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文檔簡介

無機化學專業碩士研究生學位課程

無機固體化學

InorganicSolidChemistry2023/10/12第一章緒論1.1固體化學的研究內容1.2固體化學發展的若干前沿領域

1.固體無機化合物與材料的新合成方法2.低溫固相化學反應3.超微粒子與納術相功能材料4.層狀化臺物與局溫超導材料5.原子簇化合物與C606.生物無機固體化學2023/10/121.1固體化學的研究內容定義:固體化學是主要研究固體物質的合成、反應、組成和性能及其相關現象與規律的科學。研究內容:固體物質的合成、固體的組成與結構、固相化學反應、固體缺陷、固體表面化學、固體的性質、新材科等。固體化學與固體物理:固體物理側重研究構成固體物質的原子、離子及電子的運動和相互作用,提出各種模型和理論,以闡明固體結構和物性。固體化學則側重研究固體物質的合成方法、化學反應、單晶生長、化學組成和晶體結構,研究固體中缺陷形成及其對固體的物理化學性質的影響等。2023/10/121.1固體化學的研究內容

固體物質————材料固體物質的分類:

按照其原子排列的有序程度可分為晶態和非晶態,晶態物質具有長程有序的點陣結構,非晶態物質的結構基元處于長程無序、短程有序狀態。

按照固體中原子之間結合的化學鍵來給固體物質分類,可把固體物質分為離子晶體、共價晶體、金屬晶體、分子晶體和氫鍵晶體等,各類晶體物質均具有各自在結構與性質方面的典型特點。2023/10/12各類晶體的特征結構:正負離子最緊密堆積,靠靜電力結合,鍵能較高(800kJ/mol)。性質:熔點高,強度高,硬度大,質地脆;低溫下為絕緣體,熔體導電,某些晶體有離子導電現象;大多為無色透明,折射率較高。結構:組成原子之間靠共價鍵結合,鍵能由中到高(80kJ/mol)。性質:熔點高,強度和硬度由中到高,質地脆;絕緣體或半導體,熔體不導電,透明晶體具有高折射率。離子晶體共價晶體2023/10/12各類晶體的特征結構:正離子最緊密堆積,以自由電子為結合力,鍵無方向性,鍵能約80kJ/mol。性質:熔點由低到高,熱傳導性良好,具有各種強度和硬度,壓延性好;固體和熔體均為良電導體;金屬不透明,折射率高。結構:組成分子之間靠范德華力結合,鍵能低(8-40kJ/mol)。性質:熔點低,熱膨脹率高,強度低,可以壓縮,硬度低;固體和熔體均為絕緣體,呈現組成分子的性質。金屬晶體分子晶體2023/10/12各類晶體的特征氫鍵晶體:結構基元

H3BO3靠氫鍵結合,形成層狀結構。熔點較低,強度和硬度較低;硼酸晶體呈片狀,有解理性,可作為潤滑劑,是形成玻璃的主要成分,在熱水中部分氫鍵斷裂而溶解度增大?;旌湘I晶體:在石墨晶體中,每一層內的每個碳原子以三個電子與鄰近的三個碳原子以共價鍵結合,組成片狀六角形的平面蜂巢結溝,另一個價電子為該層內所有碳原子所共有,形成金屬踺;層與層之間則以范德華力相互作用,因此石墨晶體中既包含有共價鍵,也包含金屬鍵和范德華力,從而使石墨表現出固體物質的多重性質。氫鍵晶體分子晶體2023/10/12材料分類分類1:從材料的化學組成來分,主要分金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料及復合材料。分類2:若按照材料的使用性能可分為結構材料和功能材料兩大類,結構材料主要使用材料的力學性能,功能材料則主要使用光、電、磁、熱、聲等功能特性。分類3:從材料的應用對象可分為信息材料、智能材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航天航空材料等。2023/10/12

激光材料發光材料非線性光學材料聲光材料磁光材料壓電材料超導材料功能材料···材料分類2023/10/12現代材料科學的若干熱點領域光電信息功能材料:現代信息技術迫切需要各種性能優異的光電信息功能材料,以實現大容量、高靈敏的信息處理,包括信息的產生、傳輸、收集、存貯和顯示等技術環節。光電能量轉換材料:在新能源領域,為利用射到地面上的太陽光能量,需要制備出更穩定高效的光電能量轉換材料,為開發推廣綠色太陽能技術提供材料技術基礎。納米材料:納米材料是介于宏觀物質與微觀原子、分子中間的新的研究領域,具有許多不同于宏觀物質的性質,它開拓了人們認識物質世界的新層次,將逐漸在眾多技術領域獲得重要應用。半導體材料:半導體材料在發展現代微電子、光電子技術方面起到關鍵性基礎作用,已有的硅、鍺等傳統半導體依然具有巨大的產業需求,砷化鎵、磷化銦等化合物半導體正在進入日益廣闊的應用領域,碳化硅單晶等開發具有引人入勝的應用前景。2023/10/121.2固體化學發展的若干前沿領域1、固體無機化合物與材料的新合成方法軟化學合成:近年來提出的軟化學合成方法最為引人注目,它力求在中低溫或溶液中使反應物在分子狀態上均勻混合,進行可控的反應步驟,經過生成前驅體或中間體,最后生成具有特定組成、結構和形貌的材料。軟化學法可用于合成多種發光材料、磁性材料、金屬間化合物、玻璃陶瓷、高溫結構材料等。組合合成:該方法可以一次性成批量獲得很大數量的類似化合物——化合物庫,以供高通量篩選,尋找先導化物.采用這種方法,可以大大增加尋找具有特殊功能新化合物的機會,因而成為一種新的提供篩選底物的有效途徑。如采用此方法已經成功地從25000個化合物中合成出一種具有一維鏈狀結構的新型發光材料——Sr2CeO4。2023/10/121.2固體化學發展的若干前沿領域2、低溫固相化學反應

近10年來忻新泉等對室溫或低熱下固相反應進行了系統研究,探討了低熱溫固—固反應的機理,用實驗證實了固相反應的四個階段,即擴散—反應—成核—生長,總結了固相反應的特有規律。利用低溫固相反應將可能合成新的化物,并為新材料制備提供新的途徑,可能成為綠色合成化學的重要合成手段。2023/10/121.2固體化學發展的若干前沿領域3、超微粒子與納米相功能材料

超微粒子或納米晶是在原子和分子范疇與凝聚態固體之間的一類由納米尺寸的微粒構成

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