材料科学讲稿(总).pptVIP

一、溶液法 溶液法的特点是：制备材料所需的组分都包含在溶液中，即以均匀相的溶液为出发点，通过各种途径使溶质与溶剂分离而得到所需要的组分的前驱体，再经热分解即可制得所需的物料。这种方法多用于制备氧化物多晶陶瓷材料。根据溶质与溶剂分离的方式不同，可分为： 1．溶剂蒸发法是通过溶液中溶剂的蒸发而使溶质从过饱和状态下结晶析出，从而与溶剂分离制得所需的晶体材料。这类方法中最简单的是直接蒸发法。它是将溶液在加热器中直接加热，使溶剂蒸发而制得干燥的粉料。该法只适用于单组分体系。对于多组分体系来说，由于各组分在溶剂中有溶解度的差别，因而在溶剂蒸发过程中，具有不同溶解度的溶质析出的行后次序不同，从而造成成分的分离，使体系失去原有的化学均匀性，因而难以得到性能优良的晶体材料。 为了使溶液在加热蒸发时保持其他学均匀性，近年来发展了抑制成分分离的多种蒸发方法。主要有：喷雾干燥法、溶液蒸发分解法（又称喷雾焙烧法）、共分解法、流化床干燥法、乳化干燥法以及冷冻干燥法等。这些方法通常是将溶液分散成小液滴，以减少成分分离可能发生的范围，并将大小液滴（或冰冻微小颗粒）迅速加热，使溶剂蒸发（或升华），从而抑制成分的分离。应用这些方法，已制得ZnO粉料，?-Al2O3、ZrO3-Al2O3复相陶瓷材料、PLZT陶瓷材料以及铁氧体陶瓷材料等。溶剂蒸发法选用的溶液一般为硫酸盐、硝酸盐或有机酸盐（如醋酸盐、柠檬酸盐）溶液，即选择的盐类必须是易于热分解的，经热分解即可制得氧化物晶体材料。 3．液相界面反应法 将SiCl4的有机溶液与液氨置于密闭的低温容器中，由于密度的差别，有机溶液与液氨之间将形成一定的界面。在界面上将发生如下反应： SiCl4+6NH3(1)→Si(NH)2+4NH4Cl 经过滤清洗反应副产物NH4Cl及除去有机溶剂后，再将Si(NH)2加热分解，得到无定形Si3N4，最后再经结晶化处理，即可制得高纯超细高?相含量的优质Si3N4晶体粉料。由于采取了低温反应控制反应速度以及有效的洗涤去除反应副产物NH4Cl，所以用这种方法制备的Si3N4粉料中的Cl–离子含量很低，其烧结性能及制成材料的性能都很好。为了避免使用低温设备及提高界面反应速度，可以采用常温加压的方法使NH3保持液态。 与陶瓷法相比，溶液法具有许多明显的优点。首先是所得的晶体粉料具有很好的化学均匀性和反应活性，煅烧形成所需要的相时，由于粒子的扩散路途和变短，因而可降低煅烧温度，颗粒尺寸也易于控制，并可改善烧结性能。其次，可以通过控制溶液各组分的浓度来达到对晶体粉料的化学配比和化学计算的精确控制。再者，易于均匀地分散微量的添加剂，还可避免机械粉碎（如球磨等）过程中的杂质引入，使制得的晶体粉料化学纯度高、质量好 核磁共振谱是检测处于磁场中核的能级，由于吸收射频区电磁辐射而发生跃迁的一种分析表征技术。在原子内，电子围绕自己的轴而旋转，由于自旋的结果，导致沿着自旋轴产生了一个磁矩，所以电子起着微小磁棒的作用。某些类型的核也围绕自己的轴自转，而且这些核和电子一样起着极小磁棒的作用。氢核(质子)和电子一样，它的自旋量子数也为?1/2。如果把质子放在一个磁场中，它的排列方式或与磁场方向相一致（较低能态），或与磁场的方向相反（较高能态）。自旋量子数+1/2相当于排列方式与磁场方向一致，–1/2相当于排列方式与磁场方向相反。为了把核的自旋与外加磁场一致的排列方式改变为与外加磁场方向相反的、能量较高的不稳定状态，就需要额外的能量，因此必须吸收能量。这种能量吸收的结果会在磁共振仪中产生一个信号，这就形成了核磁共振谱法的基础。凡具有自旋量子数不为零的所有核都具有角动量，因此它们都有磁矩，即在外磁场中会产生NMR信号。例如1H、11B、13C、19F、31P、117Sn等，但在NMR研究中最常用的是氢谱和碳谱。磁核电磁辐射能吸收是材料分子中原子核磁性的函数。将吸收的射频能外磁场作图，就得到一张核磁共振谱图。特别注意：谱线的位置、数目、强度、宽度和分裂情况 核磁共振谱 （NMR） 电子顺磁共振谱，电子自旋共振(esr)，它是与核磁共振在机理上相类似的一种表征技术，但电子顺磁共振涉及到的是电子而不是核。当一个化合物含有成单的电子时，这个成单电子围绕自己的辐旋转并产生一个磁矩。和NMR法中的核一样，这个电子的磁矩可以与外加磁场成同向或反向。要把电子自旋方向由与外加磁场方向同向改变成与外加磁场方向反向的较高能态，就需向体系供给能量。正如在NMR法中一样，在EPR法中，能量是由适当频率的电磁辐射提供的。辐射能的吸收就产生了EPR或ESR谱。将吸收的辐射能对外磁场作图，就得到了电子顺磁共振谱图。 虽然EPR法和NMR法十分相似，但它们在所需的能量上是不同的。把一个电子的自旋扭转方向所需要的能量较大，这是因为电