第1章經典合成方法1



1.1高溫合成1



1.1.1高溫的獲得和測量1



1.1.2高溫合成反應類型7



1.1.3高溫固相反應8



1.1.4化學轉移反應13



1.2低溫合成和分離16



1.2.1低溫的獲得、測量和控制16



1.2.2低溫分離20



1.2.3冷凍干燥法合成氧化物粉體24



1.3高壓合成27



1.3.1高壓高溫的產生和測量28



1.3.2高壓高溫合成方法31



1.3.3高壓在合成中的作用32



1.3.4高壓下功能材料的合成33



1.3.5功能材料高壓合成的研究方向及展望37



參考文獻38







第2章軟化學合成方法39



2.1概述39



2.1.1軟化學合成方法的基本原理39



2.1.2軟化學合成方法的分類39



2.1.3軟化學合成體繫及產物的表征技術39



2.2先驅物法41



2.2.1概述41



2.2.2先驅物法在無機合成中的應用41



2.2.3先驅物法的特點和局限性42



2.3溶膠-凝膠法43



2.3.1概述43



2.3.2溶膠-凝膠法的特點43



2.3.3溶膠-凝膠法過程中的反應機理43



2.3.4溶膠-凝膠法在無機合成中的應用44



2.4低熱固相反應法45



2.4.1概述45



2.4.2低熱固相反應機理45



2.4.3低熱固相反應的規律45



2.4.4固相反應與液相反應的差別46



2.4.5低熱固相反應的應用47



2.5水熱與溶劑熱合成法49



2.5.1水熱與溶劑熱合成基礎49



2.5.2功能材料的水熱與溶劑熱合成49



2.5.3水熱與溶劑熱合成技術51



2.6化學氣相沉積法53



2.6.1化學氣相沉積的分類53



2.6.2化學氣相沉積機理概述53



2.6.3化學氣相沉積55



2.6.4影響化學氣相沉積制備材料質量的因素56



2.6.5化學氣相沉積制備材料的應用56



2.7插層反應與支撐和接枝工藝法56



2.7.1插層反應56



2.7.2支撐和接枝工藝57



參考文獻59







第3章特殊合成方法61



3.1電解合成61



3.1.1電化學的一些基本概念61



3.1.2含素化合物的電氧化合成62



3.1.3含中間價態和特素化合物的電還原合成62



3.1.4水溶液中的電沉積63



3.1.5熔鹽電解64



3.1.6非水溶劑中功能化合物的電解合成66



3.2光化學合成66



3.2.1基本概念66



3.2.2實驗方法68



3.2.3光化學合成法在材料合成中的應用70



3.3微波合成71



3.3.1概述71



3.3.2微波燃燒合成和微波燒結71



3.3.3微波水熱合成72



3.3.4微波輻射法在材料合成中的應用73



3.4自蔓延高溫合成74



3.4.1概述74



3.4.2自蔓延高溫合成原理74



3.4.3自蔓延高溫合成反應類型75



3.4.4自蔓延高溫合成技術及其特點75



3.4.5自蔓延高溫合成工藝與設備概況77



3.4.6自蔓延高溫合成法在材料合成中的應用77



參考文獻78







第4章薄膜材料與制備技術79



4.1薄膜及其特征79



4.1.1薄膜的定義79



4.1.2薄膜的特性80



4.1.3薄膜的結構與缺陷81



4.1.4薄膜和基片83



4.2薄膜的形成與生長84



4.2.1薄膜生長過程概述84



4.2.2薄膜的形核理論85



4.2.3薄膜的成核率及連續薄膜的形成86



4.2.4薄膜生長的晶帶模型87



4.3薄膜的物理制備方法88



4.3.1真空蒸鍍88



4.3.2濺射沉積93



4.3.3離子鍍和離子束沉積99



4.4薄膜的化學制備方法101



4.4.1化學氣相沉積101



4.4.2溶液鍍膜法107



4.5薄膜的表征109



4.5.1薄膜厚度的測量109



4.5.2薄膜的其他表征方法113



4.6典型薄膜材料簡介113



4.6.1金剛石薄膜材料114



4.6.2氧化鋅薄膜材料116



4.6.3銅銦鎵硒薄膜材料119



參考文獻121







第5章晶體材料的制備123



5.1人工晶體概述123



5.1.1人工晶體的發展123



5.1.2人工晶體的分類及應用125



5.2晶體生長基礎125



5.2.1晶體成核理論126



5.2.2晶體生長的界面過程130



5.3晶體生長的方法和技術131



5.3.1氣相生長法131



5.3.2水溶液生長法136



5.3.3助熔劑法142



5.3.4熔體生長法147



參考文獻158







第6章非晶態材料的制備160



6.1非晶態材料的結構160



6.1.1非晶態材料的結構特征160



6.1.2無機玻璃的結構161



6.1.3非晶態合金的結構163



6.1.4非晶態的X射線散射特征164



6.2非晶態合金的形成理論164



6.2.1熔液結構與玻璃形成能力164



6.2.2非晶態合金形成熱力學167



6.2.3非晶態合金形成動力學167



6.3非晶態合金的形成規律168



6.3.1形成非晶態合金的合金化原則168



6.3.2合金的玻璃形成能力判據170



6.3.3影響玻璃形成能力的因素172



6.4非晶態材料的制備技術173



6.4.1非晶粉末的制備173



6.4.2非晶薄膜的制備177



6.4.3薄帶非晶態合金的制備179



6.4.4大塊非晶態合金的制備179



6.5非晶態合金的性能及應用182



6.5.1非晶態合金的性能182



6.5.2非晶態合金的應用186



參考文獻189







第7章新能源材料的制備及應用190



7.1概述190



7.1.1鋰離子電池材料190



7.1.2太陽能電池材料191



7.1.3燃料電池材料191



7.1.4超級電容器材料192



7.2鋰離子電池材料192



7.2.1概述192



7.2.2負極材料194



7.2.3正極材料197



7.2.4電解質材料200



7.2.5鋰離子電池的應用202



7.3太陽能電池材料203



7.3.1概述203



7.3.2晶體硅太陽能電池材料204



7.3.3非晶硅太陽能電池材料208



7.3.4太陽能電池的應用與展望212



7.4燃料電池材料213



7.4.1概述213



7.4.2質子交換膜燃料電池材料214



7.4.3固體氧化物燃料電池材料218



7.4.4熔融碳酸鹽燃料電池材料222



7.4.5燃料電池的應用225



7.5超級電容器材料226



7.5.1概述226



7.5.2超級電容器的工作原理227



7.5.3超級電容器制備的工藝流程228



7.5.4超級電容器的分類228



7.5.5超級電容器的應用228



參考文獻229

回顧已經過去的20世紀,可以發現新材料從來沒有像今天這樣廣泛而深刻地影響著我們的社會、生活、觀念, 而且這種影響仍在繼續深化。材料合成與制備主要從材料科學的角度看問題,把材料研究中有關合成與制備的內容集中起來加以分析、綜合以及提升，是研究功能材料制備、組成、結構、性質和應用的科學。



本書分為經典合成方法、軟化學合成方法、特殊合成方法、薄膜材料與制備技術、晶體材料的制備、非晶態材料的制備、新能源材料的制備及應用7章。其中，第1章內容包括材料的高溫合成、低溫合成和分離、高壓合成；第2章內容包括先驅物法、溶膠-凝膠法、低熱固相反應法、水熱與溶劑熱合成法、化學氣相沉積法、插層反應與支撐和接枝工藝法；第3章內容包括電解合成、光化學合成、微波合成、自蔓延高溫合成；第4章內容包括薄膜的形成與生長、薄膜的物理制備方法、薄膜的化學制備方法、薄膜的表征、典型薄膜材料簡介；第5章內容包括晶體生長基礎、晶體生長的方法和技術；第6章內容包括非晶態材料的結構、非晶態合金的形成理論、非晶態合金的形成規律、非晶態材料的制備技術、非晶態合金的性能及應用；第7章內容包括鋰離子電池材料、太陽能電池材料、燃料電池材料、超極電容器材料。



本書特點如下。



① 選擇組織內容的時候,盡量反映前沿領域的新知識、新成果、新應用。



② 在呈現內容的時候,關注科學思路以及方法的介紹,注意兼顧科學性和可讀性。



③ 綜合考慮了無機材料的制備、結構、性質和應用的關繫。體現了實用為主、夠用為度的原則，特別適合材料科學與工程專業少學時教學的特點。



本書第1章、第5章、第6章由安徽工業大學李家茂編寫，第2章、第7章由合肥工業大學朱繼平編寫，第3章由安徽理工大學王慶平編寫，第4章由合肥工業大學羅派峰編寫。



限於作者時間和視野所限，本書難免存在一些不妥之處，誠懇地希望讀者予以指正。







編者



2018年3月