材料學科發(fā)展概況與制備材料新技術(存儲版)
【正文】 起來的理論和方法，正通過相互借鑒、溝通和啟發(fā)逐漸匯聚成統(tǒng)一的整體，一個適用于各類材料的統(tǒng)一理論體系正在構建和形成 不過，要建立起成熟完整的新的材料理論體系，還有很長一段路要走 材料科學與工程（大材料） 為順應材料發(fā)展的一體化趨勢，推動各類材料在研究方法、基礎理論、制備、檢測方面的相互借鑒，促進復合材料發(fā)展，以及有利于培養(yǎng)具有更廣闊專業(yè)視野和應變能力的新材料開發(fā)人才 , “材料科學與工程 ” 在美國學者的倡導下，于 20世紀 70年代應運而生，并很快為各國學者廣泛接受，設立材料科學與工程系寬口徑培養(yǎng)材料人才已成為各國高校的普遍選擇材料科學與工程的特點l 為交叉學科l 是合成制備 — 組成結構 — 性質(zhì) — 使用效能四位一體、相互關聯(lián)的知識開發(fā)與應用的學科體系l 面向材料開發(fā)與有效運用，有很強的應用背景 新 材 料 新材料是指新近研制成功或正在研制中的，具有較傳統(tǒng)材料更優(yōu)異的性能或特殊功能，對高技術、新產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展具有推動作用的一類材料。而堿性條件下則容易獲得高交聯(lián)度 （ 3）凝膠化過程 縮聚反應形成的聚合物小顆粒逐漸聚集長大形成小粒子簇，后者進而相互連接成橫跨整個體系的三維粒子簇連續(xù)固相網(wǎng)絡，液相則包裹在固相骨架中，失去流動性，由粘彈性的 Newton 體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂杏|變性的 Bingham 體 （ 4）凝膠的干燥l 濕凝膠裹挾著大量的水和溶劑，干燥過程往往伴隨著很大的體積收縮，易引起開裂l 引起凝膠收縮開裂的應力主要來自毛細管力，后者又源于凝膠骨架中液體的表面張力，因而解決開裂問題可從增強固相骨架和消除液相表面張力兩方面入手l 可消除氣液界面的超臨界干燥是受到推崇的有效方法 （ 5）干凝膠的熱處理l 熱處理是使干凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)榻M成、結構和性能均滿足設計要求的無機材料制品l 熱處理伴隨有較大的體積收縮和氣體釋放，故升溫速率不宜快l 升溫制度將決定制品是晶態(tài)還是非晶態(tài)析晶 區(qū) SolGel技術的特點和應用 SolGel法的實質(zhì)是采用介觀層次上性能受到控制的源物質(zhì) (Sol)取代傳統(tǒng)工藝中的生原料，可在材料制備的初期就對其化學狀態(tài)、幾何構型、粒級和均勻性等進行控制 （ 1）合成溫度低l 比傳統(tǒng)方法低 400～ 500℃l 可在熔化、析晶或分相溫度以下制備均勻玻璃，使一些含難熔或高溫易分解組分的特殊性能玻璃的制備成為可能l 燒結溫度的大幅降低，可制備一些用常規(guī)方法難以制備的高溫陶瓷材料 （ 2）制品形式多樣（ 3）特別適于薄膜和纖維制備（ 4）在制備復合材料、特別是納米 復合材料方面具有獨到的優(yōu)勢（ 5）設備簡單，工藝靈活，制品純度高教學要求（ 1） SolGel(水解聚合 )法制備材料的工藝過程（ 2） SolGel技術的特點和優(yōu)勢 等離子體技術l 等離子體是一種電離氣體，由離子、電子及中性粒子等組成，為物質(zhì)的一種高能量聚集狀態(tài) (第四態(tài) )l 等離子體中粒子的能量可達數(shù)十、甚至上千電子伏特(1eV=104K），其常規(guī)加熱手段難以企及的高溫、超高溫狀態(tài)，可使通常條件下不能發(fā)生或速率很慢的化學反應成為可能或瞬間完成，這種熱力學或動力學效應使等離子體技術成為材料創(chuàng)新與合成的強有力手段 等離子體的產(chǎn)生l 為獲得等離子體態(tài)，須使氣體電離，而氣體電離是氣態(tài)粒子間相互碰撞的結果。當今制備材料新技術的主要特點l 利用超高溫、超高壓、超高真空、微重力、強磁場、強輻射、急速冷卻等極端條件l 對材料制備的工藝過程和組織結構實施嚴格監(jiān)控l 溶膠－凝聚技術l 等離子體技術l 激光技術 溶膠－凝膠 (SolGel)技術 即金屬有機或無機化合物 (前驅(qū)物 )經(jīng)溶液 溶膠 凝膠 干燥固化，在溶膠或凝膠狀態(tài)下成型
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