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绪论 1

第1篇 无机材料合成的科学基础 8

第1章 无机材料结构 8

1.1 晶体化学基础 8

1.1.1 原子结构 8

1.1.2 原子半径和离子半径 11

1.1.3 球体紧密堆积原理 12

1.1.4 配位数和配位多面体 15

1.1.5 离子极化 16

1.1.6 电负性 16

1.1.7 鲍林规则 18

1.2 晶体的类型 22

1.2.1 离子晶体 22

1.2.2 分子晶体 23

1.2.3 共价晶体 23

1.2.4 金属晶体 23

1.2.5 氢键晶体 24

1.3 典型结构类型 24

1.3.1 典型无机化合物晶体的结构 24

1.3.2 典型金属结构 35

1.3.3 晶体结构模型 37

1.3.4 晶体结构变异 38

1.4.1 准晶态的概念 50

1.4 准晶态 50

1.4.2 准晶态的空间格子 54

1.4.3 准晶生长 55

1.4.4 无公度调制结构 55

1.4.5 准晶和 Penrose 拼砌 56

1.5 非晶质体 57

1.5.1 玻璃化转变 58

1.5.2 位置无序的统计描述 61

1.5.3 无机玻璃 62

2.1.1 点缺陷 67

第2章 晶体结构缺陷 67

2.1 缺陷化学基础 67

2.1.2 线缺陷 71

2.1.3 面缺陷 73

2.1.4 缺陷反应表示方法 74

2.1.5 点缺陷的平衡和浓度 80

2.2 晶体缺陷对材料性能的影响及应用 83

2.2.1 晶体缺陷与活性烧结 83

2.2.2 晶界对烧结的促进作用 85

2.2.3 气氛的控制与材料致密度提高 85

2.2.4 工艺控制形成介稳材料 86

第3章 热力学的实际应用 87

3.1 热效应 87

3.1.1 热容 87

3.1.2 热效应与生成热 88

3.1.3 溶解热与水化热 89

3.1.4 相变热 90

3.2 化学反应过程的方向性 91

3.3 过程产物的稳定性和生成序 92

3.4 热力学应用实例 93

4.1.1 固体中质点扩散的特点 96

4.1 扩散基本理论 96

第4章 扩散、固相反应与烧结 96

4.1.2 扩散动力学方程 97

4.1.3 扩散推动力 101

4.1.4 扩散微观结构及其扩散系数 102

4.1.5 扩散系数的测定 104

4.1.6 影响扩散的因素 105

4.2 固相反应概论 113

4.2.1 固相反应的特点 114

4.2.2 固相反应机理 114

4.2.3 固相反应动力学方程 119

4.2.4 影响固相反应的因素 127

4.3 烧结 133

4.3.1 烧结的特点与烧结过程 133

4.3.2 烧结推动力与烧结模型 134

4.3.3 固相烧结动力学 137

4.3.4 晶粒生长与二次再结晶 138

4.3.5 液相烧结和热压烧结 142

4.3.6 影响烧结的因素 143

第5章 无机材料的表(界)面 151

5.1 表(界)面的基本理论 151

5.1.1 表(界)面的定义 151

5.1.2 表面力和表面能 152

5.1.3 界面相(表相)与体相 156

5.1.4 润湿、弯曲表面效应 157

5.1.5 对固体的黏附作用 162

5.1.6 表(界)面的分类 163

5.2 固体的表面特性 165

5.2.1 固体表面分子(原子)的运动受缚性 165

5.2.2 固体表面的不均一性 166

5.3 固体表面结构 168

5.3.1 晶体表面结构 168

5.3.2 粉体的表面结构 171

5.3.3 金属的真实表面 173

5.3.4 玻璃表面结构 174

5.3.5 陶瓷表(界)面 175

第2篇 无机材料合成实验技术 184

第6章 高温合成技术 184

6.1 获得高温的方法 184

6.2 电热体 186

6.3 高温测量 191

6.3.1 温标 191

6.3.2 温度测量方法 193

6.3.3 常用高温测量仪表 194

7.1 获得低温的方法 196

第7章 低温合成技术 196

7.2 低温源 197

7.3 低温测量 197

7.4 温度传感器的发展趋势 200

7.5 低温的控制 202

第8章 高压合成 204

8.1 高压合成定义 204

8.2 高压合成技术 205

8.2.1 静高压合成技术 205

8.2.2 动高压合成技术 206

9.1.1 真空的获得 209

第9章 真空合成 209

9.1 真空的获得和真空泵简介 209

9.1.2 真空泵简介 210

9.2 真空度测量用量具 215

9.2.1 麦氏真空规 215

9.2.2 热偶真空规 217

9.2.3 热阴极电离真空规 218

9.2.4 冷阴极磁控规 218

9.3 真空管道的连接 219

9.4 真空清洁 219

9.5 超高真空系统 220

9.6 真空检漏 221

第10章 气体净化及气氛控制 224

10.1 气体净化方法 224

10.2 气体净化剂 226

10.3 气体流量的测定 228

10.4 定组成混合气体的配制 229

10.5 使用气体时应注意的技术问题 231

第11章 物质的分离与纯化技术 232

11.1 分离与纯化方法的分类及特征 233

11.1.1 平衡分离过程 233

11.1.2 速率分离过程 236

11.2 吸附分离技术 237

11.2.1 概述 238

11.2.2 吸附机理 243

11.2.3 吸附分离工艺简介 243

11.3 吸收分离技术 249

11.3.1 分离 249

11.3.2 吸收剂的选择原则 250

11.3.3 物理吸收和化学吸收 250

11.3.4 气体吸收工业应用 251

11.3.5 吸收塔与解吸塔 252

11.3.6 其他吸收 253

11.4 膜分离技术 255

11.4.1 膜的定义 256

11.4.2 膜的分类 257

11.4.3 传统膜分离技术 257

11.4.4 几种新型的膜分离技术 259

11.4.5 无机膜制备 261

第3篇 无机材料现代合成方法及其应用 268

第12章 化学气相沉积法 268

12.1 化学气相沉积法的化学反应 269

12.1.1 热分解法 269

12.1.2 化学合成法 270

12.1.3 化学转移反应 271

12.1.4 等离子体增强的反应沉积 272

12.2 化学气相沉积法的技术装置 273

12.2.1 气相反应室 274

12.2.2 常用的加热方法 275

12.2.3 气体控制系统 275

12.2.4 排气处理系统 276

12.2.5 半导体超纯多晶硅的沉积生产装置 276

12.2.6 常压单晶外延和多晶薄膜沉积装置 277

12.2.7 热壁 LPCVD 装置 277

12.2.8 等离子体增强 CVD 装置 279

12.2.9 履带式常压 CVD 装置 280

12.2.10 模块式多室 CVD 装置 281

12.2.11 桶罐式 CVD 反应装置 281

12.2.12 砷化镓(GaAs)外延生长装置 281

12.3 化学气相沉积法合成梯度功能材料 282

第13章 溶胶-凝胶合成法 283

13.1 无机盐的水解-聚合反应 284

13.2 金属有机分子的水解-聚合反应 285

13.3 溶胶-凝胶法在无机材料合成中的应用 286

13.3.1 高纯精细陶瓷粉体的制备 286

13.3.2 制备纳米粒子 287

第14章 水热与溶剂热合成法 289

14.1 水热与溶剂热反应化学类型 290

14.1.1 合成反应 290

14.1.2 热处理反应 290

14.1.3 转晶反应 290

14.1.4 离子交换反应 290

14.1.5 单晶培育 290

14.1.9 氧化反应 291

14.1.11 晶化反应 291

14.1.10 沉淀反应 291

14.1.8 提取反应 291

14.1.7 分解反应 291

14.1.6 脱水反应 291

14.1.12 水解反应 292

14.1.13 烧结反应 292

14.1.14 反应烧结 292

14.1.15 水热热压反应 292

14.2 水热与溶剂热合成装置 293

14.2.1 等静压外热内压容器 293

14.2.5 等静压外热外压摇动反应器 294

14.2.4 等静压外热外压容器 294

14.2.3 等静压锥封内压容器 294

14.2.2 等静压冷封自紧式高压容器 294

14.2.6 等静压内加热高压容器 295

14.3 水热与溶剂热合成程序 295

14.4 水热与溶剂热合成实例 297

14.4.1 水热合成法制备磁性记忆材料 297

14.4.2 介孔材料的合成 297

14.4.3 特殊结构、凝聚态与聚集态的制备 298

14.4.4 复合氧化物与复合氟化物的合成 299

15.1 自蔓延高温合成法发展简史 300

第15章 自蔓延高温合成方法 300

15.2 自蔓延高温合成法的原理 301

15.2.1 化学反应原理 301

15.2.2 自蔓延传播原理 302

15.3 自蔓延高温合成法反应类型 303

15.3.1 固态-固态反应 303

15.3.2 气态-固态反应 304

15.3.3 金属间化合物型的燃烧合成 304

15.3.4 复合相型的合成 304

15.4 自蔓延高温合成法材料制备法的特点及相应技术 305

15.4.1 自蔓延高温合成法材料制备法的特点 305

15.4.2 自蔓延高温合成法材料制备法的相应技术 306

15.5 SHS 法的工艺与设备概况 307

15.6 自蔓延高温合成法技术应用 309

15.6.1 耐高温材料的 SHS 合成 309

15.6.2 自蔓延高温合成法涂层技术 311

15.6.3 SHS 功能梯度材料技术 312

第16章 微波与等离子体合成 313

16.1 微波与材料的相互作用 314

16.1.1 良导体 314

16.1.2 绝缘体 314

16.1.3 微波介质 314

16.1.4 磁性化合物 314

16.2 微波等离子的特点 316

16.3 等离子反应过程 317

16.4 产生微波等离子体的装置 318

16.5 微波与等离子体合成及应用实例 320

16.5.1 沸石分子筛的微波合成 320

16.5.2 微波烧结 321

16.5.3 微波辐射法制备无机物 321

第17章 微重力合成 324

17.1 微重力及其特点 324

17.2 微重力条件下的材料实验系统 326

17.2.1 地面模拟系统 326

17.3 微重力研究历史 329

17.2.2 轨道实验系统 329

17.4 微重力技术应用 331

17.4.1 微重力环境下玻璃的熔化技术 331

17.4.2 高温氧化物晶体的生长 333

17.4.3 砷化镓单晶的等效微重力生长 334

第18章 超重力合成方法 336

18.1 超重力合成技术及其原理 336

18.2 超重力装置 337

18.2.1 超重机 337

18.2.2 旋转填料床 338

18.2.3 错流型旋转填料床 339

18.3 超重力反应沉淀法合成纳米材料及其应用 340

18.3.1 纳米碳酸钙 340

18.3.2 纳米氢氧化铝 340

18.3.3 纳米碳酸钡 341

18.3.4 纳米碳酸锂 341

18.3.5 纳米碳酸锶 342

第19章 无机材料的仿生合成 343

19.1 仿生合成技术简介及理论基础 343

19.1.1 仿生合成技术简介 343

19.1.2 仿生合成过程中分子作用的机理 344

19.2 典型的生物矿物材料 346

19.2.1 骨材料 347

19.2.2 珍珠层材料 347

19.2.3 纳米磁铁矿晶体 348

19.3 无机晶体形成的模板 348

19.4 纳米材料仿生合成 349

19.4.1 纳米微粒的仿生合成 349

19.4.2 仿生陶瓷薄膜和陶瓷薄膜涂层 350

19.4.3 复杂结构无机材料的仿生合成 352

20.1.1 溶液中的直接配位作用 354

20.1 直接合成法 354

第20章 配位化合物的合成 354

第4篇 无机材料合成的前沿领域 354

20.1.2 组分化合法合成配合物 355

20.1.3 金属蒸气法和基底分离法合成配合物 356

20.2 组分交换法 357

20.2.1 金属交换反应 357

20.2.2 配体取代 357

20.2.3 配体上的反应与新配合物的生成 358

20.3 氧化还原反应法 358

20.3.1 通过氧化还原反应制备不同氧化态的金属化合物 359

20.3.2 电化学法 359

20.4 固相反应法 360

20.5 大环配件模板法 361

20.6 包结化合物的合成 362

20.6.1 层状包合物 362

20.6.2 多核过渡金属化合物和原子簇为主体的包合物合成 363

20.7 分子氮化合物的合成 364

第21章 新型合金材料 365

21.1 非晶态合金 365

21.1.1 非晶态合金的结构特点 365

21.1.2 非晶态材料的制备 367

21.1.3 非晶态合金的制备方法 368

21.1.4 非晶态合金的性能及其应用 370

21.2 记忆合金 372

21.2.1 记忆合金的马氏体相变原理 373

21.2.2 形状记忆合金 374

21.2.3 形状记忆材料的应用 375

21.3 贮氢合金 377

21.3.1 氢合金的贮氢原理 378

21.3.2 贮氢合金的分类 380

21.3.3 贮氢合金的应用 382

第22章 新型功能陶瓷 385

22.1 生物陶瓷 387

22.1.1 生物惰性陶瓷 388

22.1.2 生物活性陶瓷 391

22.2 敏感陶瓷 394

22.2.1 热敏陶瓷 397

22.2.2 压敏陶瓷 406

22.2.3 气敏陶瓷 410

22.2.4 湿敏陶瓷 418

22.2.5 其他敏感陶瓷简介 425

22.3.1 压电陶瓷概述 426

22.3.2 压电陶瓷的性能参数 426

22.3 压电陶瓷 426

22.3.3 压电陶瓷材料 432

22.3.4 压电陶瓷的应用 434

22.4 导体陶瓷 436

22.4.1 半导体陶瓷的导电特性 436

22.4.2 半导体掺杂陶瓷及其应用 438

22.4.3 陶瓷半导体元件 439

22.5 磁性陶瓷 441

22.5.1 磁性陶瓷的磁学基本性能 442

22.5.2 磁性陶瓷的分类 445

22.5.3 磁性陶瓷材料及其应用 447

23.1 晶体生长理论 459

第23章 晶体生长 459

23.1.1 晶体生长的基本过程 460

23.1.2 晶体生长理论简介 461

23.2 晶体生长技术 465

23.2.1 溶液法生长晶体 465

23.2.2 凝胶法生长晶体 468

23.2.3 助熔剂法 469

23.2.4 熔体中生长晶体 471

23.2.5 水热法晶体生长 474

23.2.6 从气相中生长单晶体 478

24.1.1 C60的发现 480

第24章 富勒烯及碳纳米管 480

24.1 富勒烯 480

24.1.2 富勒烯的结构 482

24.1.3 富勒烯的制备、分离及提纯 483

24.2 碳纳米管 486

24.2.1 碳纳米管的结构及生长机理 486

24.2.2 制备方法 489

24.3 碳纳米管的性能及应用 493

24.3.1 碳纳米管的性质 493

24.3.2 碳纳米管的应用研究 495

参考文献 499