功能材料合成的方法PPT课件下载推荐.ppt

1、液相状态液相状态 全致密材料全致密材料化学试剂化学试剂（原料）（原料）前前 驱驱 体体合成合成（混混合合）成成 型型烧结烧结陶瓷陶瓷材料材料现代无机材料（陶瓷）制备的主要过程（2）无机材料制备的特点以高纯度、高细度的化学试剂为原料以高纯度、高细度的化学试剂为原料需要精确控制材料的化学组成、添加物的数量和分布、晶体结构和材料微观结构需要精确控制材料的化学组成、添加物的数量和分布、晶体结构和材料微观结构等等烧结后的陶瓷材料往往存在少量孔隙烧结后的陶瓷材料往往存在少量孔隙（3）高分子材料制备的特点 石油、天石油、天然气然气（原料）（原料）裂解、蒸裂解、蒸馏馏（初级处（初级处理）理）有机原料有机原料（

2、乙烯、乙（乙烯、乙炔等）炔等）有机合成有机合成（聚合、缩（聚合、缩合等）合等）高分子高分子材料材料高分材料制备的主要过程在液相或气相中进行在液相或气相中进行往往需要催化剂往往需要催化剂固相反应的特点固相反应的特点（1 1）固相反应属于）固相反应属于非均相反应非均相反应，参与反应的固相，参与反应的固相相互接触是反应物间发生化学作用和物质传输的相互接触是反应物间发生化学作用和物质传输的先决条件。先决条件。（2 2）固相反应开始温度与反应物内部开始呈现）固相反应开始温度与反应物内部开始呈现显显著扩散作用著扩散作用的温度（泰曼温度）相一致，它与物的温度（泰曼温度）相一致，它与物质熔点之间存在一定的关系

3、，金属为质熔点之间存在一定的关系，金属为0.30.4T0.30.4Tmm，盐类和硅酸盐分别为，盐类和硅酸盐分别为0.50.7T0.50.7Tmm和和0.80.9T0.80.9Tmm。（3 3）固相反应通常由几个简单的物理化学过程构）固相反应通常由几个简单的物理化学过程构成，如化学反应、扩散、结晶、熔融、升华等成，如化学反应、扩散、结晶、熔融、升华等优点：生产量大，工序少优点：生产量大，工序少缺点：缺点：（1 1）原料的机械粉碎和混合无法使反应各组分布）原料的机械粉碎和混合无法使反应各组分布达到微观均匀，粉料粒度常大于达到微观均匀，粉料粒度常大于1mm1mm。（2 2）固相反应只能在界面上进行，

4、随后进行的扩）固相反应只能在界面上进行，随后进行的扩散十分困难。散十分困难。（3 3）反应产物往往是包含了一定反应物和产物的）反应产物往往是包含了一定反应物和产物的混合体系，难以分离和提纯。混合体系，难以分离和提纯。（4 4）高温下反应器可能被侵蚀而污染产物）高温下反应器可能被侵蚀而污染产物。固相反应法的优缺点固相反应经历四个阶段：固相反应经历四个阶段：扩散扩散反应反应成核成核生长生长 但由于各阶段进行的速率在不同的反应体系或同一反应但由于各阶段进行的速率在不同的反应体系或同一反应体系不同的反应条件下不尽相同，使得各个阶段的特征并非清体系不同的反应条件下不尽相同，使得各个阶段的特征并非清晰可辨

5、，总反应特征只表现为反应的决速步的特征。晰可辨，总反应特征只表现为反应的决速步的特征。一般用于无机固体材料的制备。如一般用于无机固体材料的制备。如 高熔点金属粉末的烧结高熔点金属粉末的烧结 难熔化合物的熔化和再结晶难熔化合物的熔化和再结晶 各种功能陶瓷体的烧成等。各种功能陶瓷体的烧成等。固相反应 根据固相化学反应发生的温度，将固相化学反应分根据固相化学反应发生的温度，将固相化学反应分为三类：为三类：u反应温度低于反应温度低于100100的低热固相反应的低热固相反应u反应温度介于反应温度介于100100600600之间的中热固相反应之间的中热固相反应u反应温度高于反应温度高于600600的高温固

6、相反应的高温固相反应 虽然这仅是一种人为的分法，但每一类固相虽然这仅是一种人为的分法，但每一类固相反应的特征各有所不同，不可替代，在合成化学反应的特征各有所不同，不可替代，在合成化学中必将充分发挥各自的优势。中必将充分发挥各自的优势。低热固相合成 1993 1993年年MalloukMallouk教授在教授在ScienceScience上的评述中指上的评述中指出的：传统固相化学反应合成所得到的是热力学出的：传统固相化学反应合成所得到的是热力学稳定的产物，而那些介稳中间物或动力学控制的稳定的产物，而那些介稳中间物或动力学控制的化合物往往只能在较低温度下存在，它们在高温化合物往往只能在较低温度下存

7、在，它们在高温时分解或重组成热力学稳定产物。时分解或重组成热力学稳定产物。为了得到介稳为了得到介稳态固相反应产物，扩大材料的选择范围，有必要态固相反应产物，扩大材料的选择范围，有必要降低固相反应温度。降低固相反应温度。根据固体中连续的化学键作用的分布范围，可将根据固体中连续的化学键作用的分布范围，可将固体分为延伸固体和分子固体两类。固体分为延伸固体和分子固体两类。延伸固体是指化学键作用无间断地贯穿整个晶格。一般地，原子晶体、金属晶体和大多数离子晶体一般地，原子晶体、金属晶体和大多数离子晶体中的化学键中的化学键（即共价键、金属键、离子键即共价键、金属键、离子键）连续贯连续贯穿整个晶格，属于延伸固

8、体。穿整个晶格，属于延伸固体。延伸固体按连续的化学键空间分布可分为一维、延伸固体按连续的化学键空间分布可分为一维、二维和三维固体。一维和二维固体合称为低维固二维和三维固体。一维和二维固体合称为低维固体。体。分子固体中，由于化学键只在分子内部是连续的，分子固体中，由于化学键只在分子内部是连续的，固体中分子间只靠弱得多的分子间力联系，故可固体中分子间只靠弱得多的分子间力联系，故可看作零维晶体。看作零维晶体。以碳元素的几种单质和化合物的结构为以碳元素的几种单质和化合物的结构为例：例：u金刚石是由共价键将各碳原子连接成具有三金刚石是由共价键将各碳原子连接成具有三维空间无限延伸的网状结构的物质每个碳原维

9、空间无限延伸的网状结构的物质每个碳原子与相邻的四个碳原子相连，因而它属三维晶子与相邻的四个碳原子相连，因而它属三维晶体；体；u石墨中每个碳原子则与同一平面上的另外三石墨中每个碳原子则与同一平面上的另外三个碳原子以共价键相连，形成二维无限延伸的个碳原子以共价键相连，形成二维无限延伸的片，片与片之间以范德华力结合成层状，故为片，片与片之间以范德华力结合成层状，故为二维晶体二维晶体；u聚乙炔中，每个聚乙炔中，每个CHCH单元与同在一条直线上单元与同在一条直线上的另外两个的另外两个CHCH单元以共价键结合形成一维单元以共价键结合形成一维无限延伸的链，链与链之间靠范德华力连无限延伸的链，链与链之间靠范德

10、华力连接形成晶格，此为一维晶体；接形成晶格，此为一维晶体；u C C6060的结构与上述所有结构都不同，其中每的结构与上述所有结构都不同，其中每6060个碳原子首先连接形成一个个碳原子首先连接形成一个“巴基球巴基球”，然后这些球体靠范德华力结合形成面心，然后这些球体靠范德华力结合形成面心立方晶格，这是零维晶体。立方晶格，这是零维晶体。实例：固体实例：固体4 4甲基苯胺与固体甲基苯胺与固体CoClCoCl2 26H6H2 2O O按按2 2：1 1摩尔比在室温摩尔比在室温（20）（20）下混合，一旦接触，界下混合，一旦接触，界面即刻变蓝，稍加研磨反应完全该反应甚至面即刻变蓝，稍加研磨反应完全该反

11、应甚至在在00同样瞬间变色。但在同样瞬间变色。但在CoClCoCl2 2的水溶液中加的水溶液中加入入4 4甲基苯胺甲基苯胺（摩尔比同上摩尔比同上），无论是加热煮，无论是加热煮沸还是研磨、搅拌都不能使白色的沸还是研磨、搅拌都不能使白色的4 4甲基苯甲基苯胺表面变蓝，即使在饱和的胺表面变蓝，即使在饱和的CoCl2CoCl2水溶液中也水溶液中也是如此。是如此。拓扑化学控制原理拓扑化学控制原理 在固相反应中，各固体反应物的在固相反应中，各固体反应物的晶格是高度有序排列的，因而晶格分子的晶格是高度有序排列的，因而晶格分子的移动较困难，只有合适取向的晶面上的分移动较困难，只有合适取向的晶面上的分子足够地靠

12、近，才能提供合适的反应中心，子足够地靠近，才能提供合适的反应中心，使固相反应得以进行，这就是固相反应特使固相反应得以进行，这就是固相反应特有的拓扑化学控制原理。有的拓扑化学控制原理。溶液中反应物分子处于溶剂的包溶液中反应物分子处于溶剂的包围中分子碰撞机会各向均等，因而反应围中分子碰撞机会各向均等，因而反应主要由反应物的分子结构决定。主要由反应物的分子结构决定。化学液相制备原理化学液相制备原理 1 1、溶剂在反应中的作用、溶剂在反应中的作用 提供反应场所提供反应场所 发生溶剂效应即因溶剂的存在而使化学平衡或化发生溶剂效应即因溶剂的存在而使化学平衡或化学反应的速率发生改变的效应，这些影响可物理学反

13、应的速率发生改变的效应，这些影响可物理的也可以是化学的，如反应物在溶剂中发生离解，的也可以是化学的，如反应物在溶剂中发生离解，这些离子又与溶剂作用成为溶剂化的离子。这些离子又与溶剂作用成为溶剂化的离子。在水中以溶剂化的形式存在，如在水中以溶剂化的形式存在，如H H3 3O O+溶剂的粘度等动力性质，直接影响反应物的传能溶剂的粘度等动力性质，直接影响反应物的传能传质速率传质速率溶剂的介电性质对离子反应的相互作用影响溶剂的介电性质对离子反应的相互作用影响溶剂的化学效应：溶剂分子作为反应物或产物参溶剂的化学效应：溶剂分子作为反应物或产物参与了化学反应与了化学反应 溶剂对反应速率的影响：溶剂对反应速率的影响：（1 1）溶剂介电常数的影响：介电常数大的溶剂会降低）溶剂介电常数的影响：介电常数大的溶剂会降低离子间的引力，不利于离子间的化合反应。离子间的引力，不