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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