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材料科学
题目

合成新材料的一个巧妙方法是以现有的晶体材料为基础,把一些新原子导入其 空位或有选择性地移除某些原子, 前者称为______后者称为______引入或 抽取原子后其结构一般保持不变。2.名词解释1.水热法:指在高压釜中,通过对反应体系加热、加压,产生相对高温、高压的 反应环境,使通常难溶或不溶的物质溶解而达到过饱和、进而析出晶体的方法。2.高温溶液生长法:又称熔盐法,是采用液态金属或熔融无机化合物为溶剂,在高温下把晶体原料溶解,形成均匀的饱和溶液,通过缓慢降温或其他方法析出晶 体的技术。3.离子镀:指蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子形式沉积在固体表面的方 法,是真空蒸镀与阴极溅射技术的结合。4.化学气相输运:是指在一定条件下把材料转变成挥发性的中间体, 再改变条件 使原来的材料重新形成的过程。5.溶胶一凝胶法:是通过凝胶前驱体的水解缩聚制备金属氧化物材料的湿化学方 法。6.自蔓延高温合成法:是利用反应物间化学反应热的自加热和自传导作用来合成 材料的一种技术。三•简答题1.何为化学气相沉积法?简述其应用及分类。答:1)化学气相沉积法(CVD是指通过气相化学反应生成固态产物并沉积在固 体表面的方法。2)CVD法可用于制造覆膜、粉末、纤维等材料,它是半导体工业中应用最为广泛的沉积多种材料的技术,包括制造大范围的绝缘材料、大多数金属材料和 合金材料。2.简述溶胶一凝胶法的原理及优、缺点。答:1)溶胶一凝胶法的原理:溶胶一凝胶法一般以含高化学活性结构的化合物(无机盐或金属醇盐)为前驱体(起始原料),其主要反应步骤是先将前驱体溶 于溶剂(水或有机溶剂)中,形成均匀的溶液,并进行水解、缩合,在溶液中形 成稳定的透明溶胶体系,经陈化胶粒间缓慢聚合,形成三维空间网络结构,网络 间充满了失去流动性的溶剂,形成凝胶。凝胶经过后处理(如干燥、烧结固化) 可制备出所需的材料。2)溶胶一凝胶法的优缺点:优点:a.由于溶胶一凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中形成低黏度的溶 液,因此可在很短的时间内获得分子水平的均匀性, 在形成凝胶时,反应物之间 很可能是在分子水平上被均匀地混合;b.经过溶液反应步骤,很容易均匀定量地掺入一些微量元素,实现分子水平上的 均匀掺杂;c.一般认为溶胶一凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内, 而固相反应时组分扩散 在微米范围内,因此化学反应较容易进行且所需温度较低;d.选择合适的条件可以制备各种新型材料。缺点:a.所使用的原料价格比较昂贵,有些原料为有机物,对健康有害;b.通常整个溶胶一凝胶过程所需时间较长,常需要几天或几周;c.凝胶中存在大量微孔,在干燥过程中会逸出许多气体及有机物,并产生收缩。3.简述矿化剂的主要作用。答:1)改变反应机制降低反应活化能;2)影响晶核的生成速率;3)影响结晶速率及晶格结构;4)降低系统的共熔点,改善液相性质等。4.简述自蔓延高温合成的技术类型。答:根据燃烧合成所采用的设备以及最终产物的结构等,可以将SHS分为六种主要技术形式:1)SHS制粉技术;2)SHS烧结技术;3)SHS致密化技术;4)SHS熔铸;5)SHS焊接;6)SHS涂层。5.简述液相骤冷法的特点。答:液相骤冷法的基本特点是先将金属或合金加热熔融成液态,然后通过不同途 径使熔体急速降温,降温速度高达105~108°C/s,以致晶体生长来不及成核就降 温到原子热运动足够低的温度,从而把熔体中的无序结构“冻结”并保留下来, 得到结构无序的固体材料,即非晶或玻璃态材料。样品可制成几微米到几十微米 的薄片、薄带或细丝状。

合成新材料的一个巧妙方法是以现有的晶体材料为基础,把一些新原子导入其 空位或有选择性地移除某些原子, 前者称为______后者称为______引入或 抽取原子后其结构一般保持不变。2.名词解释1.水热法:指在高压釜中,通过对反应体系加热、加压,产生相对高温、高压的 反应环境,使通常难溶或不溶的物质溶解而达到过饱和、进而析出晶体的方法。2.高温溶液生长法:又称熔盐法,是采用液态金属或熔融无机化合物为溶剂,在高温下把晶体原料溶解,形成均匀的饱和溶液,通过缓慢降温或其他方法析出晶 体的技术。3.离子镀:指蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子形式沉积在固体表面的方 法,是真空蒸镀与阴极溅射技术的结合。4.化学气相输运:是指在一定条件下把材料转变成挥发性的中间体, 再改变条件 使原来的材料重新形成的过程。5.溶胶一凝胶法:是通过凝胶前驱体的水解缩聚制备金属氧化物材料的湿化学方 法。6.自蔓延高温合成法:是利用反应物间化学反应热的自加热和自传导作用来合成 材料的一种技术。三•简答题1.何为化学气相沉积法?简述其应用及分类。答:1)化学气相沉积法(CVD是指通过气相化学反应生成固态产物并沉积在固 体表面的方法。2)CVD法可用于制造覆膜、粉末、纤维等材料,它是半导体工业中应用最为广泛的沉积多种材料的技术,包括制造大范围的绝缘材料、大多数金属材料和 合金材料。2.简述溶胶一凝胶法的原理及优、缺点。答:1)溶胶一凝胶法的原理:溶胶一凝胶法一般以含高化学活性结构的化合物(无机盐或金属醇盐)为前驱体(起始原料),其主要反应步骤是先将前驱体溶 于溶剂(水或有机溶剂)中,形成均匀的溶液,并进行水解、缩合,在溶液中形 成稳定的透明溶胶体系,经陈化胶粒间缓慢聚合,形成三维空间网络结构,网络 间充满了失去流动性的溶剂,形成凝胶。凝胶经过后处理(如干燥、烧结固化) 可制备出所需的材料。2)溶胶一凝胶法的优缺点:优点:a.由于溶胶一凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中形成低黏度的溶 液,因此可在很短的时间内获得分子水平的均匀性, 在形成凝胶时,反应物之间 很可能是在分子水平上被均匀地混合;b.经过溶液反应步骤,很容易均匀定量地掺入一些微量元素,实现分子水平上的 均匀掺杂;c.一般认为溶胶一凝胶体系中组分的扩散在纳米范围内, 而固相反应时组分扩散 在微米范围内,因此化学反应较容易进行且所需温度较低;d.选择合适的条件可以制备各种新型材料。缺点:a.所使用的原料价格比较昂贵,有些原料为有机物,对健康有害;b.通常整个溶胶一凝胶过程所需时间较长,常需要几天或几周;c.凝胶中存在大量微孔,在干燥过程中会逸出许多气体及有机物,并产生收缩。3.简述矿化剂的主要作用。答:1)改变反应机制降低反应活化能;2)影响晶核的生成速率;3)影响结晶速率及晶格结构;4)降低系统的共熔点,改善液相性质等。4.简述自蔓延高温合成的技术类型。答:根据燃烧合成所采用的设备以及最终产物的结构等,可以将SHS分为六种主要技术形式:1)SHS制粉技术;2)SHS烧结技术;3)SHS致密化技术;4)SHS熔铸;5)SHS焊接;6)SHS涂层。5.简述液相骤冷法的特点。答:液相骤冷法的基本特点是先将金属或合金加热熔融成液态,然后通过不同途 径使熔体急速降温,降温速度高达105~108°C/s,以致晶体生长来不及成核就降 温到原子热运动足够低的温度,从而把熔体中的无序结构“冻结”并保留下来, 得到结构无序的固体材料,即非晶或玻璃态材料。样品可制成几微米到几十微米 的薄片、薄带或细丝状。

题目解答

答案

插层法, 反插层法。

解析

本题考查材料合成方法中的两种基本操作,需要区分“引入原子”和“移除原子”对应的术语。关键在于理解“插层法”与“反插层法”的定义及应用场景,前者指将原子插入晶体空位,后者指有选择性地移除原子,两者均保持晶体结构不变。

第一空:插层法

插层法是指将新原子或分子插入晶体材料的层状结构空位中,例如在石墨烯层间插入锂离子形成插层化合物。此过程不破坏原有晶体结构,常用于制备功能材料(如电池电极材料)。

第二空:反插层法

反插层法是插层法的逆过程,指通过化学或物理手段从晶体层状结构中移除已插入的原子或分子。例如,锂离子从石墨插层化合物中脱出。此操作同样保持晶体结构完整,常用于材料的循环利用或性能调控。

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