Докторант
  1. Неорганическая химия  1.1. Координационная химия  1.1.1. Теория поля лигандов  1.1.2. Теория кристаллического поля  1.1.3. Теория молекулярных орбиталей для координационных соединений  1.1.4. Устойчивость координационных соединений  1.1.5. Электронные спектры координационных соединений  1.1.6. Изомерия в координационных соединениях  1.1.7. Кинетика и механизм координационных реакций  1.2. Органометаллическая химия  1.2.1. Металлокарбонилы  1.2.2. Металлические алкилы и арилы  1.2.3. Карбены Фишера и Шрока  1.2.4. Оксидативное присоединение и восстановительное элиминирование  1.2.5. Металлические гидриды  1.2.6. Катализ с помощью металлоорганических соединений  1.2.7. Металлоцены и сэндвич-комплексы  1.2.8. Активация CH  1.3. Химия твердых тел  1.3.1. Кристаллические структуры и решетки  1.3.2. Теория зон и электрические свойства  1.3.3. Дефекты в кристалле  1.3.4. Синтез твердых материалов  1.3.5. Магнитные и оптические свойства твердых тел  1.3.6. Сверхпроводимость  1.3.7. Ионика твердого состояния  1.4. Био-неорганическая химия  1.4.1. Металлопротеины и ферменты  1.4.2. Транспорт и хранение ионов металлов  1.4.3. Роль металлов в медицине  1.4.4. Катализ, вдохновленный биологией  1.4.5. Взаимодействия металлов с ДНК  1.4.6. Metal Complexes in Medical Science  1.5. Лантаноиды и актиноиды  1.5.1. Электронная конфигурация и степени окисления в лантаноидах и актиноидах  1.5.2. Спектральные и магнитные свойства в лантанидах и актиноидах  1.5.3. Разделение и извлечение лантаноидов и актинойдов  1.5.4. Координационная химия элементов f-блока  1.6. Химия главной группы  1.6.1. Химия соединений бора  1.6.2. Химия соединений кремния и германия  1.6.3. Химия соединений фосфора и серы  1.6.4. Органосиликатная химия  1.6.5. Химия инертных газов
  2. Органическая химия  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Реакции нуклеофильного замещения  2.1.2. Электрофильные реакции присоединения и замещения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перегруппировки  2.1.5. Радикальные реакции  2.1.6. Перициклические реакции  2.1.7. Фотохимические реакции  2.2. Стереохимия  2.2.1. Хиральность и оптическая активность  2.2.2. Структурный анализ  2.2.3. Стереоэлектронные эффекты  2.2.4. Асимметричный синтез  2.2.5. Динамическая стереохимия  2.3. Органометаллическая химия в органическом синтезе  2.3.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.3.2. Реакции сопряжения, катализируемые переходными металлами  2.3.3. Реакции, катализируемые палладием  2.3.4. Олефиновый метатезис  2.3.5. Катализ золота и серебра  2.4. Химия природных продуктов  2.4.1. Алкалоиды и терпеноида  2.4.2. Стероиды и флавоноиды  2.4.3. Полный синтез природных соединений  2.4.4. Биосинтез природных продуктов  2.5. Супрамолекулярная химия  2.5.1. Химия "хозяин-гость"  2.5.2. Самосборка и молекулярное распознавание  2.5.3. Супрамолекулярный катализа  2.5.4. Молекулярные машины
  3. Физическая химия  3.1. Термодинамика  3.1.1. Законы термодинамики  3.1.2. Химический потенциал и равновесие  3.1.3. Статистическая термодинамика  3.1.4. Неравновесная термодинамика  3.2. Квантовая химия  3.2.1. Уравнение Шрёдингера и его применения  3.2.2. Теория молекулярных орбиталей  3.2.3. Теория функционала плотности  3.2.4. Методы пост-Хартри–Фока  3.3. Химическая кинетика  3.3.1. Теория скорости реакции  3.3.2. Механизм и законы скорости  3.3.3. Катализ и кинетика ферментов  3.3.4. Динамика реакций  3.4. Спектроскопия и молекулярная структура  3.4.1. Инфракрасная спектроскопия  3.4.2. УФ-видимая спектроскопия  3.4.3. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  3.4.4. Масс-спектрометрия  3.4.5. Раманская спектроскопия  3.5. Поверхностная и коллоидная химия  3.5.1. Адсорбция и катализм  3.5.2. ПАВ и мицеллы  3.5.3. Коллоидная стабильность  3.5.4. Наноматериалы и интерфейсы
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Thin Layer Chromatography  4.1.4. Ионная хроматография  4.2. Электроаналитические методы  4.2.1. Вольтамметрия и Полярография  4.2.2. Кондуктометрия и потенциометрия  4.2.3. Кулонометрия  4.3. Спектроскопические методы  4.3.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.3.2. Флуоресцентная спектроскопия  4.3.3. Рентгеновская дифракция  4.3.4. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса  4.4. Хемометрика  4.4.1. Обработка данных и статистические методы  4.4.2. Мультдисциплинарный анализ  4.4.3. Машинное обучение в аналитической химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярное динамическое моделирование  5.2. Методы квантовой химии  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.4. Машинное обучение в химии  5.5. Аб иницио молекулярная динамика
  6. Биофизика и медицинская химия  6.1. Открытие и разработка лекарств  6.2. Кинетика ферментов и ингибирование  6.3. Подход к химической биологии  6.4. Взаимодействия белок-лиганд  6.5. Биоортогональная химия
  7. Химия материалов  7.1. Химия полимеров  7.1.1. Механизм полимеризации  7.1.2. Функциональные полимеры  7.1.3. Биоразлагаемые полимеры  7.1.4. Проводящие и полупроводниковые полимеры  7.2. Нанохимия  7.2.1. Наночастицы и наноструктуры  7.2.2. Наноматериалы на основе углерода  7.2.3. Квантовые точки  7.3. Энергетическая и экологическая химия  7.3.1. Battery and Fuel Cell Chemistry  7.3.2. Зеленая химия и устойчивые материалы  7.3.3. Фотокатализ

Докторант → Неорганическая химия → Химия твердых тел ↓


Синтез твердых материалов


Введение

Синтез твердых материалов - это фундаментальная часть химии твердого тела, которая сосредоточена на создании материалов с уникальными свойствами и применениями. Твердые материалы становятся все более важными в различных технологических приложениях, включая полупроводники, сверхпроводники и магнитные материалы. Область изучает различные методы производства твердых материалов, фокусируясь на их структуре, составе и присущих физических свойствах.

Основные концепции

Твердые материалы определяются их жесткой, структурированной природой, в которой атомы или молекулы расположены в повторяющейся схеме, распространяющейся по всему материалу. Это расположение называется кристаллической решеткой. Основными строительными блоками этих решеток являются элементарные ячейки, которые являются наименьшими повторяющимися единицами в структуре.

Кристаллы и решетки

Четкое понимание кристаллических решеток необходимо для синтеза твердых материалов. Кристаллы классифицируются на основе их симметрии и повторяемости, формируя разные типы, такие как кубическая, тетрагональная, гексагональная и другие. Каждый тип кристаллической структуры может влиять на физические свойства получаемого материала, влияя на такие факторы, как твердость, проводимость и оптические свойства.

Методы синтеза

Существует множество методов, используемых в синтезе твердых материалов. Эти подходы часто различаются в зависимости от желаемых свойств материала, требуемого уровня чистоты и приложений, для которых они предназначены. Некоторые распространенные методы включают реакции в твердой фазе, процессы золь-геля, химическую осаждение из паровой фазы (CVD) и гидротермальный синтез.

Реакции в твердой фазе

Реакции в твердой фазе предполагают смешивание и нагревание твердых реагентов, чтобы инициировать реакцию и образовать новый твердый продукт. Этот метод широко используется из-за своей простоты и экономичности. Однако он часто требует высоких температур и длительного времени реакции.

A + B → AB

В приведенном выше уравнении показано преобразование реагентов A и B в продукт AB. В ходе всей реакции диффузия играет важную роль, так как реагенты должны контактировать на атомарном уровне для эффективной реакции.

A B обратная связь

Процесс золь-геля

Процесс золь-геля - это универсальный метод формирования твердых материалов из малых молекул. Этот метод химического осаждения из раствора включает переход от коллоидного раствора (золя) к интегрированной сети (гелю). Этот метод позволяет точно контролировать химический состав и микроструктуру материала.

M(OR)n + H2O → M(OH)n + ROH M(OH)n → MOM + H2O

Здесь металл-алкоксиды M(OR)n реагируют с водой, образуя металл-гидроксиды M(OH)n, которые далее подвергаются конденсации с образованием металлических оксидных сетей и воды.

Пятый тон музыкальной гаммы Тюрьма

Химическая осаждение из паровой фазы (CVD)

CVD - это еще один важный метод, используемый для производства твердых материалов высокой чистоты. В этом процессе газообразные реагенты реагируют или разлагаются на подложке, чтобы сформировать твердые продукты, которые постепенно откладываются в виде тонкой пленки на поверхности подложки. CVD особенно используется в полупроводниковой индустрии для производства пленок с необходимыми свойствами.

SiH4 (г) → Si (т) + 2H2 (г)

Эта реакция показывает образование твердого материала, называемого кремнием, путем разложения газа силана (SiH4), который осаждается на подложке и освобождает водородный газ.

SiH4 Si + H2

Гидротермальный синтез

Гидротермальный синтез - это метод выращивания кристаллов из водных растворов при высоких температурах и давлениях. Этот метод особенно полезен для производства сложных кристаллических структур, требующих стабильной среды для правильного формирования.

MO + H2O (субкритическое) → MO•nH2O или MO•H2O (кристалл)

В этом уравнении металл-оксид (MO) реагирует с водой в субкритических условиях, приводя к образованию стабильных гидратированных кристаллических структур.

MO H2O

Характеризация твердых материалов

Чтобы подтвердить успех синтеза и обеспечить, что материал обладает желаемыми свойствами, необходимо охарактеризовать свойства и структуру твердого материала. К методам, используемым для характеристики, относятся рентгеновская дифракция (XRD), сканирующая электронная микроскопия (SEM) и инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR).

Рентгеновская дифракция (XRD)

XRD - мощная методика для анализа кристаллических структур. Она предоставляет информацию о параметрах решетки и атомной организации внутри кристалла, наблюдая за образами, полученными при дифракции рентгеновского излучения через материал.

Сканирующая электронная микроскопия (SEM)

SEM позволяет с высоким разрешением рассматривать морфологию поверхности материала. Она предоставляет изображения, сканируя сфокусированный электронный луч по материалу, выявляя детали поверхностных структур и текстур.

Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR)

FTIR используется для получения инфракрасного спектра поглощения или эмиссии твердого вещества. Обнаруживая специфические пики поглощения, FTIR помогает определить различные химические связи и функциональные группы, присутствующие в веществе.

Применения твердых материалов

Твердые материалы имеют важные приложения в разных отраслях благодаря своим уникальным свойствам. Например, полупроводники, такие как кремний, являются основой электронных устройств, в то время как сверхпроводники имеют потенциал для будущих достижений в передаче энергии, а магнитные материалы играют ключевую роль в технологиях хранения данных.

Полупроводники

Полупроводники - это материалы, чья электрическая проводимость находится между проводниками и изоляторами. Примеры включают такие элементы, как кремний, и такие соединения, как арсенид галлия. Эти материалы питают устройства, такие как транзисторы, диоды и интегральные схемы.

Сверхпроводники

Сверхпроводники обладают нулевым электрическим сопротивлением и изгнанием магнитных полей ниже критической температуры. Эти уникальные свойства делают их необходимыми в таких приложениях, как магнитно-резонансная томография (МРТ) и потенциальные будущие приложения в передаче энергии и магнитно-левитационных поездах.

Магнитные материалы

Магнитные материалы, такие как ферриты и магнитные сплавы, широко используются в жестких дисках, устройствах хранения данных, трансформаторах и двигателях. Способность удерживать магнитное поле или быть намагниченным является центральной для их функциональности в этих приложениях.

Заключение

Синтез твердых материалов - это разнообразная область, которая имеет решающее значение для различных технологических достижений. Через различные методы синтеза, такие как реакции в твердой фазе, процессы золь-геля, CVD и гидротермальный синтез, ученые могут проектировать материалы с определенными структурами и свойствами, оптимизированными для различных применений. Неуклонный прогресс и инновации в методах синтеза продолжат укреплять как понимание, так и применение твердых материалов в будущем.


Докторант → 1.3.4


U
username
0%
завершено в Докторант

← Предыдущий (1.3.3)
Дефекты в кристалле
Следующий (1.3.5) →
Магнитные и оптические свойства твердых тел

Комментарии 



Синтез твердых материалов

https://www.chemistryelite.com/phd/1.3.4?ceal=ru