无机功能材料

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,无机功能材料,课程目的,: 开阔视野、掌握方法、学以致用,考核方式：,作业40%+闭卷考试60%，,电子化无纸作业+书面作业,Tel:,1,讲述内容与结构,第一章 绪论,第二章 发光材料,第三章 光学材料,第四章 功能陶瓷,第五章 超导材料,第六章 超硬材料,第七章 磁性材料,第八章 多孔材料,第九章 无机高分子材料,第十章 催化剂,2,第一章 绪论,1.1 分类：按应用领域与功能划分,1）发光显示材料：荧光灯、电脑及彩电显示用发光材料；路标、消防通道标示用发光材料、广告、装饰与服装用、雷达与夜视红外跟踪用、射线检测与利用（显示）,2）光学材料：,激光用、滤光用、光纤用、分光用、光转换用,3）功能陶瓷：半导体陶瓷、绝热陶瓷、结构陶瓷、压电陶瓷、介电陶瓷,4）超导材料：,无机与有机；薄膜、线、片,5）生物功能材料,：人工骨骼、隆胸材料（复合硅胶）、抗癌药物、免疫制剂、人工营养素,3,6）磁性材料,：磁带、磁盘、永久磁铁、电磁铁、磁记录材料,7）催化剂,：有机合成用、石油化工用、三废处理用,8）功能性添加剂,：化妆品用、阻燃材料、高分子材料用、涂料用,9）多孔材料,：微孔、介孔、大孔材料；,10）无机高分子,：有机硅、有机磷、有机硫,4,1.2 国内重要研究部门简介,1）中国科学院,长春应用化学研究所：发光材料、光学材料、催化剂、纳米材料,长春物理所：发光材料,长春光机所：光学材料,上海硅酸盐研究所：功能陶瓷、纳米材料,中国科技大学：纳米材料、发光材料,大连化学物理研究所：催化剂,2）大学,：北京大学、清华大学、复旦大学、厦门大学等,5,1.3 国内重要学术期刊,无机功能材料学报,发光学报,化学学报,无机化学,激光,物理化学学报,硅酸盐学报,6,1.4 研究方法,功能（性质） 结构 衍生物,国际国内跟踪与创新：相关信息收集渠道与方式,7,第二章 发光材料（Phosphors）,2.1 发光材料应用：,2.2 发光过程与原理：,2.3 发光具体示例,2.4 合成技术,2.5 性能测试,2.6 影响发光强度因素,2.7 文献调研,8,荧光灯,日光灯、紫外灯（蚊蝇灯、杀菌灯、夜总会装饰灯）、霓虹灯,显示器,阴极射线显示屏（彩电、电脑彩色显示屏），X-射线增感屏（X光成像显示系统，红外线显示成像系统（夜视仪荧光屏）,荧光棒,（化学发光）,道路标示,消防通道、高速公路、夜航标、紧急出口、路标,装饰与服装,荧光图案、开关面板,2.1 发光材料应用,9,2.2 发光过程与原理,：外力作用下可以发光的物质,外力,：紫外线、辐射（X-，-RAY）、红外光或热（上转换）、化学能（反应）、压力与碰撞、日光、电等,原理,：电子跃迁 辐射跃迁,非辐射跃迁,Stokes 与 Anti-Stokes发光,带谱与锐峰,10,Stokes发光,激发态,1,2,3,4,EM,EX,多声子过程：一种非辐射跃迁,基态,EM, ,EX,11,Anti-Stokes发光,基态,激发态,多声子过程:一种非辐射过程,ex2,ex1,1,2,3,em,emex1,或,ex2,12,带谱与锐峰,能级劈裂,: 易受外界因素影响,温度、周围离子或原子,带谱,锐峰,nm,I,13,2.3 发光具体示例,1. 荧光灯,：普通荧光灯与三基色节能灯,（红、绿、蓝）,汞蒸气,放电,254,nm,紫外线,可见光,发光材料,液汞,电,60%85%,2. 图象显示:,彩电、电脑,CRT,显示器、,X-Ray,显示屏,14,荧光灯的构造,发光材料,灯丝,灯丝,汞蒸气,15,3. 长余辉发光材料,又称蓄光材料或夜光材料：内含,能量陷阱，,包括,ZnS、SrAl,2,O,4,中掺Eu,2+,、Ce,3+,、Dy,3+,、Ag,+,发光过程： 缓慢释光或热释光,4. 上转换材料,又称红外发光材料、反,Stokes,发光材料：夜视成像系统，过渡金属硅铝酸盐,反之为隐身材料：军事用途、民用,5.,X-Ray,增感屏,为,ROClF：Tb,3+,（R=稀土）,海关、机场安全检查快速通关系统,6. 其他：LED 200 lm/w，半导体电致发光,(三基色灯 6085；钨丝灯2030lm/W）,16,2.4 合成技术,1. 原料选择：,基质光学透明，无吸收，空轨道离子,s,0,、p,0,、d,0,、f,0,发光粒子拥有不饱和,s、p、d、f,电子,高纯原材料：99.99%,2. 合成工艺：混合预烧研磨高温烧结（气氛）,氧化,还原,惰性,3. 设备：实验室马福炉、硅碳棒炉,工业隧道窑,反应容器：刚玉坩埚,热出急冷,17,2.5 性能测试,粗测：,紫外灯下观察,相对亮度,：仪（254nm、365nm激发源）,光谱,：激发光谱、发光光谱、反射光谱,低温、常温、高温荧光光谱 仪,结构,：XRD、IR、Raman、NMR、ESR,18,2.6 影响发光强度因素,1. 晶体结构,：较低对称性,2. 激活剂,、敏化剂浓度,3. 激发源,类型、波长、强度,4. 杂质,种类、含量有害离子：VIII,5.温度,：温度升高，发光减弱,6. 使用,环境与气氛,19,2.7 文献调研,国内,：中国期刊网、万方数据库、维普数据库,关键词：发光、长余辉、稀土,国际：,CA、Journals、Database,Keywords：Phosphor、Luminescence、Rare Earth,书籍,：无机发光材料、显示材料,稀土化学、固体化学,固体物理,问题思考？,20,第二章 发光材料（Phosphors）,2.1 发光材料应用：,2.2 发光过程与原理：,2.3 发光具体示例,2.4 合成技术,2.5 性能测试,2.6 影响发光强度因素,2.7 文献调研,21,荧光灯,日光灯、紫外灯（蚊蝇灯、杀菌灯、夜总会装饰灯）、霓虹灯,显示器,阴极射线显示屏（彩电、电脑彩色显示屏），X-射线增感屏（X光成像显示系统，红外线显示成像系统（夜视仪荧光屏）,荧光棒,（化学发光）,道路标示,消防通道、高速公路、夜航标、紧急出口、路标,装饰与服装,荧光图案、开关面板,2.1 发光材料应用,22,2.2 发光过程与原理,：外力作用下可以发光的物质,外力,：紫外线、辐射（X-，-RAY）、红外光或热（上转换）、化学能（反应）、压力与碰撞、日光等,原理,：电子跃迁 辐射跃迁,非辐射跃迁,Stokes 与 Anti-Stokes发光,带谱与锐峰,23,Stokes发光,激发态,1,2,3,4,EM,EX,多声子过程：一种非辐射跃迁,基态,EM, ,EX,24,Anti-Stokes发光,基态,激发态,多声子过程:一种非辐射过程,ex2,ex1,1,2,3,em,em250,LaNi,5 ,R,2,Mg,17,和R,2,Ni,2,Mg,15,。(R等仅代表稀土 La，Ce，Pr，Nd或混合稀土）,优缺点：室温即可活化、吸氢释氢容易但成本高,钛铁系,FeTi,和钛锰系MnTi,优点：价格便宜,缺点：活化困难、反复吸氢后性能下降。,稀土储氢材料,148,混合动力汽车：燃料稀土镍氢电池,稀土镍氢电池,可以充电而无记忆效应，可以循环10000次以上；,无污染；,成本低廉；,安全可靠。,应用：用于大型服务器、交换机、笔记本电脑、混合动力车等。,149,应用,储氢容器,储氢合金的储氢密度高于液态氢的密度。,氢化物电极,镍氢电池比能量高、对人体无害。,制备超纯氢,含有杂质的氢气与储氢合金接触，氢被合金吸收，杂质则被吸附在合金表面。,150,重大举措,限制稀土等有色金属矿出口,成员,稀土、钨、锌、锡、铅、钴等，我国丰富蕴藏量,作用：,战略眼光，占领未来高新技术制高点。,151,中国钕铁硼磁体市场规模