无机材料合成PDF电子书下载

绪论 1

第一篇 无机材料合成科学基础 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 14

1.1.5 离子极化 15

1.1.6 电负性 16

1.1.7 鲍林规则 17

1.2 晶体的类型 21

1.2.1 离子晶体 21

1.2.2 分子晶体 22

1.2.3 共价晶体 22

1.2.4 金属晶体 23

1.2.5 氢键晶体 23

1.3 典型晶体结构类型 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 34

1.3.3 晶体结构模型 36

1.3.4 晶体结构变异 37

1.4 准晶态 48

1.4.1 准晶态的概念 48

1.4.2 准晶态的空间格子 51

1.4.3 准晶生长 52

1.4.4 无公度调制结构 53

1.4.5 准晶和Penrose拼砌 53

1.5 非晶质体 55

1.5.1 玻璃化转变 55

1.5.2 位置无序的统计描述 59

1.5.3 无机玻璃 60

第2章 晶体结构缺陷 64

2.1 缺陷化学基础 64

2.1.1 点缺陷 64

2.1.2 线缺陷 68

2.1.3 面缺陷 70

2.1.4 缺陷反应表示法 71

2.1.5 点缺陷的平衡和浓度 77

2.2 晶体缺陷对材料性能的影响及应用 80

2.2.1 晶体缺陷与活性烧结 80

2.2.2 晶界对烧结的促进作用 82

2.2.3 气氛的控制与材料致密度提高 82

2.2.4 工艺控制形成介稳材料 83

第3章 热力学及其应用 84

3.1 热效应 84

3.1.1 热容 84

3.1.2 热效应、生成热 85

3.1.3 溶解热、水化热 86

3.1.4 相变热 87

3.2 化学反应过程的方向性 88

3.3 过程产物的稳定性和生成序 89

3.4 热力学应用实例 90

第4章 扩散、固相反应与烧结 93

4.1 扩散基本理论 93

4.1.1 固体中质点扩散的特点 93

4.1.2 扩散动力学方程 94

4.1.3 扩散推动力 97

4.1.4 扩散微观结构及其扩散系数 99

4.1.5 扩散系数的测定 101

4.1.6 影响扩散的因素 102

4.2 固相反应概论 109

4.2.1 固相反应的特点 110

4.2.2 固相反应机理 110

4.2.3 固相反应动力学方程 116

4.2.4 影响固相反应的因素 123

4.3 烧结 128

4.3.1 烧结的特点与烧结过程 128

4.3.2 烧结推动力与烧结模型 129

4.3.3 固相烧结动力学 131

4.3.4 晶粒生长与二次再结晶 133

4.3.5 液相烧结和热压烧结 136

4.3.6 影响烧结的因素 137

第二篇 无机材料合成实验技术 145

第5章 高温技术 145

5.1 高温的获得 145

5.1.1 高温炉 145

5.1.2 自蔓延燃烧 147

5.1.3 激光加热 147

5.2 电热体 147

5.2.1 Ni-Cr和Fe-Cr-Al合金电热体 147

5.2.2 Pt和Pt-Rh电热体 148

5.2.3 Mo、W、Ta电热体 149

5.2.4 碳化硅（SiC）电热体 150

5.2.5 碳质电热体 150

5.2.6 二硅化钼（MoSi2）电热体 151

5.2.7 氧化物电热体 151

5.3 高温反应受热容器 152

5.4 高温测量 154

5.4.1 温标 154

5.4.2 温度测量方法 156

5.4.3 常用高温测量仪表 156

第6章 低温技术 159

6.1 获得低温的方法 159

6.2 低温源 160

6.3 低温测量 160

6.3.1 低温热电偶 161

6.3.2 电阻温度计 162

6.3.3 红外辐射温度计 162

6.3.4 新型低温温度传感器的测量成果 163

6.4 温度传感器的发展趋势 163

6.5 低温的控制 164

第7章 高压技术 166

7.1 高压合成定义 166

7.2 高压合成技术 167

7.2.1 静高压合成技术 167

7.2.2 动态高压合成技术 168

7.3 高压的测量 169

第8章 真空技术 171

8.1 概述 171

8.2 真空的获得和真空泵简介 171

8.2.1 真空的获得 171

8.2.2 真空泵简介 172

8.3 真空的测量 177

8.3.1 麦氏真空规（Mcleod gauge） 177

8.3.2 热偶真空规 179

8.3.3 热阴极电离真空规 179

8.3.4 冷阴极磁控规 180

8.4 真空管道的连接 180

8.5 真空清洁 181

8.6 超高真空系统 181

8.7 真空检漏 182

8.7.1 静态实验 182

8.7.2 易产生漏气的部位 183

8.7.3 检漏工具 183

第9章 气体净化及气氛控制技术 185

9.1 气体净化的方法 185

9.1.1 吸收 185

9.1.2 吸附 185

9.1.3 化学催化 186

9.1.4 冷凝 186

9.2 气体净化剂 187

9.2.1 干燥剂 187

9.2.2 脱氧剂和催化剂 188

9.2.3 吸附剂 189

9.3 气体流量的测定 189

9.3.1 转子流量计 189

9.3.2 毛细管流量计 190

9.4 定组成混合气体的配制 190

9.4.1 静态混合法 190

9.4.2 动态混合法 191

9.4.3 平衡法 192

9.5 使用气体时应注意的一些技术问题 192

9.5.1 气体连接管道 192

9.5.2 装置中气体的切换 192

第10章 物质的分离与纯化技术 194

10.1 分离与纯化方法的分类及特征 194

10.1.1 平衡分离过程 195

10.1.2 速率分离过程 198

10.2 吸附分离技术 199

10.2.1 概述 199

10.2.2 吸附机理 204

10.2.3 吸附分离工艺简介 205

10.3 吸收分离技术 210

10.3.1 吸收分离 210

10.3.2 吸收剂的选择原则 211

10.3.3 物理吸收和化学吸收 211

10.3.4 气体吸收工业应用 212

10.3.5 吸收塔与解吸塔 213

10.3.6 其他吸收 214

10.4 膜分离技术 216

10.4.1 膜的定义 217

10.4.2 膜的分类 218

10.4.3 传统膜分离技术 218

10.4.4 几种新型的膜分离技术 219

10.4.5 无机膜制备 222

第三篇 无机材料现代合成方法及应用 229

第11章 气相沉积法 229

11.1 化学气相沉积法 229

11.1.1 化学气相沉积法的化学反应 230

11.1.2 化学气相沉积法的技术装置 234

11.1.3 化学气相沉积法合成梯度功能材料 242

11.2 物理气相沉积法 242

11.2.1 真空蒸镀 243

11.2.2 溅射镀 246

11.2.3 离子镀 254

第12章 溶胶-凝胶合成法 258

12.1 基本原理和技术特点 258

12.2 溶胶-凝胶工艺 259

12.2.1 无机盐的水解-聚合反应 259

12.2.2 金属有机分子的水解-聚合反应 261

12.3 溶胶-凝胶法主要反应设备 262

12.3.1 原料计量设备 262

12.3.2 反应容器 263

12.3.3 混合分散装置 263

12.3.4 陈化干燥设备 263

12.3.5 热处理反应设备 263

12.4 溶胶-凝胶法在无机材料合成中的应用 263

12.4.1 高纯超细粉体的合成 263

12.4.2 纤维材料的合成 267

12.4.3 薄膜材料 267

12.4.4 块体材料 269

12.4.5 复合材料 269

第13章 水热与溶剂热合成法 271

13.1 水热与溶剂热反应化学类型 272

13.2 水热与溶剂热合成装置 274

13.2.1 等静压外热内压容器 275

13.2.2 等静压冷封自紧式高压容器 275

13.2.3 等静压锥封内压容器 275

13.2.4 等静压外热外压容器 276

13.2.5 等静压外热外压摇动反应器 276

13.2.6 等静压内加热高压容器 276

13.3 水热与溶剂热合成程序 277

13.4 水热与溶剂热合成实例 278

13.4.1 水热合成法制备磁性记忆材料 278

13.4.2 介孔材料的合成 279

13.4.3 特殊结构、凝聚态与聚集态的制备 279

13.4.4 复合氧化物与复合氟化物的合成 280

13.4.5 PZT粉体的水热合成 280

13.4.6 半导体材料的溶剂热合成 281

第14章 自蔓延高温合成方法 284

14.1 自蔓延高温合成法（SHS）发展简史 284

14.2 自蔓延高温合成法的原理 285

14.2.1 化学反应原理 285

14.2.2 自蔓延传播原理 286

14.3 自蔓延高温合成法反应类型 287

14.3.1 固态-固态反应 287

14.3.2 气态-固态反应 287

14.3.3 金属间化合物型的燃烧合成 288

14.3.4 复合相型的合成 288

14.4 自蔓延高温合成法（SHS）材料制备的特点及相应技术 289

14.4.1 自蔓延高温合成法（SHS）材料制备法的特点 289

14.4.2 自蔓延高温合成法（SHS）材料制备法的相应技术 289

14.5 SHS法的工艺与设备概况 291

14.6 自蔓延高温合成法（SHS）技术应用 292

14.6.1 耐高温材料的SHS合成 292

14.6.2 自蔓延高温合成法（SHS）涂层技术 295

14.6.3 SHS功能梯度材料技术 295

第15章 微波与等离子体合成 297

15.1 微波与材料的相互作用 298

15.1.1 材料分类 298

15.1.2 相互作用 298

15.2 微波等离子的特点 300

15.3 等离子反应过程 301

15.4 产生微波等离子体的装置 302

15.5 微波与等离子体合成及应用实例 304

15.5.1 沸石分子筛的微波合成 304

15.5.2 微波烧结 305

15.5.3 微波辐射法制备无机物 305

第16章 微重力合成 308

16.1 微重力及其特点 308

16.2 微重力条件下的材料实验系统 310

16.2.1 地面模拟系统 310

16.2.2 轨道实验系统 313

16.3 微重力研究历史 313

16.4 微重力技术应用 314

16.4.1 微重力环境下玻璃的熔化技术 315

16.4.2 高温氧化物晶体的生长 316

16.4.3 砷化镓单晶的等效微重力生长 318

第17章 超重力合成方法 320

17.1 超重力合成技术及工作原理 320

17.2 超重力装置 321

17.2.1 超重机的特点 321

17.2.2 应用超重力技术的旋转填料床 322

17.3 超重力反应沉淀法合成纳米材料及其应用 323

17.3.1 纳米碳酸钙 323

17.3.2 纳米氢氧化铝 324

17.3.3 纳米碳酸钡 324

17.3.4 纳米碳酸锂 325

17.3.5 纳米碳酸锶 325

第18章 无机材料的仿生合成 327

18.1 仿生合成技术简介及理论基础 327

18.1.1 仿生合成技术简介 327

18.1.2 仿生合成过程中分子作用的机理 328

18.2 典型的生物矿物材料 330

18.2.1 骨材料 331

18.2.2 珍珠层材料 331

18.2.3 纳米磁铁矿晶体 331

18.3 无机晶体形成的模板 332

18.4 纳米材料仿生合成 333

18.4.1 纳米微粒的仿生合成 333

18.4.2 仿生陶瓷薄膜和陶瓷薄膜涂层 334

18.4.3 复杂结构无机材料的仿生合成 335

第四篇 无机材料合成前沿领域 337

第19章 新型合金材料 337

19.1 非晶态合金 337

19.1.1 非晶态合金的结构特点 337

19.1.2 非晶态材料的制备 339

19.1.3 非晶态合金的制备方法 340

19.1.4 非晶态合金的性能及其应用 342

19.2 记忆合金 344

19.2.1 记忆合金的马氏体相变原理 344

19.2.2 形状记忆合金 346

19.2.3 形状记忆材料的应用 347

19.3 贮氢合金 349

19.3.1 贮氢合金的贮氢原理 349

19.3.2 贮氢合金的分类 350

19.3.3 贮氢合金的应用 353

第20章 先进陶瓷 357

20.1 结构陶瓷 357

20.1.1 结构陶瓷分类 358

20.1.2 氧化物陶瓷 358

20.1.3 非氧化物陶瓷 359

20.2 功能陶瓷 364

20.2.1 功能陶瓷分类 364

20.2.2 几种典型的功能陶瓷 365

第21章 人工晶体 444

21.1 晶体生长理论 444

21.1.1 晶体生长的基本过程 445

21.1.2 晶体生长理论简介 446

21.2 晶体生长技术 449

21.2.1 溶液法生长晶体 450

21.2.2 凝胶法生长晶体 453

21.2.3 助熔剂法 453

21.2.4 熔体中生长晶体 456

21.2.5 水热法晶体生长 458

21.2.6 气相生长 463

第22章 新型碳材料 466

22.1 富勒烯 467

22.1.1 C60的发现 467

22.1.2 富勒烯的结构 469

22.1.3 富勒烯的制备、分离及提纯 470

22.1.4 富勒烯的应用 472

22.2 碳纳米管 473

22.2.1 碳纳米管的结构及生长机理 474

22.2.2 制备方法 477

22.2.3 碳纳米管的性能及应用 480

22.3 人工金刚石及金刚石薄膜 488

22.3.1 金刚石的合成方法及应用 489

22.3.2 金刚石薄膜的合成方法及应用 491

22.4 碳／碳复合材料 494

22.4.1 碳／碳复合材料制备技术 495

22.4.2 碳／碳复合材料的应用 497

22.5 新型碳材料的发展趋势 498

22.5.1 国外新型碳材料发展趋势 499

22.5.2 国内碳材料研究与发展概况 500

22.5.3 低碳经济时代新型碳材料的发展机遇 501

第23章 发光材料 504

23.1 发光材料定义及分类 504

23.1.1 发光材料定义 504

23.1.2 发光材料分类 504

23.2 发光机理 505

23.2.1 光致发光材料发光机理 505

23.2.2 电致发光材料发光机理 506

23.2.3 化学发光材料发光机理 506

23.2.4 等离子体发光材料发光机理 506

23.3 主要发光材料及其合成 507

23.3.1 稀土发光材料 507

23.3.2 蓄光型无机发光材料 510

23.3.3 上转换无机发光材料 533

第24章 无机抗菌材料 537

24.1 无机抗菌材料定义及其分类 537

24.1.1 无机抗菌材料的发展概况 537

24.1.2 无机抗菌材料的定义 538

24.1.3 无机抗菌剂的分类 539

24.2 无机抗菌材料的抗菌机理 541

24.2.1 无机抗菌材料抗菌机理 541

24.2.2 抗菌与微生物 542

24.2.3 常用无机抗菌材料及其应用 545

24.3 纳米抗菌金属材料 554

24.3.1 概述 554

24.3.2 纳米尺寸效应 555

24.3.3 纳米金属粉末的制备 556

24.3.4 载银纳米金属离子抗菌材料 559

24.3.5 液态金属抗菌剂 560

24.3.6 纳米抗菌金属材料的应用实例 561

24.4 纳米抗菌无机非金属材料 562

24.4.1 纳米抗菌精细陶瓷 563

24.4.2 纳米抗菌精细陶瓷的制备方法 565

24.5 金属氧化物抗菌材料 566

24.5.1 概述 566

24.5.2 金属氧化物CaO与ZnO的抗菌机理 567

24.5.3 钙系列无机抗菌剂及其特点 567

24.5.4 钙系列抗菌剂的抗菌原理 568

24.5.5 钙系列无机抗菌剂的制造工艺 568

24.5.6 钙系列抗菌剂的应用 569

第25章 催化材料 570

25.1 催化材料定义及分类 570

25.1.1 催化材料概述 570

25.1.2 催化材料的种类和研究发展 571

25.1.3 催化剂载体的改进 584

25.1.4 新催化材料简介 586

25.2 汽车尾气催化材料及应用 590

25.2.1 汽车尾气治理现状 591

25.2.2 汽车尾气催化剂载体 593

25.2.3 汽车尾气催化剂的活性组分 596

25.2.4 汽车尾气催化剂的助剂 599

25.2.5 汽车尾气转化器反应机理 600

25.2.6 三效催化剂的制备 601

25.3 光催化材料及其应用 603

25.3.1 光催化材料的基本原理 603

25.3.2 高效光催化剂条件 604

25.3.3 光催化材料体系的分类 605

25.3.4 光催化材料的晶体结构特征 607

25.3.5 传统光催化材料性能的改进 608

25.3.6 存在的问题及未来发展方向 611

第26章 隐身材料 612

26.1 吸收剂 612

26.1.1 电损耗型吸收剂 612

26.1.2 铁氧体吸收剂 613

26.1.3 磁性金属粒子吸收剂 613

26.1.4 磁性金属晶须吸收剂 615

26.1.5 纳米吸收剂 615

26.2 隐身材料 616

26.2.1 雷达吸波材料 616

26.2.2 红外隐身材料 620

26.2.3 纳米复合隐身材料 621

26.2.4 其他隐身材料 624

26.3 前景展望 626

第27章 新能源材料 628

27.1 汽车动力电池材料 629

27.1.1 锂离子电池正极材料 629

27.1.2 锂离子电池负极材料 633

27.1.3 锂离子电池电解质材料 634

27.2 太阳能电池材料 635

27.2.1 晶体硅太阳能电池材料 636

27.2.2 非晶硅太阳能电池材料 638

27.2.3 多晶薄膜太阳能电池材料 638

27.2.4 纳米晶化学太阳能电池材料 639

27.2.5 染料敏化（色素增感）型太阳能电池材料 640

27.3 核能材料 641

27.3.1 裂变反应堆材料 642

27.3.2 聚变反应堆材料 644

27.3.3 新一代结构材料 645

27.3.4 核动力电池材料 648

27.3.5 核废料处理材料 650

参考文献 651