哈尔滨工业大学出版社：材料科学与工程教材《材料合成化学》书籍PDF电子版（共七章）.pdf_大学文库

序言材料科学与工程系列教材是由哈尔滨工业大学出版社组织国内部分高校专家学者共同编写的大型系列教学丛书，其中第一系列、第二系列救材已分别被列为国家新闻出版总署“九五”、“十五”重点图书出版计划。第一系列教材9种已于1999年陆续出版。编写本系列教材丛书的基本指导思想是：总结已有、通向未来、面向21世纪，以优化教材链为宗旨，依照为培养材料科学人小提供一个较为广泛的知识平台的原则，并根据培养目标，确定书目、编写大纲及主干内容。为确保图书品位，体现较高水平，编审委员会全体成员对国内外同类教材进行了细致的调查研究，广泛征求各参编院校第一线任课教师的意见，认真分析国家教育部新的学科专业目录和全国材料上程类专业教学指导委员会第一届全体会议的基本精神，进面制定了具体的编写大纲。在此基础上，聘请了国内一批知名的专家，对本系列教材书目和编写大纲审查认定，最后确定各册的体系结构。经过全体编审人员的共同努力，第二系列教材即将出版发行，我们热切期望这套大型系列教学丛书能够满足国内高等学校材料工程类专业教育改革发展的需要，并且在教学实践中得以不断充实、完善和发展。在本书的编写过程中，注意突出了以下几方面特色： 1.根据科学技术发展的最新动态和我国高等学校专业学科归并的现实需求，坚持面向一级学科、加强基础、拓宽专业面、更新教材内容的基本原则。 2注重优化课程体系，探素教材新结构，即兼顾材料工程类学科中金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料共性与个性的结合，实现多学科知识的交叉与渗透。 3.反映当代科学技术的新概念、新知识、新理论、新技术、新工艺，突出反映教材内容的现代化。 4.注重协调材料科学与材料工程的关系，既加强材料科学基础的内容，又强调材料工程基础，以满足培养宽口径材料学人才的需要。 5.坚持体现教材内容深广度适中、够用的原则，增强教材的适用性和针对性。 6在系列教材编写过程中，进行了国内外同类教材对比研究，吸取了国内外同类教材的精华，重点反映新教材体系结构特色，把握教材的科学性、系统性和适用性。此外，本系列教材还兼顾了内容丰高、叙述深入浅出、简明扼要，重点突出等特色，能充分满足少学时教学的要求。参加本系列教材编审工作的单位有：清华大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学、北京航空航天大学北京理工大学、哈尔滨工程大学、北京化工大学，燕山大学，哈尔滨理工大 1

令《材料合成化学》一书是根据国家教育部1998年调整的最新专业日录，结合第二届材料科学与工程系列教材编审委员会会议精神，为适应“厚基础、宽专业、多方向、强能力”的新时期教育思想而编写的一本适应理工科院校材料类、化学类、化工类等各专业本科生及研究生教学需要的新教材。全书共分七章。第一章介绍了材料合成化学的理论基础：第二章主要讨论了材料合成的条件与优化；第三章主要讨论了材料合成的战略及其设计方法；第四章主要讨论了材料合成的技术与设计；第五、六、七章分别比较详细地讨论了无机化合物合成实例，有机化合物合成实例及功能高分子合成实例。此外，该书还对材料合成化学的最新进展及其研究热点进行了概述。综观全书具有全面、广泛、新颖、精练和规范等特点。 1.内容全面：全书涉及无机合成、有机合成与高分子合成，其中既有合成的基础理论、战略设计方法，又包括具体的工艺技术与操作条件。 2.适用面广：该书既可以做材料类、化学类、化工类等各专业本科生的敏材及研究生的参考教材，也可以供从事化学、化工及材料学的广大工程技术人员的参考。 3.知识体系新颖：作者结合了国内外该领域最新资料以及作者的科研成果编写了本书，确保了内容的新颖性和准确性。此外，作者依据最新专业目录，在该书的编写过程中，突出宽口径应用，注重合成条件、方法对材料性能及应用的影响。 4.文字精练：该书涉及的学科面广，知识内容繁多，作为宽口径专业本科生教材，作者围绕“材料的合成、结构与性能”这一主线精选内容，做到了深入浅出、到繁就简、文字精练。 5.书写规范：全书的章节编写以及书中的文字、图表、符号、计量单位等均符合国家标准。该书的出版，填补了《材料合成化学较材的空白。大连理工大学精细化工国家重点实验室杨锦宗 2001年2月28日于大连

前言本书是根据国家教育部1998年调整的最新专业目录，结合第二届材斜科学与工程系列教材编审会委员会会议精神，为适应“厚基础、宽专业、多方向、强能力”的新时期教育思想而编写的一本适合理工科院校材料类、化学类、化工类专业本科生（或研究生）教学需要的新教材。全书共分七章。第一章为材料合成化学的理论基础：第二章为材料合成的条件与优化：第三章为材料合成的方法与设计：第四章为材料合成的技术与设计：第五章为无机化合物合成实例：第六章为有机化合物合成实列；第七章为功能高分子材料合成实例。本书还对合成化学的最新进展与研究热点进行了概述。本书具有如下特点： 1.全面。内容全面，涉及无机合成、有机合成和高分子合成，包括合成理论、方法、条件，手段及工艺技术 2.广泛。适用面广，既可做材料类、化学类、化工类本科生（研究生）教材，也可供广大工程技术人员的参考。 3.新颗。知识新、体系新，结合国内外最新资料及编著人员的科研成果，编写的教材内容新颖。依据最新专业目录，突出宽口径应用，突出合成条件、方法等对材料性能及应用的影填补了材料合成化学教材的空白。 .精炼。由于本书涉及的知识面较广、内容较多，作为宽口径专业的本科生教材，只能围绕“材料的合成、结构与性能”这一主线精选内容，在具体到某一具体内容时，尽量做到文字精炼侧繁就简 5.规章节貔写及书中文字、图表、符号、计量单位等均符合国家标准要求。本三章(3.)、第四章(41-4.3)，第五章由郑州轻工业学院徐甲强编写：绪论 (0.1)、第一章、附录及参考文献由哈尔滨工程大学矫彩山编写：绪论(0.3)、第三章(3.3) 由哈尔滨工业大学王珍编写；绪论(0.2)、第三章(3.2)、第四章(4.4-4.5)，第六章由郑州轻工业学院尹志刚缤写：第二章由郑州轻工业学院张 :第七章由郑州轻工业学院同春绵编写忠 ,全书由徐甲强负责统稿、定稿。大连理工大学精细化工国家重点实验室主任杨锦宗教授为本书作序。北京理工大学曹传宝教授，哈尔滨工程人火学曹茂盛教授审阅全书并提出了许多宝贵的修改意见，作者在此表示衷心的感谢。本书在编写过程中，得到了材料科学与工程系列教材编审委员会和编者所在单位，特别是郑州轻工业学院的全心支持与协作，谨比致谢限于作者水平，不足与不妥之处在所难免，恳请使用本书的师生及读者批评指正。缩者 2001年2月来信请寄：哈尔滨工业大学出版社张秀华（收）址：哈尔滨市南岗区教化街21号编：150006

绪论材料合成化学的进展与研究热点 0.1无机合成化学 0.1.1无机合成化学的地位与作用无机合成化学是无机化学学科的一个重要分支，是20世纪50年代之后无机化学复兴时代活跃的前沿阵地，是开发利用自然资源，改善人类生活条件、环境、质量，推动科技和社会进步的有力手段。无机合成化学的最重要的目的是合成不同用途的无机材料，而无机材料的使用则是人类文明的进步和时代划分的标志。古代社会石器、铜器，铁器的使用是人类文明进步的见证，而采用化学方法合成的新型无机材料的使用又标志着近代文明的发展。也就是说，不论是最早的炼丹术，古代的火药、陶瓷发明、金属的冶炼，还是现代的高温超导材料，生物陶瓷，超硬材料，信息与能源转换材料的合成应用都可以认为是无机合成化学的重要成就。近30年来，各种合成产物人量问世，既有自然界存在的金刚石、水晶、宝石，也有自然界没有的各种功能陶瓷材料和高性能结构陶瓷材料。目前无机合成化学已成为推动无机化学及有关学科发展的重要基础，成为发展新型无机材料及现代高新技术的重要基础之一。可以说，没有高纯度的半导体，就没有今天的计算机；没有高强度、耐高温结构材科的合成，就没有今天的航空航天工业.同时，一种新的化合物的合成，新方法的应用及新特性的发现往往会导致一个新的科技领域的产生，或一个崭新工业的兴起，而它们反过来又促进化学理论及科学技术的发展。例如，在无机固体材料的发展过程中，P的合成开始了Ⅲ~V族化合物半导体的应用；LiNO,晶体的制得促进了非线性光学的发展：UF。的合成促进了原子能的发展，S02、Z0半导体气敏材料的合成，开辟了气体传越器研究的新天地。 0.1.2无机合成化学的发展趋势无机合成化学发展的趋势主要体现在三个方面。 1)设计和哈成系列化合物，研究它们特定的物性，筛选出具有最佳性能的物种。例如，在固体电解质的研究中，已知锂离子半径小，易于在固相中迁移；硫的电负性低于氧，硫离子可以弱化传导阳离子与阴离子之间的化学键，玻璃态组成可调，并具有三维无序结构。因此，人们为了探索硫化物玻璃作为离子导体的可能性，而合成出各种含锂的硫化物玻璃体系。 2)制备具有非正常价态离子和非正常键合方式的新化合物，探索其结构和性质。同 ·1·

一元素的不同价态化合物往往具有完全不同的性质。由于采用新的反应和新的合成技术，发现越来越多的元素具有异常价态，如F阳+、N+、Dy+、C+等。固体材料中，离子价态改变或产生混合价态，可使固体的电性、磁性和化学性质发生明显改变。例如可使绝缘体转变为半导体以至导体，可使逆磁体和顺磁体，反铁磁体和铁磁体之间发生相互转变。利用电荷补偿和不等价取代反应，合成或f元素变价或混合价化合物，并研究其价态和自旋状态的变化，有可能发现一些新型电学和磁学材料，如F20是高电阻材料，而 F604则是低电阻材料；再如，以C0、C0为代表的碳多面体原子簇，其中每个碳原子均与近邻的三个碳原子以▣键连接，并各自贡献一个剩余的价电子形成离城的球面大x键。这类碳原子筷具有独特的结构和不同寻常的物理和化学性质。可以把某些金属离子嵌入其球体中，形成高温超导体，还可能生成许多衍生物。对这类新型固态物质的研究将深化人们对固态体系的结构、化学键利物性的理解。 3)制备已知化合物的指定形态或指定结构的产物，以备作为材料或制成功能器件。功能材料都是结构敏感的，对材料的形态、形貌、单相性，纯度，接杂成分及含量、缺陷种类及浓度、单晶的品质、多晶的晶粒尺寸、陶瓷体的结构与晶界等都有特定的要求。例如将 Y0或Ca0掺入Z02,使Z02转变为在高、低温度下均可稳定的耐热冲击的立方晶型结构，从而可以作为固体电解质用于高温测氧传感器中；a-F心0，具有较高的物理和化学稳定性，通常不具有气敏性能，但利用渗杂或化学方法制成超细粉或薄膜材料后，则具有良好的气敏性能，可用作测定可燃气体的敏感材料。再如，将Y-0磁粉做成微细的针状，即可大大提高磁记录信息量。为了获得特定形态，特殊结构以及特殊要求的材料，通常利用新的化学反应步骤，在特殊条件下（超高温、超低温、超高压、强超声、辐射等离子体，强激光、微波、超高真空及厌氧、无水等)，或者在非常缓和的条件下（如通过溶胶-凝胶过程制备高温陶瓷，利用室温固相反应合成配合物和纳米材料等)合成目标化合物。 0.1.3无机材料合成化学的前沿课题 1)低温固相合成化学室温或近室温(<40℃)条件下的固-固相化学反应是近几年刚刚发展起来的一个新的研究领域。相对于传统的高温固相反应而言，低温固相反应可以合成一些热力学不稳定产物或动力学控制的化合物，这对人们了解固相反应机理，尽早实现利用固相化学反应进行定向合成和分子装配大有益处。此外，从能量学和环境学的角度考虑，低温固相反应可大大节约能耗，减少三废排放，是绿色化工发展的一个主要趋势。目前，低温固相合成化学可以合成出二百多种簇合物，其中有些是利用液相不易得到的新型簇合物，如鸟巢状结构的[Mo0S,Cu(py)X](X=Br,I),双鸟巢状结构的(EN) [McC4S,O2BnI,】及半开口的类立方烷结构的(EuN)3[MoOS,C山Bn(μ-Br)]2·2H20等。这些材料可望在催化剂、生物活性材料及非线性光学方面取得应用。利用低温固相反应合成的新的多酸化合物，如(n-BuN)z[Mo02(OH)2CL(C20)}及 ·2

(n-Bu4N)s(HO)[MoO]等，因具有抗病毒，抗癌和抗艾滋病等生物活性作用和催化性能而受到人们的关注。利用低温固相反应方法可以方便地合成单核和多核配合物，如{CLN(C6H)]: [CuB],[Cu(HOC.H.CHNNHCSNH)(PPh)2X](X=Br,I)等；还可以合成高温固相反应及液相反应无法合成的固配化合物，如Cu(HQ)C2(HQ为8-羟基喹琳)等。利用低泪固相反应可以合成各种功能材料，如非线性光学材料(W.V)一C(A。) S(c)等，气敏材料ZnS.Cd5,Sn02LaFc02、ZnSn02、CdSn03等，还有化学防伪材料，生物活性材料，铁电材料，无机抗菌剂及荧光材料等。利用低温固相反应合成各种纳米材料是最近的研究热点，用该方法合成的氧化物、金属及合金等已在许多方面取得了应用。 2)溶胶-凝胶合成法溶胶-凝胶合成法是制备材料的湿化学方法中的一种拼新的方法，由于其具有工艺过程温度低，制品纯度高，均匀性好等优点，所以在新材料的合成上备受人们关注。但由于该法所用的原料多为金属有机化合物，而使其成本变高。目前研究的热点是用廉价的无机盐取代金属有机化合物降低成本，及通过溶胶一凝胶过程的控制，合成结构均匀的纳米材料、无裂纹的膜材料及复合材料等。利用溶胶-凝胶法合成的P(ZO.5T.5)03(ZT)铁电陶瓷与薄膜，可降低预烧温度 200℃，使制得的陶瓷致密，晶粒均匀，具有较好的介电性能。利用该工艺在SiC晶须上涂覆A山20后而制得的增韧陶瓷复合材料的力学性能得到了明显的提高。利用该工艺合成的各种纳米材料颗粒小，纯度高，是结构陶瓷及功能陶瓷材料研究的热点课题。 3)无机合成材料的颗粒尺寸及形貌控制无机材料尤其是功能材料的性能在很大程度上取决于材料的颗粒大小和形貌。例如，无机材料的粒子尺寸进入纳米级后，本身就具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，因而会展现出许多待有的性质，在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面有广阁的应用前景。为了制得纳米微粒，一般都采用化学方法。颗粒尺寸的控制可通过选择合适的制备方法（一般情况下用气相法制备的颗粒尺寸小于液相法，而用液相法制备的小于固相法和热处理工艺、后处理工艺。但纳米徽粒属热力学不稳定体系，久放及加热容易团聚和生长。要克服这些问题可采用水热生长法、气相沉积法制备纳米粉，也可用表面活性剂及助剂包裹法抑制晶粒团聚和生长。无机材料的外形可采用工艺条件控制，如品种诱导，添加剂诱导及乳液调节等方法实现。不同均匀性及外形的材料应用性能不同。除了用化学方法控制产物外形、均的性外，物理场的应用，如微波、超声波、激光、辐射、等离子体等，也会对产物外形、均匀性产生定的影响。 3