现代无机合成与制备化学

本书是根据高等学校材料科学与工程学院学生通识教学的需要而编写的教科书。针对新材料的发展趋势,总结和概括了传统材料和新型材料的合成和制备方法,简要介绍各种新型材料的制备技术。通过本课程的学习，使学生在掌握传统材料制备技术的基础上，对目前常见新型材料制备方法的发展概况、制备原理、操作设备以及制备工艺方法等有一定的了解和掌握。

本书共9章，内容涉及金属材料、无机非金属材料、高分子材料等传统工程材料以及新型功能材料的制备技术和过程。

第1章引言1

1.1材料与工程材料1

1.1.1材料1

1.1.2材料科学与工程1

1.1.3工程材料的分类2

1.2材料合成与制备3

1.2.1材料合成与制备的概念3

1.2.2材料合成与制备的意义4

1.3本课程的学习内容和方法4

1.4材料合成与制备的发展5

参考文献5

思考题6

第2章常用金属材料的制备7

2.1冶金工艺7

2.1.1火法冶金7

2.1.2湿法冶金8

2.1.3电冶金8

2.2钢铁材料的制备9

2.2.1生铁的冶炼10

2.2.2钢的冶炼14

2.2.3铸铁的熔制16

参考文献19

思考题19

第3章陶瓷材料的制备21

3.1陶瓷材料的分类与显微组织21

3.1.1陶瓷材料的分类21

3.1.2陶瓷材料的显微组织21

3.2陶瓷材料的特性与发展前景23

3.2.1陶瓷材料的特性23

3.2.2陶瓷材料的发展前景24

3.3陶瓷材料的制备25

3.3.1传统陶瓷的制备过程25

3.3.2特种结构陶瓷的制备过程30

3.4工程陶瓷材料的应用实例32

3.4.1发动机用高温高强度陶瓷材料32

3.4.2超硬工具陶瓷材料32

3.4.3超高压合成材料33

3.4.4透明陶瓷34

参考文献34

思考题34

第4章高分子材料的制备35

4.1概述35

4.1.1常用名词35

4.1.2高分子材料的发展史36

4.1.3高分子材料的分类和命名36

4.2高聚物的结构37

4.3塑料、橡胶、纤维三大合成材料38

4.4高分子材料的制备38

4.4.1高分子聚合反应39

4.4.2自由基聚合方法40

4.4.3缩聚反应方法45

参考文献46

思考题47

第5章单晶材料的制备48

5.1概述48

5.1.1单晶48

5.1.2单晶的制备方法48

5.2固相-固相平衡的晶体生长49

5.2.1形变再结晶理论49

5.2.2应变退火及其工艺设备52

5.2.3利用烧结体生长晶体54

5.3液相-固相平衡的晶体生长(熔体法)54

5.3.1从液相中生长晶体的一般理论54

5.3.2定向凝固法62

5.3.3提拉法66

5.3.4区域熔化技术68

5.4常温溶液法68

5.4.1基本原理68

5.4.2晶体生长方法69

5.5高温溶液法70

5.5.1基本原理70

5.5.2晶体生长方法简介71

5.5.3晶体生长实例光折变材料BaTiO3的晶体生长72

参考文献72

思考题73

第6章非晶材料的制备74

6.1概述74

6.1.1非晶材料的基本概念74

6.1.2非晶态合金的结构特点76

6.1.3非晶态合金的特性及发展应用76

6.2非晶态材料的形成理论79

6.2.1热力学理论79

6.2.2动力学理论80

6.2.3结构化学理论81

6.2.4非晶态的形成与稳定性理论82

6.2.5非晶态材料的结构模型83

6.3非晶态材料的制备原理与方法86

6.3.1非晶态材料的制备原理86

6.3.2非晶态材料的制备方法87

6.3.3非晶态材料制备技术举例91

参考文献99

思考题100

第7章薄膜材料的制备101

7.1物理气相沉积——真空蒸镀101

7.1.1真空蒸发镀膜102

7.1.2蒸发的分子动力学基础103

7.1.3真空蒸发镀膜的纯度103

7.1.4蒸发源103

7.1.5合金、化合物的蒸镀方法106

7.2物理气相沉积溅射镀膜109

7.2.1气体放电理论109

7.2.2几种典型的溅射镀膜方法113

7.2.3离子成膜117

7.3化学气相沉积119

7.3.1基本概念119

7.3.2反应原理120

7.3.3影响CVD薄膜的主要参数122

7.3.4CVD设备122

7.3.5CVD装置124

7.4三束技术与薄膜制备125

7.4.1分子束外延125

7.4.2激光辐照分子外延126

7.4.3准分子激光蒸发镀膜方法128

7.4.4等离子体法制膜技术130

7.4.5离子束增强沉积表面改性技术132

7.5液相反应沉积133

7.5.1液相外延技术133

7.5.2化学镀133

7.5.3电化学沉积133

7.5.4溶胶-凝胶法133

参考文献135

思考题136

第8章纳米材料的制备137

8.1概述137

8.1.1纳米材料的分类及微观结构137

8.1.2纳米材料的特性138

8.1.3纳米材料研究的特点138

8.1.4纳米材料的性能和应用139

8.2纳米材料制备技术142

8.2.1纳米材料制备技术现状142

8.2.2物理法制备纳米材料143

8.2.3化学法制备纳米材料144

8.3块体纳米材料的制备技术146

8.3.1惰性气体凝聚原位加压成形法146

8.3.2机械合金研磨结合加压成块146

8.3.3非晶晶化法147

8.4SiO2微球的制备方法147

8.4.1纳米SiO2的制备147

8.4.2纳米SiO2的应用领域148

参考文献149

思考题149

第9章功能陶瓷的合成与制备150

9.1功能陶瓷概论150

9.1.1功能陶瓷150

9.1.2功能陶瓷的制备工艺151

9.2高温超导陶瓷153

9.2.1超导体153

9.2.2陶瓷超导材料155

9.2.3超导理论156

9.2.4超导陶瓷的具体结构157

9.2.5超导体主要性能测试158

9.2.6超导陶瓷的制备159

9.2.7超导陶瓷的应用160

9.3敏感陶瓷161

9.3.1热敏陶瓷163

9.3.2压敏陶瓷167

9.3.3气敏陶瓷168

9.3.4湿敏陶瓷170

9.3.5其他敏感陶瓷简介172

9.4压电陶瓷173

9.4.1压电陶瓷概述173

9.4.2压电陶瓷的性能参数173

9.4.3压电陶瓷材料174

9.4.4压电陶瓷的应用176

9.5半导体陶瓷176

9.5.1半导体陶瓷的导电特性176

9.5.2半导体掺杂陶瓷及其应用177

9.5.3陶瓷半导体元件178

9.6磁性陶瓷178

9.6.1磁性陶瓷的磁学基本性能179

9.6.2磁性陶瓷的分类181

9.6.3磁性陶瓷材料及其应用181

参考文献185

思考题186

1 绪论

1.1　有机合成的目的和任务

1.1.1　什么是有机合成

1.1.2　基本有机合成工业和精细有机合成工业

1.1.3　有机合成路线设计

1.2　有机合成的发展状况

1.2.1　有机合成的回顾

1.2.2　有机合成与整体有机化学的关系

1.2.3　天然物质可由有机合成制备

1.2.4 为了验证并扩充化学理论而合成新化合物

1.2.5　先想象适合于应用的分子结构，再合成所需分子

1.3　有机合成的现代成就

1.4　有机合成的发展趋势

1.4.1　有机合成发展的良好客观条件和改进方向

1.4.2　有机合成化学与其他学科相结合的发展趋势

2　有机合成与路线设计的基础知识

2.1　有机合成的要点

2.1.1 以周期表为依据

2.1.2　以羰基化合物为中心

2.1.3　键结方式和键的极性

2.1.4　对等性

2.1.5 氧化态

2.1.6 反应种类

2.2　有机合成路线设计的基本方法

2.2.1　合成路线设计的原则与基本方法

2.2.2　合成设计实例

2.3　有机合成反应的选择性

2.3.1　选择性

2.3.2　反应的控制因素

3　分子的拆开

3.1　优先考虑骨架的形成

3.2　分子的拆开法和注意点

3.2.1　在不同部位拆开分子的比较.

3.2.2　考虑问题要全面

3.2.3　要在回推的适当阶段将分子拆开

3.3 醇的拆开

3.4　β-羟基羰基化合物和α，β-不饱和羰基化合物的拆开

3.4.1 β-羟基羰基化合物的拆开

3.4.2　α，β-不饱和醛或酮的拆开

3.5　1，3-二羰基化合物的拆开

3.5.1　相同酯间的缩合

3.5.2　酯分子内缩合

3.5.3　不同酯间缩合

3.5.4　酮与酯缩合

3.5.5　酯与腈缩合

3.6　1，5-二羰基化合物的拆开

3.6.1　Michael加成

3.6.2　Mannich反应的应用

3.7　α-羟基羰基化合物(1，2-二氧代化合物)的拆开

3.7.1　α-羟基酸的拆开

3.7.2　α-羟基酮的拆开

3.7.3　1，2-二醇

3.8　1，4-和1，6-二羰基化合物的拆开

3.8.1　1，4-二羰基化合物的拆开

3.8.2　γ-羟基羰基化合物拆开

3.8.3　1，6-二羰基化合物的拆开

3.9　内酯合成

4　导向基的引入

4.1　活化是导向的主要手段

4.2钝化也能导向

4.3利用封闭特定位置进行导向

5合成子与极性转换

5.1关于合成子的基本理论

5.1.1合成子的概念

5.1.2合成子的极性转换

5.1.3合成子与稳定性

5.2合成子极性转换的具体应用

5.3合成子的分类和加合

5.3.1合成子的分类

5.3.2合成子的加合——a合成子与d合成子的反应

5.3.3供电子合成子

5.3.4受电子合成子

5.4合成子极性转换的方法

5.4.1杂原子的交换

5.4.2引入杂原子

5.4.3碳,碳的加成(含C碎片的加合)

5.4.4一些典型的合成子等价试剂

5.5常用的各类极性转换的方法

5.5.1按可逆性对极性转换的分类

5.5.2羰基是作用物的极性转换

5.5.3氨基（胺基）化合物的极性转换

5.5.4烃类化合物的极性转换

6氧化反应

6.1醇类的氧化

6.1.1铬[Cr(Ⅵ)]的氧化物

6.1.2碳酸银

6.1.3有机氧化剂

6.1.4酚类的氧化

6.2醛、酮的氧化

6.2.1醛类氧化成羧酸

6.2.2甲基酮被次卤酸氧化

6.2.3酮被氧化成酯或内酯

6.2.4Beckmann重排反应

6.2.5用过渡金属氧化物氧化

6.3羧酸氧化

6.4烯烃氧化

6.4.1形成环氧化合物

6.4.2烯烃的二羟基化反应

6.4.3烯烃类化合物的氧化切断

6.5α碳原子氧化

6.5.1使用二氧化硒

6.5.2使用N溴代丁二酰亚胺（NBS）

6.5.3以铬酸类氧化剂

6.5.4利用激发态氧的单线态（1O2）

6.5.5用强碱脱去α氢

6.6在非活化部位氧化

6.6.1微生物法

6.6.2HLF反应（HofmannLoefflerFreytag反应）

6.6.3Barton反应

6.6.4利用三级胺氧化成亚胺盐的反应

6.6.5吡啶的α甲基的氧化

6.6.6遥控式的氧化

7还原反应

7.1催化氢化（加氢反应）

7.1.1概论

7.1.2加氢反应

7.1.3除碳碳不饱和键以外的各官能团的催化氢化

7.1.4加氢造成的氢解

7.2金属氢化物还原

7.2.1氢化锂铝与二异丁基氢铝

7.2.2硼氢化钠（NaBH4）

7.2.3硼烷（BH3）

7.3金属还原剂

7.3.1锂（钠）溶于液态氨中的还原反应

7.3.2以金属锌为还原剂

7.3.3以金属钛为还原剂

7.4低价金属盐还原剂

7.4.1二氯化钛TiCl2

7.4.2三氯化钛TiCl3

7.5非金属还原剂

7.5.1肼（NH2NH2）

7.5.23价磷化合物（phosphine，膦）

8保护基团

8.1羟基的保护

8.1.1形成甲醚类(ROCH3)

8.1.2形成叔丁基醚类[ROC（CH3）3]

8.1.3形成苄醚(ROCH2Ph)

8.1.4形成三苯基甲醚(ROCPh3)

9　环化反应

10　含杂原子有机化合物的合成

11　磷、硫、硅在有机合成中的应用

12　合成问题的简化

13　Corey有关有机合成路线设计的五大策略

参考文献

常用缩略语

中文索引

英文索引2100433B