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绪论1

第一篇 无机材料合成科学基础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14

1.1.5 离子极化15

1.1.6 电负性16

1.1.7 鲍林规则17

1.2 晶体的类型21

1.2.1 离子晶体21

1.2.2 分子晶体22

1.2.3 共价晶体22

1.2.4 金属晶体23

1.2.5 氢键晶体23

1.3 典型晶体结构类型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34

1.3.3 晶体结构模型36

1.3.4 晶体结构变异37

1.4 准晶态48

1.4.1 准晶态的概念48

1.4.2 准晶态的空间格子51

1.4.3 准晶生长52

1.4.4 无公度调制结构53

1.4.5 准晶和Penrose拼砌53

1.5 非晶质体55

1.5.1 玻璃化转变55

1.5.2 位置无序的统计描述59

1.5.3 无机玻璃60

第2章 晶体结构缺陷64

2.1 缺陷化学基础64

2.1.1 点缺陷64

2.1.2 线缺陷68

2.1.3 面缺陷70

2.1.4 缺陷反应表示法71

2.1.5 点缺陷的平衡和浓度77

2.2 晶体缺陷对材料性能的影响及应用80

2.2.1 晶体缺陷与活性烧结80

2.2.2 晶界对烧结的促进作用82

2.2.3 气氛的控制与材料致密度提高82

2.2.4 工艺控制形成介稳材料83

第3章 热力学及其应用84

3.1 热效应84

3.1.1 热容84

3.1.2 热效应、生成热85

3.1.3 溶解热、水化热86

3.1.4 相变热87

3.2 化学反应过程的方向性88

3.3 过程产物的稳定性和生成序89

3.4 热力学应用实例90

第4章 扩散、固相反应与烧结93

4.1 扩散基本理论93

4.1.1 固体中质点扩散的特点93

4.1.2 扩散动力学方程94

4.1.3 扩散推动力97

4.1.4 扩散微观结构及其扩散系数99

4.1.5 扩散系数的测定101

4.1.6 影响扩散的因素102

4.2 固相反应概论109

4.2.1 固相反应的特点110

4.2.2 固相反应机理110

4.2.3 固相反应动力学方程116

4.2.4 影响固相反应的因素123

4.3 烧结128

4.3.1 烧结的特点与烧结过程128

4.3.2 烧结推动力与烧结模型129

4.3.3 固相烧结动力学131

4.3.4 晶粒生长与二次再结晶133

4.3.5 液相烧结和热压烧结136

4.3.6 影响烧结的因素137

第二篇 无机材料合成实验技术145

第5章 高温技术145

5.1 高温的获得145

5.1.1 高温炉145

5.1.2 自蔓延燃烧147

5.1.3 激光加热147

5.2 电热体147

5.2.1 Ni-Cr和Fe-Cr-Al合金电热体147

5.2.2 Pt和Pt-Rh电热体148

5.2.3 Mo、W、Ta电热体149

5.2.4 碳化硅（SiC）电热体150

5.2.5 碳质电热体150

5.2.6 二硅化钼（MoSi2）电热体151

5.2.7 氧化物电热体151

5.3 高温反应受热容器152

5.4 高温测量154

5.4.1 温标154

5.4.2 温度测量方法156

5.4.3 常用高温测量仪表156

第6章 低温技术159

6.1 获得低温的方法159

6.2 低温源160

6.3 低温测量160

6.3.1 低温热电偶161

6.3.2 电阻温度计162

6.3.3 红外辐射温度计162

6.3.4 新型低温温度传感器的测量成果163

6.4 温度传感器的发展趋势163

6.5 低温的控制164

第7章 高压技术166

7.1 高压合成定义166

7.2 高压合成技术167

7.2.1 静高压合成技术167

7.2.2 动态高压合成技术168

7.3 高压的测量169

第8章 真空技术171

8.1 概述171

8.2 真空的获得和真空泵简介171

8.2.1 真空的获得171

8.2.2 真空泵简介172

8.3 真空的测量177

8.3.1 麦氏真空规（Mcleod gauge）177

8.3.2 热偶真空规179

8.3.3 热阴极电离真空规179

8.3.4 冷阴极磁控规180

8.4 真空管道的连接180

8.5 真空清洁181

8.6 超高真空系统181

8.7 真空检漏182

8.7.1 静态实验182

8.7.2 易产生漏气的部位183

8.7.3 检漏工具183

第9章 气体净化及气氛控制技术185

9.1 气体净化的方法185

9.1.1 吸收185

9.1.2 吸附185

9.1.3 化学催化186

9.1.4 冷凝186

9.2 气体净化剂187

9.2.1 干燥剂187

9.2.2 脱氧剂和催化剂188

9.2.3 吸附剂189

9.3 气体流量的测定189

9.3.1 转子流量计189

9.3.2 毛细管流量计190

9.4 定组成混合气体的配制190

9.4.1 静态混合法190

9.4.2 动态混合法191

9.4.3 平衡法192

9.5 使用气体时应注意的一些技术问题192

9.5.1 气体连接管道192

9.5.2 装置中气体的切换192

第10章 物质的分离与纯化技术194

10.1 分离与纯化方法的分类及特征194

10.1.1 平衡分离过程195

10.1.2 速率分离过程198

10.2 吸附分离技术199

10.2.1 概述199

10.2.2 吸附机理204

10.2.3 吸附分离工艺简介205

10.3 吸收分离技术210

10.3.1 吸收分离210

10.3.2 吸收剂的选择原则211

10.3.3 物理吸收和化学吸收211

10.3.4 气体吸收工业应用212

10.3.5 吸收塔与解吸塔213

10.3.6 其他吸收214

10.4 膜分离技术216

10.4.1 膜的定义217

10.4.2 膜的分类218

10.4.3 传统膜分离技术218

10.4.4 几种新型的膜分离技术219

10.4.5 无机膜制备222

第三篇 无机材料现代合成方法及应用229

第11章 气相沉积法229

11.1 化学气相沉积法229

11.1.1 化学气相沉积法的化学反应230

11.1.2 化学气相沉积法的技术装置234

11.1.3 化学气相沉积法合成梯度功能材料242

11.2 物理气相沉积法242

11.2.1 真空蒸镀243

11.2.2 溅射镀246

11.2.3 离子镀254

第12章 溶胶-凝胶合成法258

12.1 基本原理和技术特点258

12.2 溶胶-凝胶工艺259

12.2.1 无机盐的水解-聚合反应259

12.2.2 金属有机分子的水解-聚合反应261

12.3 溶胶-凝胶法主要反应设备262

12.3.1 原料计量设备262

12.3.2 反应容器263

12.3.3 混合分散装置263

12.3.4 陈化干燥设备263

12.3.5 热处理反应设备263

12.4 溶胶-凝胶法在无机材料合成中的应用263

12.4.1 高纯超细粉体的合成263

12.4.2 纤维材料的合成267

12.4.3 薄膜材料267

12.4.4 块体材料269

12.4.5 复合材料269

第13章 水热与溶剂热合成法271

13.1 水热与溶剂热反应化学类型272

13.2 水热与溶剂热合成装置274

13.2.1 等静压外热内压容器275

13.2.2 等静压冷封自紧式高压容器275

13.2.3 等静压锥封内压容器275

13.2.4 等静压外热外压容器276

13.2.5 等静压外热外压摇动反应器276

13.2.6 等静压内加热高压容器276

13.3 水热与溶剂热合成程序277

13.4 水热与溶剂热合成实例278

13.4.1 水热合成法制备磁性记忆材料278

13.4.2 介孔材料的合成279

13.4.3 特殊结构、凝聚态与聚集态的制备279

13.4.4 复合氧化物与复合氟化物的合成280

13.4.5 PZT粉体的水热合成280

13.4.6 半导体材料的溶剂热合成281

第14章 自蔓延高温合成方法284

14.1 自蔓延高温合成法（SHS）发展简史284

14.2 自蔓延高温合成法的原理285

14.2.1 化学反应原理285

14.2.2 自蔓延传播原理286

14.3 自蔓延高温合成法反应类型287

14.3.1 固态-固态反应287

14.3.2 气态-固态反应287

14.3.3 金属间化合物型的燃烧合成288

14.3.4 复合相型的合成288

14.4 自蔓延高温合成法（SHS）材料制备的特点及相应技术289

14.4.1 自蔓延高温合成法（SHS）材料制备法的特点289

14.4.2 自蔓延高温合成法（SHS）材料制备法的相应技术289

14.5 SHS法的工艺与设备概况291

14.6 自蔓延高温合成法（SHS）技术应用292

14.6.1 耐高温材料的SHS合成292

14.6.2 自蔓延高温合成法（SHS）涂层技术295

14.6.3 SHS功能梯度材料技术295

第15章 微波与等离子体合成297

15.1 微波与材料的相互作用298

15.1.1 材料分类298

15.1.2 相互作用298

15.2 微波等离子的特点300

15.3 等离子反应过程301

15.4 产生微波等离子体的装置302

15.5 微波与等离子体合成及应用实例304

15.5.1 沸石分子筛的微波合成304

15.5.2 微波烧结305

15.5.3 微波辐射法制备无机物305

第16章 微重力合成308

16.1 微重力及其特点308

16.2 微重力条件下的材料实验系统310

16.2.1 地面模拟系统310

16.2.2 轨道实验系统313

16.3 微重力研究历史313

16.4 微重力技术应用314

16.4.1 微重力环境下玻璃的熔化技术315

16.4.2 高温氧化物晶体的生长316

16.4.3 砷化镓单晶的等效微重力生长318

第17章 超重力合成方法320

17.1 超重力合成技术及工作原理320

17.2 超重力装置321

17.2.1 超重机的特点321

17.2.2 应用超重力技术的旋转填料床322

17.3 超重力反应沉淀法合成纳米材料及其应用323

17.3.1 纳米碳酸钙323

17.3.2 纳米氢氧化铝324

17.3.3 纳米碳酸钡324

17.3.4 纳米碳酸锂325

17.3.5 纳米碳酸锶325

第18章 无机材料的仿生合成327

18.1 仿生合成技术简介及理论基础327

18.1.1 仿生合成技术简介327

18.1.2 仿生合成过程中分子作用的机理328

18.2 典型的生物矿物材料330

18.2.1 骨材料331

18.2.2 珍珠层材料331

18.2.3 纳米磁铁矿晶体331

18.3 无机晶体形成的模板332

18.4 纳米材料仿生合成333

18.4.1 纳米微粒的仿生合成333

18.4.2 仿生陶瓷薄膜和陶瓷薄膜涂层334

18.4.3 复杂结构无机材料的仿生合成335

第四篇 无机材料合成前沿领域337

第19章 新型合金材料337

19.1 非晶态合金337

19.1.1 非晶态合金的结构特点337

19.1.2 非晶态材料的制备339

19.1.3 非晶态合金的制备方法340

19.1.4 非晶态合金的性能及其应用342

19.2 记忆合金344

19.2.1 记忆合金的马氏体相变原理344

19.2.2 形状记忆合金346

19.2.3 形状记忆材料的应用347

19.3 贮氢合金349

19.3.1 贮氢合金的贮氢原理349

19.3.2 贮氢合金的分类350

19.3.3 贮氢合金的应用353

第20章 先进陶瓷357

20.1 结构陶瓷357

20.1.1 结构陶瓷分类358

20.1.2 氧化物陶瓷358

20.1.3 非氧化物陶瓷359

20.2 功能陶瓷364

20.2.1 功能陶瓷分类364

20.2.2 几种典型的功能陶瓷365

第21章 人工晶体444

21.1 晶体生长理论444

21.1.1 晶体生长的基本过程445

21.1.2 晶体生长理论简介446

21.2 晶体生长技术449

21.2.1 溶液法生长晶体450

21.2.2 凝胶法生长晶体453

21.2.3 助熔剂法453

21.2.4 熔体中生长晶体456

21.2.5 水热法晶体生长458

21.2.6 气相生长463

第22章 新型碳材料466

22.1 富勒烯467

22.1.1 C60的发现467

22.1.2 富勒烯的结构469

22.1.3 富勒烯的制备、分离及提纯470

22.1.4 富勒烯的应用472

22.2 碳纳米管473

22.2.1 碳纳米管的结构及生长机理474

22.2.2 制备方法477

22.2.3 碳纳米管的性能及应用480

22.3 人工金刚石及金刚石薄膜488

22.3.1 金刚石的合成方法及应用489

22.3.2 金刚石薄膜的合成方法及应用491

22.4 碳／碳复合材料494

22.4.1 碳／碳复合材料制备技术495

22.4.2 碳／碳复合材料的应用497

22.5 新型碳材料的发展趋势498

22.5.1 国外新型碳材料发展趋势499

22.5.2 国内碳材料研究与发展概况500

22.5.3 低碳经济时代新型碳材料的发展机遇501

第23章 发光材料504

23.1 发光材料定义及分类504

23.1.1 发光材料定义504

23.1.2 发光材料分类504

23.2 发光机理505

23.2.1 光致发光材料发光机理505

23.2.2 电致发光材料发光机理506

23.2.3 化学发光材料发光机理506

23.2.4 等离子体发光材料发光机理506

23.3 主要发光材料及其合成507

23.3.1 稀土发光材料507

23.3.2 蓄光型无机发光材料510

23.3.3 上转换无机发光材料533

第24章 无机抗菌材料537

24.1 无机抗菌材料定义及其分类537

24.1.1 无机抗菌材料的发展概况537

24.1.2 无机抗菌材料的定义538

24.1.3 无机抗菌剂的分类539

24.2 无机抗菌材料的抗菌机理541

24.2.1 无机抗菌材料抗菌机理541

24.2.2 抗菌与微生物542

24.2.3 常用无机抗菌材料及其应用545

24.3 纳米抗菌金属材料554

24.3.1 概述554

24.3.2 纳米尺寸效应555

24.3.3 纳米金属粉末的制备556

24.3.4 载银纳米金属离子抗菌材料559

24.3.5 液态金属抗菌剂560

24.3.6 纳米抗菌金属材料的应用实例561

24.4 纳米抗菌无机非金属材料562

24.4.1 纳米抗菌精细陶瓷563

24.4.2 纳米抗菌精细陶瓷的制备方法565

24.5 金属氧化物抗菌材料566

24.5.1 概述566

24.5.2 金属氧化物CaO与ZnO的抗菌机理567

24.5.3 钙系列无机抗菌剂及其特点567

24.5.4 钙系列抗菌剂的抗菌原理568

24.5.5 钙系列无机抗菌剂的制造工艺568

24.5.6 钙系列抗菌剂的应用569

第25章 催化材料570

25.1 催化材料定义及分类570

25.1.1 催化材料概述570

25.1.2 催化材料的种类和研究发展571

25.1.3 催化剂载体的改进584

25.1.4 新催化材料简介586

25.2 汽车尾气催化材料及应用590

25.2.1 汽车尾气治理现状591

25.2.2 汽车尾气催化剂载体593

25.2.3 汽车尾气催化剂的活性组分596

25.2.4 汽车尾气催化剂的助剂599

25.2.5 汽车尾气转化器反应机理600

25.2.6 三效催化剂的制备601

25.3 光催化材料及其应用603

25.3.1 光催化材料的基本原理603

25.3.2 高效光催化剂条件604

25.3.3 光催化材料体系的分类605

25.3.4 光催化材料的晶体结构特征607

25.3.5 传统光催化材料性能的改进608

25.3.6 存在的问题及未来发展方向611

第26章 隐身材料612

26.1 吸收剂612

26.1.1 电损耗型吸收剂612

26.1.2 铁氧体吸收剂613

26.1.3 磁性金属粒子吸收剂613

26.1.4 磁性金属晶须吸收剂615

26.1.5 纳米吸收剂615

26.2 隐身材料616

26.2.1 雷达吸波材料616

26.2.2 红外隐身材料620

26.2.3 纳米复合隐身材料621

26.2.4 其他隐身材料624

26.3 前景展望626

第27章 新能源材料628

27.1 汽车动力电池材料629

27.1.1 锂离子电池正极材料629

27.1.2 锂离子电池负极材料633

27.1.3 锂离子电池电解质材料634

27.2 太阳能电池材料635

27.2.1 晶体硅太阳能电池材料636

27.2.2 非晶硅太阳能电池材料638

27.2.3 多晶薄膜太阳能电池材料638

27.2.4 纳米晶化学太阳能电池材料639

27.2.5 染料敏化（色素增感）型太阳能电池材料640

27.3 核能材料641

27.3.1 裂变反应堆材料642

27.3.2 聚变反应堆材料644

27.3.3 新一代结构材料645

27.3.4 核动力电池材料648

27.3.5 核废料处理材料650

参考文献651