材料化学

材料化学是从化学的角度研究材料的设计、制备、组成、结构、表征、性质和应用的一门科学。它既是材料科学的一个重要分支，又是化学学科的一个组成部分，具有明显的交叉学科、边缘学科

无机固体的合成与制备

• 单分散颗粒制备原理
  • 分散体系－由分散相和连续介质（分散介质）组成的多相体系称为分散体系。
    • 单分散体系－分散相以大小、形貌均一的状态 被分散在分散介质中即形成了单分散体系
    • 沉淀的形成
      • 晶核形成
      • 晶核长大
    • 成核和生长的分离
      • 成核和生长的分离-形成单分散体系的必要条件
    • 抑制凝聚的方法
      • 利用双电层
      • 利用凝胶网络
      • 利用防护试剂
    • 胶粒生长的动力学模型
      • 扩散控制生长－颗粒生长受单体扩散控制
      • 反应控制生长
    • 典型的单分散体系
      • 均相体系
      • 多相体系
• 晶体生长技术与原理
  • 从饱和溶液中析出固体时:急速冷却得到的晶 粒细小，缓慢冷却可以得到大晶体
  • 熔融-凝固工艺用于制备材料时:骤冷一般得到 玻璃态物质，而缓慢冷却可得到结晶态物质
  • 制备大尺寸的晶体：溶液技术和熔融技术
  • 晶体生长方法
    • 溶液生长法
      • 将原料溶解在溶剂中，使溶液达到过饱和的状态而结晶
        • 水溶液法
          • 降温法
          • 流动法
          • 蒸发法
          • 凝胶法
        • 水热法
          • 用高温高压的溶液将溶质溶解，降温，溶液过饱和后使溶质析出，长成单晶
        • 高温溶液生长法
    • 熔体生长法
    • 气相生长法
    • 固相生长法
    • 流变相反应法
• 晶体生长模型
  • 层生长理论
    • 晶体的生长是质点面网一层接一层地不断向外平行移动的结果
  • 螺旋生长理论
    • 晶体中的螺旋位错露头点是晶体生长的台阶源
  • 联系：都是层层外推生长； 区别：生长新的一层的成核机理不同（二 维核 vs.螺旋位错露头点)
• 胶束理论及其仿生合成原理
  • 胶束理论
    • 莲叶效应，指莲叶表面具有超疏水以及自洁的特性
    • 分子中的长链亲油基团通过分子间吸引力相互缔合，自身相互抱成团，而亲水基团则伸向水中，与水分子结合，形成聚集体，即胶束
    • 胶束的结构
    • 临界胶束浓度：胶束开始明显形成时溶液中表面活性 剂的浓度
    • 增溶作用
      • 表面活性剂在水中形成胶束后，能使不溶或微溶于水的有机物的溶解度显著增大
    • 自修复涂料
    • 药物载体
  • 生物矿化
    • 是指在生物体内形成矿物质（生物矿物）的过程
      • 类型
        • 控制矿化
        • 诱导矿化
      • 四个阶段
        • 有机大分子预组织
        • 界面分子识别
        • 生长调制
        • 细胞加工
  • 多孔材料的合成
    • 液晶模板
      • 随着无机物种的引入，胶束通过与无机物种之间的协同作用发生了重组，生成由表面活性剂分子与无机物种共同组合而成的液晶模板。这种合成就是“协同合成”
    • 微乳液模板水包油型乳浊液也被用作模板，仿生合成多孔SiO2球
    • 变形重构
      • 液晶模板－－中孔硅基材料－－放回母液水热处理－－孔径扩张，SiO2部分溶解－－输送到高表面曲率的区域重新沉积－－墙壁重构，孔径扩大
  • 纳米微粒的合成
    • 利用表面活性剂在溶液中形成反相胶束、微乳或囊泡
    • 利用表面活性剂在溶液表面自组装形成Langmuir单层膜或在固体表面形成LB膜， 利用单层膜或LB膜的有序模板效应在膜中生长纳米尺寸的无机晶体
  • 纳米薄膜的合成
    • 使基片表面带上功能性基团(表面功能)，然后浸入过饱和的溶液，无机物在功能化表面上发生异相成核生长，从而形成薄膜或涂层
      • 自组装单层法(SAM)应用于金属和氧化物的表面