(jù)是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，納米微粒的制備方法通常分為三大類(lèi)：化學(xué)方法、化學(xué)物理法及物理法；或者：為三大類(lèi)：化學(xué)方法、化學(xué)物理法及物理法；或者：化學(xué)方法、物理法及其它?；瘜W(xué)方法、物理法及其

34、它。 按反應(yīng)物狀態(tài)分為干法和濕法。按反應(yīng)物狀態(tài)分為干法和濕法。 大部分方法具有粒徑均勻，粒度可控，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)大部分方法具有粒徑均勻，粒度可控，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；有的也存在可生產(chǎn)材料范圍較窄，反應(yīng)條件較苛點(diǎn)；有的也存在可生產(chǎn)材料范圍較窄，反應(yīng)條件較苛刻，如高溫高壓、真空等缺點(diǎn)刻，如高溫高壓、真空等缺點(diǎn)。納米微粒的制備方法分類(lèi)納米微粒的制備方法分類(lèi)48納納米米粒粒子子制制備備方方法法氣相法氣相法液相法液相法沉淀法沉淀法水熱法水熱法溶膠凝膠法溶膠凝膠法冷凍干燥法冷凍干燥法噴霧法噴霧法氣體冷凝法氣體冷凝法氫電弧等離子體法氫電弧等離子體法濺射法濺射法真空沉積法真空沉積法加熱蒸發(fā)法加熱蒸發(fā)法混合等離子體法

35、混合等離子體法共沉淀法共沉淀法化合物沉淀法化合物沉淀法水解沉淀法水解沉淀法納納米米粒粒子子合合成成方方法法分分類(lèi)類(lèi)固相法固相法粉碎法粉碎法干式粉碎干式粉碎濕式粉碎濕式粉碎化學(xué)氣相反應(yīng)法化學(xué)氣相反應(yīng)法氣相分解法氣相分解法氣相合成法氣相合成法氣固反應(yīng)法氣固反應(yīng)法物理氣相法物理氣相法熱分解法熱分解法其它方法其它方法固相反應(yīng)法固相反應(yīng)法49納納米米粒粒子子制制備備方方法法物理法物理法化學(xué)法化學(xué)法粉碎法粉碎法構(gòu)筑法構(gòu)筑法沉淀法沉淀法水熱法水熱法溶膠凝膠法溶膠凝膠法冷凍干燥法冷凍干燥法噴霧法噴霧法干式粉碎干式粉碎濕式粉碎濕式粉碎氣體冷凝法氣體冷凝法濺射法濺射法氫電弧等離子體法氫電弧等離子體法共沉淀法共沉淀法均相沉淀法均相沉淀法水解沉淀法水解沉淀法納納米米粒粒子子合合成成方方法法分分類(lèi)類(lèi)氣相反應(yīng)法氣相反應(yīng)法液相反應(yīng)法液相反應(yīng)法氣相分解法氣相分解法氣相合成法氣相合成法氣固反應(yīng)法氣固反應(yīng)法化學(xué)物理法化學(xué)物理法(如球磨法如球磨法)50 物理法物理法1 1真空冷凝法真空冷凝法 用