材料化学在中国科学技术大学 学科发展与研究实践PDF电子书下载

第1章 材料化学——材料学科发展的新阶段 1

1.1 材料科学的发展与固态化学学科的诞生 1

1.1.1 材料科学与工程学科和高技术 1

1.1.2 材料功能性质与固态化学学科 2

1.1.3 固态离子学学科的形成与发展 5

1.2 20世纪80年代新材料研发的回顾 9

1.2.1 低压气相生长金刚石薄膜 9

1.2.2 高Tc超导氧化物材料研制 11

1.2.3 纳米粒子与纳米材料科学 13

1.2.4 从富勒烯到碳纳米管 14

1.3 材料化学的学科形成与发展 15

1.3.1 材料发展的第二次革命——材料制备化学 15

1.3.2 材料的软化学制备路线：概念与特点 16

1.3.3 材料化学学科在中国的发展 19

1.3.4 从固体化学到材料化学 21

1.3.5 材料化学学科在中国科学技术大学的发展 28

参考文献 33

第2章 从稀有元素到无机新材料的研究方向 35

2.1 建校初期的稀有元素专业（1958—1969） 35

2.1.1 稀有元素专业的始末 35

2.1.2 稀有元素专业的课程教学 36

2.1.3 学生毕业论文与科研实践 40

2.1.4 从锡渣中回收、提纯稀有元素Ta与Nb 40

2.2 学校南迁合肥初期的材料科学研究（1969—1973） 42

2.2.1 稀有元素专业的新转折点 42

2.2.2 硅烷法生产高纯硅材料的实践 42

2.2.3 从贵金属合金废料中分离提纯铂、钯、铱的研究 45

2.3 无机新材料专业培养方向及其实施（1972—1975） 47

2.3.1 无机材料培养方向的调研与确立 47

2.3.2 教员们的再学习与“青年教师培训班” 48

2.3.3 无机材料专业培养方向和人才培养体系 48

2.3.4 所系结合方针的重新实施 49

2.4 无机新材料研制促成学科建设（1973—1978） 50

2.4.1 氧化物气敏半导体材料和气敏传感器研制 51

2.4.2 高频大功率铁氧体材料的研制 51

2.4.3 GaN发光材料薄膜的研制 52

2.4.4 CVD学科与无机新材料：科学与技术领域的发展 54

结语 58

参考文献 58

第3章 材料化学在科学的春天里成长 60

3.1 新时代、新学科、新举措 60

3.1.1 固体化学——中国科学学科规划会议的热点话题 60

3.1.2 青年教员出国进修与成长 61

3.1.3 组建材料科学与工程系的先期提案报告 66

3.2 固态离子学研究方向的建树 75

3.2.1 美国斯坦福大学R·A·哈金斯教授和访问学者 75

3.2.2 固态离子学课题组 77

3.2.3 新型氧离子导体的研究 80

3.2.4 固体电化学气体传感器研制 82

3.3 气敏半导体陶瓷到先进陶瓷科学 83

3.3.1 中国科学技术大学与日本东京大学的科技合作 83

3.3.2 先进陶瓷学科的建树 85

3.4 新材料的研发与材料化学学科的成长 87

3.4.1 敏感陶瓷材料研究的继续开拓 87

3.4.2 离子导体材料研制与固体电化学气体传感器 88

3.4.3 发展新颖的CVD技术：从非晶硅太阳电池材料到金刚石薄膜 90

3.4.4 高温超导氧化物材料研究 90

3.5 材料科学与工程系的诞生和初期活动 92

3.5.1 新系组建前的科大无机化学专业 93

3.5.2 材料科学与工程系诞生与初期运作 94

3.5.3 《材料科学与工程系》简介 96

3.5.4 第2届全国固体化学与合成化学学术会议 102

3.5.5 中国科学技术大学30周年校庆点滴 104

结语 105

参考文献 106

第4章 在国际科技合作中学科的开拓与发展 107

4.1 国际科技合作与学科开拓、人才培养 107

4.2 日本功能陶瓷考察和与日立化成株式会社的合作 108

4.2.1 沈阳陶瓷厂“日本功能陶瓷考察”项目 108

4.2.2 在日立化成茨城研究所进修、访问 109

4.2.3 与日立化成株式会社的科技合作 110

4.3 功能陶瓷研究的强化——与丹麦RISO国家实验室的合作 111

4.3.1 始末概况 111

4.3.2 在“RISO实验室”基地上开拓先进陶瓷研究 112

4.3.3 十年合作环球花开 115

4.4 无机膜材料与膜过程新领域——与荷兰Twente大学的合作与交往 116

4.4.1 历史溯源 116

4.4.2 双方交流合作互访简况 117

4.4.3 无机膜科学与技术研究领域的建树 118

4.4.4 人才培养和“旅欧学子报告会” 119

4.5 从MOCVD陶瓷膜材料研究到与法国LMPM的科技合作 121

4.5.1 历史回溯 121

4.5.2 MOCVD功能陶瓷薄膜的科技合作 122

4.5.3 与LMPM实验室科技合作的开拓 125

4.6 MOCVD高温超导薄膜——在威斯康星大学的研究 125

4.6.1 始末概况 125

4.6.2 单一固体混合源MOCVD研制高温超导薄膜 126

4.6.3 单一固体混合源质量输运的模型研究 126

4.6.4 后续学术交流活动 127

4.7 友好的交往与合作，丰满的成果与收益 128

4.8 无机膜材料与膜技术研究领域发展初期概况 132

结语 140

参考文献 141

第5章 凝练学科方向和研究的平台——固体化学与无机膜研究所 143

5.1 研究所组建的历史回溯 143

5.1.1 中国科学院固体化学与材料工学重点实验室的申报（1988） 143

5.1.2 组建USTC材料研究与开发中心的提案 151

5.1.3 USTC固体化学与无机膜研究所的组建 151

5.2 研究所宗旨、特色与业绩 152

5.2.1 研究所概况 152

5.2.2 学科范围与人才培养 152

5.2.3 研究领域、特色与课题方向 153

5.2.4 国际科技合作 155

5.2.5 研究所状况点滴 156

5.3 无机膜的软化学合成与传质过程研究——重点基金课题之一 157

5.3.1 概况和摘要 157

5.3.2 项目主要研究成果及其学术和社会效益 158

5.3.3 申请专利情况 164

5.4 无机催化分离膜材料——重点基金课题之二 165

5.4.1 课题立项与成果概况 165

5.4.2 中国科大研究工作成果简介 166

5.4.3 无机分离催化膜与膜反应器——863项目 168

5.5 材料科学与工程学位点与研究生教育的完善 170

5.5.1 材料科学与工程博士学位点的成功申报（1995—1999） 170

5.5.2 迎接21世纪——重点学科规划与展望 171

5.6 世纪之交的材料科学发展——年度大事记 176

5.6.1 研究所1999年花絮 176

5.6.2 研究所2000年十大事件 177

5.6.3 研究所2001年大事记 178

5.6.4 研究所2002年大事记 179

5.7 世纪之交的学科发展与著书立说（1998—2000） 180

第6章 无机膜研究所基地——长城新元膜科技有限公司 183

6.1 合肥长城新元膜科技公司组建始末 183

6.1.1 无机膜技术与绿色科技 183

6.1.2 无机膜研究所实用化研究目标 185

6.1.3 媒体宣传与研究成果转化的契机 186

6.2 公司的构建、业务宗旨和经营理念 187

6.2.1 公司构建初期的回顾 187

6.2.2 公司业务、经营方针与理念 191

6.2.3 “长城新元膜”的技术特征 192

6.3 无机膜技术的工程应用 193

6.3.1 机械加工行业的各种含油废水 194

6.3.2 超细（纳米）粉体的洗涤 195

6.3.3 有色金属工业中湿法冶金工艺的应用 195

6.3.4 果汁的澄清、除菌 196

6.3.5 陶瓷膜处理、回用锅炉凝结水 196

6.4 中科大无机膜研究所研发基地 197

6.4.1 陶瓷膜技术应用开发研究 197

6.4.2 新型陶瓷膜滤材的研制 198

6.4.3 高温气体陶瓷过滤膜材料 199

6.4.4 陶瓷膜燃料电池新能源的制作平台 200

参考文献 202

第7章 陶瓷膜燃料电池——21世纪绿色能源装置 204

7.1 燃料电池——21世纪的最佳发电系统 204

7.2 CMFC的原理、性能与其关键部件 208

7.2.1 SOFC/CMFC的过程原理 208

7.2.2 单电池U-I特性及其相关极化现象 210

7.2.3 SOFC电池构型 214

7.3 从SOFC到CMFC的历史性发展 218

7.3.1 SOFC的前期发展和关键材料 218

7.3.2 世纪之交SOFC的研究与开发的新趋势 219

7.3.3 从传统高温SOFC到中温SOFC 221

7.4 SOFC/CMFC关键制备技术——薄膜化电解质制备 222

7.4.1 化学气相淀积法／电化学气相淀积技术 223

7.4.2 溅射法 224

7.4.3 流延法 224

7.4.4 轧辊法 225

7.4.5 丝网印刷法 225

7.4.6 浆料涂覆法 226

7.4.7 静电喷涂法 226

7.4.8 等离子喷涂法 227

7.4.9 空气加压喷涂法 227

7.5 发展陶瓷膜燃料电池在我国的机遇 228

7.5.1 SOFC国内外研发现状 228

7.5.2 SOFC/CMFC在我国发展的机遇 230

参考文献 233

第8章 陶瓷膜燃料电池在中国科学技术大学的研究和进展 235

8.1 以“新型固体燃料电池”为主题的香山科学会议 236

8.1.1 会议申办过程始末 236

8.1.2 香山科学会议的概况 238

8.1.3 会议的结论和意义 240

8.2 中温陶瓷膜燃料电池作为21世纪绿色能源 243

8.2.1 引言 243

8.2.2 正在研制中的几种中温陶瓷膜燃料电池 243

8.2.3 中温陶瓷膜燃料电池的应用前景 246

8.2.4 结语 246

8.3 陶瓷膜燃料电池关键材料的研制 247

8.3.1 固体电解质材料的研究 248

8.3.2 阳极材料的制备、微结构及性能研究 252

8.3.3 新型阴极材料的探索 253

8.4 陶瓷膜燃料电池的核心制造技术的研发 254

8.4.1 软化学法制备高性能微细功能陶瓷粉体 254

8.4.2 阳极支撑薄层电解质单电池的制备技术 255

8.4.3 第11届全国固态离子学会议（CSSI）暨固态化学装置国际研讨会 256

8.5 陶瓷膜燃料电池研发中的误区与“逆主流思考” 259

8.5.1 SOFC研发中的“逆主流思考”及其辩证法 259

8.5.2 逆“平板构型的研究主流”，重视管状构型SOFC的研发 260

8.5.3 逆“氧离子导体固体电解质之主流”，重视质子导电电解质材料的研究 261

8.5.4 逆“阳极支撑PEN构型的主流”，重视阴极支撑构型的研究 262

8.5.5 逆“针对化石燃料的研究主流”，侧重研究合成液体燃料的CMFC 263

8.6 实用化导向和“逆主流思考”技术路线的研究成果 264

8.6.1 先进的多通道扁管构型CMFC和制备技术 264

8.6.2 高性能的SOFC/CMFC电池堆关键材料——陶瓷连接材料的研究 265

8.6.3 发展新颖化学气相淀积技术制备电极支撑的CMFC 266

8.6.4 液态非化石燃料的陶瓷膜燃料电池 268

8.7 并未结束的结语 269

参考文献 270

第9章 49能源路线 274

9.1 解决能源与环境问题需要一条科学发展路线 274

9.1.1 能源与环境问题——人类社会面临的重大挑战 274

9.1.2 中国的能源现状与问题 276

9.1.3 我们的地球上不应存在“能源危机” 277

9.1.4 新能源开发需要确立科学发展路线 278

9.2 49能源路线的由来与内涵 278

9.2.1 陶瓷膜燃料电池—未来能源利用的核心装置 279

9.2.2 CMFC研发的“逆主流思考”：燃料电池＝燃料＋电池 281

9.2.3 氨经济和甲醇经济促成“49能源路线” 283

9.3 49能源载体——资源和能源的科学循环方式 287

9.3.1 49能源路线的内涵——能源资源科学循环路线图 287

9.3.2 49能源载体天然合理性及其电化学膜过程本质 288

9.3.3 对“氢能与氢能社会”的辨析 288

9.4 发展49能源载体经济，深入相关基础研究 289

9.4.1 CMFC和49燃料将为中国经济发展带来新机遇 290

9.4.2 从清洁液体燃料驱动汽车到电动车的可行方案 292

9.4.3 实施低碳经济的最佳路线——碳基燃料IGFC发电与CO2的捕集 294

9.4.4 质子导电CMFC——方兴未艾的基础研究领域 298

9.5 中国科学技术大学五秩华诞—“中国新能源”校友论坛 300

参考文献 302

第10章 化学气相淀积——学科发展与实践30年 303

10.1 从气相生长GaN发光材料薄膜到CVD学科发展 304

10.2 化学气相淀积：学科基础与应用 306

10.3 等离子体CVD技术的发展与应用 309

10.3.1 等离子体CVD创新尝试——气敏半导体材料的PCVD 309

10.3.2 PCVD法制备薄膜型氧离子导体YSZ传感器 310

10.3.3 微波等离子体增强的CVD：从非晶硅太阳电池材料到金刚石薄膜 310

10.4 MOCVD进一步的发展——高温（Tc）超导氧化物材料研究 311

10.5 β-二酮螯合物源MOCVD与固体混合源CVD技术 312

10.5.1 单一固体混合源MOCVD技术成功研制了YBa2Cu3O7-δ薄膜 313

10.5.2 单一固体混合源质量输运及其理论模型 314

10.6 CVD过程的理论处理——实践与积累 314

10.6.1 CVD过程热力学和质量输运模型 315

10.6.2 表面生长过程模型及其发展 315

10.7 CVD过程在无机膜制备中的应用 318

10.7.1 概述 318

10.7.2 CVD技术用于无机分离膜制备的方式和优势 318

10.7.3 CVD法制备透氢无机膜 318

10.7.4 顶层膜CVD缩孔和修饰 319

10.7.5 单一混合源MOCVD法制备多组分氧化物功能薄膜 319

10.8 气溶胶辅助的CVD技术制备陶瓷膜燃料电池功能膜 321

10.9 CMFC的研制促使新颖CVD技术的集成和开拓 323

10.9.1 凝聚态源CVD技术制备CMFC的装置研制 324

10.9.2 连续CVD技术——多层氧化物膜器件生产的未来？ 327

结语与展望 329

参考文献 331