制备方式（精选8篇）
制备方式 篇1
纳米材料的制备方法以及应用方式
摘要：综述了纳米材料研究概况，对纳米材料的研究进展、制备方法、及其应用领域进行了介绍，并与传统材料进行比对，介绍了纳米材料的的优点。
关键词：纳米材料;制备方法;应用
德国科学家H.Gleiter教授最先提出纳米晶体材料这一概念，指的是晶粒尺寸在纳米数量级(通常该尺寸<100nm)以下的超细材料，随着时代的进步科技的不断发展，人们对纳米材料的概念也在不断发生转变，理解初期阶段，它是指由纳米超微颗粒通过压制等方法形成的纳米固体或具有一定厚度的薄膜，时至今日，广义的纳米材料是指在材料的三维尺度中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料[1]。
经过时代的演变和发展，纳米材料的概念一直演绎更新，国际上普遍认同凡是尺寸在纳米数量级(1～100nm)或出现纳米效应的超细材料均可认为是纳米材料，在纳米材料中金属纳米粒子一直是人们关注的焦点，金属纳米粒子由于自身的独特性， 在医药、光电、电子产业、热学、生物信息等方面具有重要的应用前景，在这些领域有许多新的突破和进展，如Frens采用不同浓度的柠檬酸钠作为还原剂而得到了金纳米颗粒系列，其粒径范围在 16～ 147nm[2];Nersisyam等利用溶胶-凝胶法制造银纳米粒子，通过使用不同的还原剂将银纳米粒子的范围控制在20～50mm[3];王睿等利用乙二醇还原性，在对溶剂进行高温加热的情况下并施以光诱导作用将银纳米粒子的尺寸控制在50nm左右同时得到三角形和圆盘形两种粒子形态[4]。除开金银这些贵重金属，对铜纳米粒子的研究最近也掀起了一股热潮，李延君等人通过对不同温度和不同浓度试剂的调配在极性溶剂中制备了粒径范围在7～ 70nm的铜纳米粒子[5]。
纳米材料的晶粒尺寸一般在100nm以下数量级，在纳米材料中晶粒的晶界呈多面性，而晶界的体积百分数往往和材料缺陷密度呈正比，体积百分数越大其缺陷密度越高，这种独特的晶粒结构使得纳米材料相对于传统材料呈现出许多的优越性，它的奇特性能包括宏观量子隧道效应、量子尺寸效应、导电性好、力学性能优异等等。
纳米材料其实对我们每个人来说它并不陌生，自然界中就存在许多的天然的纳米材料，比如牙齿、陨石等都是由纳米颗粒组成，而如今大多数国家都将纳米材料制作及技术发展作为重要的科研领域，它在某种程度上反应了一个国家在材料领域的发展水平，时至今日，制备纳米材料的方法多种多样，例如机械研磨、物理粉碎、气相沉积、溶胶法及真空冷凝等方法[6]。针对纳米材料的制备方法按照其原理不同分法亦不相同：发生反应的状态不同主要分为干法(固体之间的反应)和湿法(水溶液里进行的反应);原料存在的状态不同亦可分为固相法(金属盐或金属氧化物混合后通过煅烧的方法直接发生固相反应)、气相法(物质在气体的状态下发生物理或化学反应)与液相法(可溶性性盐溶液通过蒸发、升华将金属粒子结晶出来);按制备手段也可分为化学法(沉淀法、相转变法、气溶胶反应法等)、物理法(蒸汽冷凝法、电火花法、离子溅射法等)和综合法(PECVD、LICVD等)。
这些方法各有所长各有所短，比如固相法利用热分解原理得到的产物容易再次凝结成块，需要重新粉碎、搅拌，增加了成本;物理粉碎法相对来说工艺简单、低成本高产量，但是极易引入杂质，造成产物质量纯度低;气相法制备的纳米颗粒纯度较高，与之相应的成本高，对纳米颗粒的粒径尺寸也有要求，这些制备方法既有优势也有自身的劣势，而这些劣势限制了纳米材料的进一步发展。
纳米材料作为材料科学领域的热点焦点，纳米技术也被国际公认为21世纪最具发展力的的科研领域，诺贝尔获奖者Feyneman早年就预言：如果能在极小的尺度下对粒子进行重新组合排列，物质就会显示出不一样的特性。现在我们明白他所说的就是纳米材料，通过对纳米材料中超微颗粒结构的变化得到的独特性能解决科研领域中的许多难题，它的应用领域是非常广泛的，以下列领域为代表：
陶瓷领域 纳米技术在陶瓷中的应用越来越流行，其原理是将纳米尺度的陶瓷粉加入瓷釉中，改善传统陶瓷性能，达到抗菌、自净等功能，特别是在力学增强方面，如材料的硬度、强度、韧性等。传统陶瓷的加工工艺离不开高温，可是通过高温烧结会增加材料的脆性，陶瓷的断裂韧度会随着脆性的增加而降低，这就使得传统陶瓷具有易碎的特点，纳米陶瓷材料所需要的温度在传统的基础上可降低接近600℃，同时无需催化剂，大大降低了对材料品质的污染，减少了能耗需要，纳米陶瓷材料在较低的温度下进行烧结，在保留陶瓷硬度的`同时增加了它的韧性、弹性形变、耐腐蚀、耐高温高压等特点，新型的陶瓷甚至可以磨削，至此陶瓷材料远离高能耗、易碎。
催化方向 纳米技术广泛的渗透到催化领域，纳米催化的出现及关于它相关研究越来越受到更多人的重视，普通的催化剂对温度有较高的要求，但是纳米催化剂对温度的要求较低的，通常在常温后者低温就可以进行，纳米催化剂是超微颗粒，尺寸小，故高表面能高，发生反应后其效果是普通催化剂的数十倍或百倍以上，例如金属纳米粒子Ni和Cu-Zn组成的催化剂与传统的催化剂Ni相比对有机加氢的效率增长了10倍。
医药方面 纳米材料在医药方面的应用也有明显的优势，可增加患者的疗效，而纳米技术在医药生产上的应用可以使医疗技术更加细化，同时能研制出普通医药无法比拟具有特定功能的药品，而一些具有纳米技术的仪器在对疾病的诊断方面只需要患者极少的一点的血液，通过对蛋白质、DNA的匹对就可确定出疾病，如果将纳米粒子作为药物载体，那么药物就具有靶向作用，可以直击病灶。使治疗更加直接，而药物产生的毒性也能明显降低。
复合材料 复合材料由于其优良的综合性能而广泛应用于光电、航天材料、交通运输等领域，而纳米复合材料更具吸引力，现如今纳米复合材料主要括纳米聚合物基、纳米碳管功能、纳米钨铜，例如Wu-Cu纳米复合物具有较高的综合性能，导电性能优异，传热好，不易发生热膨胀。
参考文献：
[1]张立德，牟继美.纳米材料和纳米结构.第一版，北京科学出版社，.
[2]Frens G. Regulation of the particle size in monodisperse gold suspensions[J]. Nature：Physical Science，1973，241(105)：20-22.
[3]Nesisyan H H， Lee H， Son H T， et al. Materials Research Bulletin，，38：949-956.
[4]王睿，等.不同形态银纳米粒子的非线性光学特性.高等学校化学学报.，33：149-152.
[5]李延军，唐建国，等.粒径可控的铜纳米粒子的液相还原法制备.化学工程师.(5)：17-20.
[6]Lu K，Lu J， Wang T， et al.A new method for synthesizing nanocrystaline alloys[J].Journal of Applied Physics，1991，69(1)：522-524.
制备方式 篇2
黑硅 (black silicon) [1]作为兴起的一种新型硅材料, 以其在可见光与近红外波段有极高的光吸收率[2], 使其对光线十分敏感, 它的光敏感度可以达到传统硅材料的100～500倍。在正常情况下, 一个光子只能产生一个电子, 而在黑硅这种材料中, 由于它具备光电导增益效果[3], 可以由一个光子产生多个电子, 从而使电流增大到200～300倍, 使其在微光探测方面的性能较一般材料有着飞跃般的进步, 并且黑硅的制造工艺可以较容易地嵌入到目前的半导体工艺中, 使其在照相机、夜视仪等光电探测[4]方面有着广阔的应用前景。目前国际上其通用的制备方式主要有两种:飞秒激光器刻蚀和深反应离子刻蚀 (DRIE) 。其中, 飞秒激光器刻蚀[5]是SF6环境下, 利用飞秒激光器产生的超短脉冲激光对硅片表面进行辐照, 其激光脉冲的高能在与硅片表面作用的同时, 在表面附近积聚大量能量, 能瞬间使背景气体SF6分解出游离的F-离子, 并与表面汽化的Si原子生成易挥发的SiF2和SiF4, 使硅片表面不断被刻蚀, 最终形成准规则排列的微米量级尖锥结构。这样改造后的硅表面具有极高的光吸收率, 而反应离子刻蚀 (RIE) [6]的原理是利用一定压强下的刻蚀气体在高频电场的作用下, 通过气体辉光发电产生等离子体 (其中包含了大量的分子游离基团) , 通过电场加速活性基团对被刻蚀物体进行离子轰击和化学反应, 生成挥发性气体, 反应产物在低压真空腔中被抽走来实现对材料的刻蚀, 最终在硅片表面得到与飞秒激光器刻蚀相似的微结构, 从而制备所说的黑硅。目前这两种方式都比较成熟, 都能得到稳定的结果, 但是这两种方式对反应条件要求苛刻, 实验设备成本高昂, 不利于大规模生产。
本文采用两种湿法刻蚀相结合的方法制备黑硅材料。先利用Si3N4充当掩膜层, 用光刻的方式在硅片表面形成图案, 然后通过KOH溶液对其进行刻蚀, 在硅片表面形成规则的尖锥形貌, 然后利用金纳米颗粒作为催化剂, 用HF酸对经碱刻蚀后的硅片样品表面进行改性, 以进一步提高其光吸收率, 最终制备的黑硅的光吸收率可以达到95%以上, 这种制备方法具有实验设备较简单, 变量易控等优点。
1 实 验
实验中采用湿法刻蚀的方式来制备黑硅, 其所用硅片为单面抛光的6 inch P+单晶硅, (100) 晶面, 厚度为600～700 μm, 电阻率为8～12 Ω·cm, 主要流程如图1所示。
首先, 利用PECVD在清洁的硅片表面沉积一层Si3N4, 其厚度为100 nm, 之后旋涂一层光刻胶 (AZ5218) , 覆盖上掩膜后通过光刻机对其进行曝光处理, 然后通过显影在硅片表面得到掩膜图案, 硅片经过后烘后, 把硅片上通过显影后而暴露出区域的Si3N4层刻蚀掉, 最终再对硅片表面的残留光刻胶用丙酮洗去。这样就在硅片上形成需要的Si3N4掩膜层。光刻后在硅片表面形成间距与半径比为2 μm∶2 μm的圆形Si3N4掩膜。
在硅片表面制备好Si3N4掩膜后用丙酮和去离子水依次对光刻过后的硅片进行超声清洗, 保证硅片表面的清洁度。清洗后对硅片进行碱刻蚀, 刻蚀温度为85 ℃, 碱刻蚀的溶液配比为KOH 2.891g, 去离子水50 mL, 异丙醇12 mL; 碱刻蚀后的片子在清洗后进行酸处理, 反应温度为室温, 溶液的配方为氯金酸 (0.04%) 1 mL, 双氧水5 mL, 氢氟酸2 mL, 乙醇2 mL, 刻蚀时间为8 min。刻蚀完成后利用I2, KI溶液I2 25 g, KI 100 g, H2O 1 L溶液洗去硅片表面残余的金颗粒[7]。采用带积分球的光谱仪来测定制备好的黑硅样品在可见光及近红外波段的光吸收率。
2 实验结果与讨论
2.1 碱刻蚀后硅片表面的形貌分析
在碱刻蚀时, 不同的刻蚀时间硅片表面会出现不同的形貌特征, 如图2所示。图 (a) 样品刻蚀时间为10 min, 图 (b) 为14 min, 图 (c) 18 min, 尖锥尺寸为4 μm, 观测设备Hitachi S4800 FESEM。
实验中, 在刻蚀开始时, 刻蚀主要发生在掩膜侧面, 在硅片表面形成顶部为圆台的锥性结构, 随着刻蚀的进行, 圆台面积减小, 最终形成尖锥结构, 再继续刻蚀, 硅片表面的尖锥形貌就会被破坏, 形成不规则刻蚀面。
在碱液腐蚀的时候, 采用的碱液是KOH, H2O, (CH3) 2CHOH (异丙醇) 的混合溶液, 其腐蚀原理[8]如下:
Si会先被OH-氧化反应生成含水化合物Si (OH)
然后Si (OH)
由于反应生成的络合物是溶于水的, 这种络合物不断地从硅片表面离开, 从而实现对硅片的刻蚀。
单晶硅是典型的面心立方体结构[9,10,11], 它与金刚石的晶体结构相同, 其在 (111) 方向上的原子密度最大, 并且在这个晶面上的硅原子越相邻表面的3个硅原子形成3个共价键, 只有1个悬挂键存在;{110}晶面的的原子密度最小, 其晶面上的硅原子与相邻晶面的形成1个共价键, 还有3个悬挂键存在;{100}晶面上的硅原子密度居中, 其晶面上的硅原子与相邻晶面的硅原子形成2个共价键, 还有2个悬挂键存在。悬挂健的多少决定着晶面上硅原子在刻蚀液中刻蚀速率的快慢, 悬挂健越多的硅原子越容易与溶液中OH-反应。由此可以知道{110}面在碱溶液中刻蚀速率最快, {100}面次之, {111}面的刻蚀速率最慢。
根据晶体间晶面与晶向的关系可以知道, {111}面与 (100) 晶向的夹角为54.74°, 这样就可以计算出刻蚀的最大深度H与相邻圆形氮化硅掩膜间距L的关系为:
由于掩膜版图形上远点的尺寸和间距比为2 μm∶2 μm, 可以计算出刻蚀的最大H= 2.83 μm, 形成尖锥后继续刻蚀, 尖锥侧面的{111}晶面就会被破坏, 形成新的刻蚀入侵点, 最终导致硅片表面的尖锥形貌被破坏 (如图2 (c) 所示) 。
经碱刻蚀可以在硅片表面形成尖锥形貌, 由各项异性刻蚀的原理可知碱刻蚀后尖锥的长径比 (Aspect Ratio) 仅能达到1.414, 对光的减反射作用比较有限, 其光吸收率仅能达到80%左右, 这就需要对制备的硅片进一步处理。
2.2 HF腐蚀后硅片表面形貌分析
碱刻蚀后的硅片经过酸处理, 会在表面形成多孔形貌, 如图3所示。图中:上面两幅为平面图, 下面两幅图为截面图, 采用的观测设备为Hitachi S4800 FESEM。
可以看到, 黑硅材料表面具有规则的尖锥形貌, 并且在尖锥表面形成多孔结构, 碱刻蚀后的样品通过酸处理后, 尖锥的锥顶被部分削减, 但是还是较好的保持了尖锥形貌。酸处理后在硅片表面形成的微孔孔径在10～60 nm之间, 孔深可以达到500 nm以上, 并且微孔孔壁之间基本未发生钻刻。
在酸处理时硅片表面会发生如下化学反应[11]:
在一般情况下, HF是不会和Si发生反应的, 在溶液中HAuCl4与双氧水反应生成纳米金颗粒后, 纳米金颗粒在溶液中通过扩散被吸附到硅片表面, 就会在硅片表面形成局部的原电池效应[12,13], 由于的金颗粒源电动势要比硅的源电动势高, 其在硅片表面就会产生局部的源电动势差, 进而产生从金颗粒流向附近硅体的电偶电流, 这样附近硅体中的空穴粒子就会在电场的作用下迁移到硅体表面, 参与表面硅原子与刻蚀。具体反应如下:
式中:h+代表硅体中的空穴粒子。
在硅片表面的酸处理中H2O2起到双重作用, 反应开始时需要和HAuCl4生成纳米金颗粒, 在刻蚀过程中其又起到氧化剂的作用。由反应可知, 微孔的孔径是有纳米金颗粒的大小来决定的, 随着反应的进行, 纳米金颗粒会随着刻蚀沉积到微孔底部, 保证了刻蚀的持续性, 最终就可以在硅片表面形成多孔形貌 (如图2所示) 。
2.3 黑硅的光吸收率分析
通过带积分球的光谱仪测试制备黑硅材料样品的光吸收性能, 如图4所示。其中A为纯硅片, B为未进过碱刻蚀只通过酸刻蚀处理后的硅片, C为黑硅样品。
通过光吸收收率曲线可以看到, 纯硅片在200～400 nm波段的光吸收率为45%左右;在500～1 000 nm可以达到65%, 并且其光吸收率的波动较大;未通过碱蚀只采用酸处理的硅片的吸收率最高可以达到90%左右, 在250～500 nm波段有着明显的下降趋势;在500～1 000 nm波段的吸收率仅为85%左右, 吸收率的均匀性不是很好, 黑硅样品在250～1 000 nm波段的光吸收率可以达到96%, 并且其光吸收率具有良好均匀性。
可以看到通过两种湿法刻蚀相结合制备的黑硅在光吸收率上相比纯硅片可以提高30%左右, 相对于单一酸刻蚀处理后的硅片光吸收率最高增幅可以达到11%, 并且其光吸收率在250～1 000 nm的波段都保持了较好的均匀性, 碱刻蚀对硅片光吸收率的提高可以从以下两个方面来解释:
(1) 硅片经过碱处理后形成尖锥的形貌, 尖锥的侧面即{111}晶面, 由硅单晶为面心立方, 由各晶面间的关系可知:
可以计算出碱刻蚀后硅片的总表面积较刻蚀前增大了73.2%, 这就是硅片进行光吸收的面积增大, 并且由于尖锥的存在可以对多角度的入射光进行吸收。
(2) 平整表面的硅片, 入射光经过一次反射后就会返回空气中, 而制备的黑硅, 由于尖锥的存在, 入射光可以在尖锥表面发生多次反射, 这就增大了入射光被吸收的概率, 如图5所示。
由于以上两方面原因, 黑硅样品在250～1 000 nm波段可以保持95%的光吸收率, 及较好的吸收均匀性。
3 结 语
采用两种湿法刻蚀相结合的方式制备黑硅的过程中, 碱刻蚀会在表面形成尖锥形貌, 尖锥的最大高度与掩膜尺寸相关, 样品的尖锥高度为2.8 μm, 碱刻蚀后形成尖锥使硅片有效表面积增大73.2%, 并可以使入射光发生多次反射从而使黑硅样品的光吸收率得到提高。酸处理会在尖锥表面形成多孔形貌, 微孔的孔径为10～100 nm, 孔深可以达到500 nm以上, 最终黑硅样品的光吸收率可以在250～1 000 nm波段均匀的达到95%以上。
电解制备氢氧化亚铁除氧方式探究 篇3
关键词：电解法；制备氢氧化亚铁；实验探究；演示实验改进
文章编号：1005–6629（2014）6–0056–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1 问题提出
传统方法制备氢氧化亚铁较难让学生观察到氢氧化亚铁白色絮状沉淀。电解法[1][2][3]制备简便易行，现象明显，其成功的关键也是有效除氧隔氧。关于除氧方法文献[4][5]已有报道，但各执一词，未做全面对比分析。笔者从加热除氧、覆盖有机层除氧、化学除氧、通气除氧、联合除氧五个方面设计系列实验，对电解制备氢氧化亚铁进行了深入研究，旨在找出电解制备氢氧化亚铁的最佳除氧方案。
2 实验材料
Na2SO4·10H2O（分析纯），亚硫酸钠（分析纯），维生素C（药用片剂），10%盐酸羟胺溶液（新配制）；三孔橡皮塞（100 mL广口瓶），导线，学生电源（J1202-1），碳棒（L=75 mm，d=4 mm），铁钉（L=75 mm，d=2 mm），导气管（输液管代替）；实验用水为煮沸冷却蒸馏水
3 实验装置图
将除氧处理过的50 mL Na2SO4溶液，倒入广口瓶中，加盖，以铁钉为阳极，碳棒为阴极，在4V电压下电解（装置见图1）。
4 实验操作及现象
4.1 加热法除氧
采取不同加热方式对Na2SO4溶液进行处理，按原装置完成Fe（OH）2电解制备。现象记录见表1。
4.2 化学法除氧
在Na2SO4溶液中加入不同类型除氧剂，按原装置完成Fe（OH）2电解制备。现象记录见表2。
4.3 通气除氧
以0.1 mol/L Na2SO4溶液为电解液，按原装置完成Fe（OH）2电解制备，电解前通气除氧3分钟，电解时将导气管移至溶液表面继续通气。现象记录见表3。
4.5 联合除氧
以0.1 mol/L Na2SO4溶液为电解液，采用化学物理联合除氧机制，按原装置完成Fe（OH）2电解制备。现象记录见表5。
5 讨论分析
由表1可以看出，热沸状态下电解制备氢氧化亚铁更有优势。温度升高，水溶氧降低，50℃时，水中氧气溶解度为15 mL，仅仅是常温下的二分之一，达到100℃煮沸状态时，水溶氧基本消失，这种环境有利于氢氧化亚铁絮状沉淀稳定存在。同时，高温可有效抑制胶状物形成，促使白色絮状沉淀达到最大，聚集度更高。白色絮状沉淀，从上到下递增，保留1 h不变（图2a）。
表2显示化学除氧优势明显。当溶液中含有2 g/L Vc时，白色絮状沉淀不受任何影响，保留时间可达1 h以上（图2b）。在Na2SO4和Vc混合溶液中，理论上有四个电对存在：
φθ（C6H6O6/C6H8O6）=0.180V，φθ（Fe2+/Fe）=-0.440V，φθ（Fe3+/Fe2+）=0.770V，φθ（O2/H2O）=1.229V
从电极电势值来看，除Fe之外，Vc还原性最强，阴极产生的氢氧根离子更有利于电极反应C6H8O6-2e-=C6H6O6+2H+发生。
在此环境下，Vc具有双重功能，一是消除水溶氧，2C6H8O6+O2=2C6H6O6+2H2O
二是还原阳极副反应产生的Fe3+，克服黄色干扰，避免Fe3+转化为Fe（OH）3红褐色沉淀。
2Fe2+-2e-=2Fe3+
C6H8O6+2Fe3+=C6H6O6+2Fe2++2H+
通气无法达到有效除氧的目的，受气流影响，新生成的沉淀处于无形分散状态，其作用适得其反。
溶液上方铺一层有机物以隔绝空气，效果明显。Fe（OH）2白色絮状沉淀生成量增加，保留时间延长，浓度越低，现象越明显（表4）；相对而言，乙酸乙酯和苯更有优势，这可能缘于二者高稳定性、低水溶性和比重小等优势。实验证实，如果将覆盖有机层隔氧和添加还原剂化学除氧联合使用，则效果更理想（图2c）。
6 结论
要得到稳定、颜色纯正Fe（OH）2白色絮状沉淀，应该选择0.1 mol/L Na2SO4作电解质溶液，采用外加Vc和覆盖有机苯联合除氧方式；考虑苯挥发性和Vc不稳定性的特点，Na2SO4溶液应是烧煮后再次冷却至室温即用；有机苯5 mL为宜，Vc浓度拟定为2 g/L。
参考文献：
[1]丁非.电解法制氢氧化亚铁[J].化学教学，1999，（5）：7.
[2][4]丁强. Fe（OH）2的制取[J].中学化学教学参考，2000，（10）：41.
[3][5]郑雅敏.关于用电解原理制取白色氢氧化亚铁的研究[J].化学教学，2007，（4）：7.
摘要：基于电解法制备氢氧化亚铁的便捷优势，构建了一种无氧体系用于氢氧化亚铁制备。结果表明，采用维生素C和苯联合除氧机制，可制得氢氧化亚铁纯白色絮状沉淀，保留时间达1小时以上。联合除氧电解制备氢氧化亚铁，操作简便，现象明显，可调控性强。
关键词：电解法；制备氢氧化亚铁；实验探究；演示实验改进
文章编号：1005–6629（2014）6–0056–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1 问题提出
传统方法制备氢氧化亚铁较难让学生观察到氢氧化亚铁白色絮状沉淀。电解法[1][2][3]制备简便易行，现象明显，其成功的关键也是有效除氧隔氧。关于除氧方法文献[4][5]已有报道，但各执一词，未做全面对比分析。笔者从加热除氧、覆盖有机层除氧、化学除氧、通气除氧、联合除氧五个方面设计系列实验，对电解制备氢氧化亚铁进行了深入研究，旨在找出电解制备氢氧化亚铁的最佳除氧方案。
2 实验材料
Na2SO4·10H2O（分析纯），亚硫酸钠（分析纯），维生素C（药用片剂），10%盐酸羟胺溶液（新配制）；三孔橡皮塞（100 mL广口瓶），导线，学生电源（J1202-1），碳棒（L=75 mm，d=4 mm），铁钉（L=75 mm，d=2 mm），导气管（输液管代替）；实验用水为煮沸冷却蒸馏水
3 实验装置图
将除氧处理过的50 mL Na2SO4溶液，倒入广口瓶中，加盖，以铁钉为阳极，碳棒为阴极，在4V电压下电解（装置见图1）。
4 实验操作及现象
4.1 加热法除氧
采取不同加热方式对Na2SO4溶液进行处理，按原装置完成Fe（OH）2电解制备。现象记录见表1。
4.2 化学法除氧
在Na2SO4溶液中加入不同类型除氧剂，按原装置完成Fe（OH）2电解制备。现象记录见表2。
4.3 通气除氧
以0.1 mol/L Na2SO4溶液为电解液，按原装置完成Fe（OH）2电解制备，电解前通气除氧3分钟，电解时将导气管移至溶液表面继续通气。现象记录见表3。
4.5 联合除氧
以0.1 mol/L Na2SO4溶液为电解液，采用化学物理联合除氧机制，按原装置完成Fe（OH）2电解制备。现象记录见表5。
5 讨论分析
由表1可以看出，热沸状态下电解制备氢氧化亚铁更有优势。温度升高，水溶氧降低，50℃时，水中氧气溶解度为15 mL，仅仅是常温下的二分之一，达到100℃煮沸状态时，水溶氧基本消失，这种环境有利于氢氧化亚铁絮状沉淀稳定存在。同时，高温可有效抑制胶状物形成，促使白色絮状沉淀达到最大，聚集度更高。白色絮状沉淀，从上到下递增，保留1 h不变（图2a）。
表2显示化学除氧优势明显。当溶液中含有2 g/L Vc时，白色絮状沉淀不受任何影响，保留时间可达1 h以上（图2b）。在Na2SO4和Vc混合溶液中，理论上有四个电对存在：
φθ（C6H6O6/C6H8O6）=0.180V，φθ（Fe2+/Fe）=-0.440V，φθ（Fe3+/Fe2+）=0.770V，φθ（O2/H2O）=1.229V
从电极电势值来看，除Fe之外，Vc还原性最强，阴极产生的氢氧根离子更有利于电极反应C6H8O6-2e-=C6H6O6+2H+发生。
在此环境下，Vc具有双重功能，一是消除水溶氧，2C6H8O6+O2=2C6H6O6+2H2O
二是还原阳极副反应产生的Fe3+，克服黄色干扰，避免Fe3+转化为Fe（OH）3红褐色沉淀。
2Fe2+-2e-=2Fe3+
C6H8O6+2Fe3+=C6H6O6+2Fe2++2H+
通气无法达到有效除氧的目的，受气流影响，新生成的沉淀处于无形分散状态，其作用适得其反。
溶液上方铺一层有机物以隔绝空气，效果明显。Fe（OH）2白色絮状沉淀生成量增加，保留时间延长，浓度越低，现象越明显（表4）；相对而言，乙酸乙酯和苯更有优势，这可能缘于二者高稳定性、低水溶性和比重小等优势。实验证实，如果将覆盖有机层隔氧和添加还原剂化学除氧联合使用，则效果更理想（图2c）。
6 结论
要得到稳定、颜色纯正Fe（OH）2白色絮状沉淀，应该选择0.1 mol/L Na2SO4作电解质溶液，采用外加Vc和覆盖有机苯联合除氧方式；考虑苯挥发性和Vc不稳定性的特点，Na2SO4溶液应是烧煮后再次冷却至室温即用；有机苯5 mL为宜，Vc浓度拟定为2 g/L。
参考文献：
[1]丁非.电解法制氢氧化亚铁[J].化学教学，1999，（5）：7.
[2][4]丁强. Fe（OH）2的制取[J].中学化学教学参考，2000，（10）：41.
[3][5]郑雅敏.关于用电解原理制取白色氢氧化亚铁的研究[J].化学教学，2007，（4）：7.
摘要：基于电解法制备氢氧化亚铁的便捷优势，构建了一种无氧体系用于氢氧化亚铁制备。结果表明，采用维生素C和苯联合除氧机制，可制得氢氧化亚铁纯白色絮状沉淀，保留时间达1小时以上。联合除氧电解制备氢氧化亚铁，操作简便，现象明显，可调控性强。
关键词：电解法；制备氢氧化亚铁；实验探究；演示实验改进
文章编号：1005–6629（2014）6–0056–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1 问题提出
传统方法制备氢氧化亚铁较难让学生观察到氢氧化亚铁白色絮状沉淀。电解法[1][2][3]制备简便易行，现象明显，其成功的关键也是有效除氧隔氧。关于除氧方法文献[4][5]已有报道，但各执一词，未做全面对比分析。笔者从加热除氧、覆盖有机层除氧、化学除氧、通气除氧、联合除氧五个方面设计系列实验，对电解制备氢氧化亚铁进行了深入研究，旨在找出电解制备氢氧化亚铁的最佳除氧方案。
2 实验材料
Na2SO4·10H2O（分析纯），亚硫酸钠（分析纯），维生素C（药用片剂），10%盐酸羟胺溶液（新配制）；三孔橡皮塞（100 mL广口瓶），导线，学生电源（J1202-1），碳棒（L=75 mm，d=4 mm），铁钉（L=75 mm，d=2 mm），导气管（输液管代替）；实验用水为煮沸冷却蒸馏水
3 实验装置图
将除氧处理过的50 mL Na2SO4溶液，倒入广口瓶中，加盖，以铁钉为阳极，碳棒为阴极，在4V电压下电解（装置见图1）。
4 实验操作及现象
4.1 加热法除氧
采取不同加热方式对Na2SO4溶液进行处理，按原装置完成Fe（OH）2电解制备。现象记录见表1。
4.2 化学法除氧
在Na2SO4溶液中加入不同类型除氧剂，按原装置完成Fe（OH）2电解制备。现象记录见表2。
4.3 通气除氧
以0.1 mol/L Na2SO4溶液为电解液，按原装置完成Fe（OH）2电解制备，电解前通气除氧3分钟，电解时将导气管移至溶液表面继续通气。现象记录见表3。
4.5 联合除氧
以0.1 mol/L Na2SO4溶液为电解液，采用化学物理联合除氧机制，按原装置完成Fe（OH）2电解制备。现象记录见表5。
5 讨论分析
由表1可以看出，热沸状态下电解制备氢氧化亚铁更有优势。温度升高，水溶氧降低，50℃时，水中氧气溶解度为15 mL，仅仅是常温下的二分之一，达到100℃煮沸状态时，水溶氧基本消失，这种环境有利于氢氧化亚铁絮状沉淀稳定存在。同时，高温可有效抑制胶状物形成，促使白色絮状沉淀达到最大，聚集度更高。白色絮状沉淀，从上到下递增，保留1 h不变（图2a）。
表2显示化学除氧优势明显。当溶液中含有2 g/L Vc时，白色絮状沉淀不受任何影响，保留时间可达1 h以上（图2b）。在Na2SO4和Vc混合溶液中，理论上有四个电对存在：
φθ（C6H6O6/C6H8O6）=0.180V，φθ（Fe2+/Fe）=-0.440V，φθ（Fe3+/Fe2+）=0.770V，φθ（O2/H2O）=1.229V
从电极电势值来看，除Fe之外，Vc还原性最强，阴极产生的氢氧根离子更有利于电极反应C6H8O6-2e-=C6H6O6+2H+发生。
在此环境下，Vc具有双重功能，一是消除水溶氧，2C6H8O6+O2=2C6H6O6+2H2O
二是还原阳极副反应产生的Fe3+，克服黄色干扰，避免Fe3+转化为Fe（OH）3红褐色沉淀。
2Fe2+-2e-=2Fe3+
C6H8O6+2Fe3+=C6H6O6+2Fe2++2H+
通气无法达到有效除氧的目的，受气流影响，新生成的沉淀处于无形分散状态，其作用适得其反。
溶液上方铺一层有机物以隔绝空气，效果明显。Fe（OH）2白色絮状沉淀生成量增加，保留时间延长，浓度越低，现象越明显（表4）；相对而言，乙酸乙酯和苯更有优势，这可能缘于二者高稳定性、低水溶性和比重小等优势。实验证实，如果将覆盖有机层隔氧和添加还原剂化学除氧联合使用，则效果更理想（图2c）。
6 结论
要得到稳定、颜色纯正Fe（OH）2白色絮状沉淀，应该选择0.1 mol/L Na2SO4作电解质溶液，采用外加Vc和覆盖有机苯联合除氧方式；考虑苯挥发性和Vc不稳定性的特点，Na2SO4溶液应是烧煮后再次冷却至室温即用；有机苯5 mL为宜，Vc浓度拟定为2 g/L。
参考文献：
[1]丁非.电解法制氢氧化亚铁[J].化学教学，1999，（5）：7.
[2][4]丁强. Fe（OH）2的制取[J].中学化学教学参考，2000，（10）：41.
材料合成与制备方法 篇4
1、什么是溶胶——凝胶？
答：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。
2、基本原理（了解）
3、设备：磁力搅拌器、电力搅拌器
4、优点：该方法制备块体材料具有纯度高、材料成分易控制、成分多元化、均匀性好、材料形状多样化、且可在较低的温度下进性合成并致密化等
5、工艺过程：自己看
6、工艺参数：自己看 2、1水热与溶剂热合成
1、水热法：是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境。
2、溶剂热法：将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒（例如：有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用类似于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成，易氧化、易水解或对水敏感的材料。
3、优点：a、在有机溶剂中进行的反应能够有效地抑制产物的氧
化过程或水中氧的污染；
b、非水溶剂的采用使得溶剂热法可选择原料范围大大扩大； c、由于有机溶剂的低沸点，在同样的条件下，它们可以达到比水热合成更高的气压，从而有利于产物的结晶；
d、由于较低的反应温度，反应物中结构单元可以保留到产物中，且不受破坏。同时，有机溶剂官能团和反应物或产物作用，生成某些新型在催化和储能方面有潜在应用的材料
4、生产设备：
高压釜是进行高温高压水热与溶剂热合成的基本设备；（分类自己看),高压容器一般用特种不锈钢制成，5、合成工艺：选择反应物核反应介质——确定物料配方——优化配料顺序——装釜、封釜——确定反应温度、压力、时间等试验条件 ——冷却、开釜——液、固分离——物相分析
6、水热与溶剂热合成存在的问题：
1、无法观察晶体生长和材料合成的过程，不直观。
2、设备要求高耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬、技术难度大温压控制严格、成本高。
3、安全性差，加热时密闭反应釜中流体体积膨胀，能够产生极大的压强，存在极大的安全隐患。
7、水热生长体系中的晶粒形成可分为三种类型：
a、“均匀溶液饱和析出”机制
b、“溶解-结晶”机制
c、“原位结晶”机制
8、水热与溶剂热合成方法的适用范围：低温生长单体、制备薄膜、制备超细（纳米）粉末 1、3化学气相沉积
1、化学气相沉积乃是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物的技术。
2、气相中析出的固体的形态主要有：在固体表面上生成薄膜、晶须和晶粒、在气体中生成粒子
3、常用三种CVD技术优缺点：
APCVD（常压化学气相沉积）
优点：反应器结构简单、沉积速率快、低温沉积
缺点：阶梯覆盖能差、粒子污染
LPCVD（低压化学气相沉积)
优点：高纯度、阶梯覆盖能力极佳、产量高、适合于大规模生产
缺点：高温沉积、低沉积速率
PECVD(等离子体增强化学气相沉积）
优点：低温制程、高沉积速率、阶梯覆盖性好
缺点：化学污染、粒子污染
4、切削工具的应用（自己看）、模具（自己看）
5、气相化学沉积的生产装置：气相反应室、加热系统、气体控制系统、排气系统 1、4 自蔓延高温合成（SHS)又称燃烧合成（CS)
1、自蔓延高温合成是：利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导做用来合成材料的一种技术，当反应物一旦被引燃，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全，是制备无机化合物高温材料的一种新方法。
2、SHS技术同其它常规工艺方法相比，具有的优点：
答：(1)节省时间，能源利用充分；
(2)设备、工艺简单；
(3)产品纯度高（因为SHS能产生高温，某些不纯物质蒸发掉了），反应转化率接近100%；
(4)不仅能生产粉末，如果同时施加压力，还可以得到高密度的燃烧产品；
(5)产量高（因为反应速度快）
3、目前SHS研究中仍存在着一些问题：难以获得致密度非常高的产品、理论研究明显滞后于技术开发、这项技术并不能适用于所有体系、由于体系的多样化，迫切需要对各种体系进行试验和总结、国际间交流和合作还不广泛 1、5等离子体烧结技术
1、SPS：放电等离子烧结技术
PAS(Plasma Activated Sinteriny）：等离子活化烧结
PAS（Plasma Assister Sinteriny）：等离子体辅助烧结
2、等离子体烧结技术的适用范围：SPS技术具有升温速度快、烧结温度低、烧结时间短、节能环保等特点，SPS已广泛应用于纳米材
料、梯度功能材料、金属材料、电磁材料、复合材料、陶瓷材料等的制备。
3、等离子体是宇宙中物质的一种形态，是除固、液、气三态外物质的第四种形态。等离子体是指电力程度较高、电离电荷相反、数量相等的气体，通常是有电子、离子、原子或自由基等粒子组成的集合体。
4、等离子体烧结技术的工艺流程：选择适当模具——选择适当模具——填充模具——施加压力——放入等离子体烧结——静压成型——电脑调节烧结参数等离子体快速烧结——试样成品——性能检测与研究
第二章 2、1特种陶瓷制备原理
1、特种陶瓷产品的发展趋势、研究与开发的重点（自己看）2、2特种陶瓷粉体的制备
1、粉体颗粒：指在物质的结构不发生改变的情况下，分散或细化得到的固态基本颗粒。
2、一次颗粒：指没有堆积、絮联等结构的最小单元的颗粒。
3、二次颗粒：指存在有在一定程度上团聚了的颗粒。
4、团聚：一次颗粒之间由于各种力的作用而聚集在一起成为二次颗粒的现象。
5、粒度分布：分为频率分布和累积分布，常见的表达形式有粒度分布曲线、平均粒径、标准偏差、分布宽度等。
6、频率分布：表示与各个粒径相对应的粒子占全部颗粒的百分含量。
7、累积分布：表示小于（或大于）某一粒径的粒子占全部颗粒的百分含量，累积分布是频率分布的积分形式。
8、粒度分布曲线： 包括累积分布曲线和频率分布曲线。
9、比表面：单位体积粉料所具有的表面积
10、空隙量的表示方法有：
表观密度：即单位体积粉体层的质量。
气孔率：即粉体层中空隙部分所占的容积率。
11、粉体的制备方法一般来说有两种：粉碎法、合成法
12、固液气相反应的特点（了解）
13、机器粉碎设备：
1、机械冲击式粉碎（破碎）：鄂式破碎机、圆锥破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机、轮碾机
2、球磨粉碎
14、影响粉碎效率因素：
答：
1、球磨机的转速；
2、研磨体的比重、大小及形状；
3、球磨方式（球磨方式有湿法和干法两种）；
4、装料方式；
5、球磨机直径；
6、球磨机内衬的材质。2、3
1、粉料的造粒为什么？
答：对于特陶的粉料，一般希望越细越好，但对于成型，尤其是干压成型，粉料的假颗粒度越细，流动性反而不好，不能充满模子，成形后气孔较多，致密度不高。所以成型前要进行造粒。
2、造粒：在很细的粉料中加入一定的塑化剂（如水），制成粒度较粗，具有一定颗粒级配、流动性好的粒子（约20目~80目）。
3、造粒的方法：一般造粒法、加压造粒法、喷雾造粒法、冻结干燥法
4、陶瓷成型的方法：注浆成型、热压铸成型、可塑法成型、干压成型、等静压成型、带式成型法
5、高温排蜡为什么？
答：因为如果烧成前不先经过排蜡处理，则烧成时石蜡在高温下熔化流失、挥发、燃烧，坯体将失去粘结而解体，不能保持其形状。
6、排蜡温度通常为900~1100 ℃。若温度太低，粉料之间无一定的烧结出现，不具有一定的机械强度，坯体松散，无法进行后续的工序；若温度偏高，直至完全烧结，则会出现严重的粘结，难以清理坯体的表面。排蜡后的坯体要清理表面的吸附剂，然后再进行烧结。
7、干压与等静压成型的特点（了解）2、4 特种陶瓷的烧结
1、烧结：是指多孔状陶瓷坯体在高温条件下，表面积减小、孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。
2、陶瓷的烧结，可以分为固相烧结和液相烧结。
高纯物质在烧结温度下通常无液相出现，属固相烧结，如高纯氧化物等结构陶瓷，而有些在烧结时常有液相出现，属液相烧结，如滑石瓷。
3、实现低温烧结的方法：采用先进的烧结技术、补加添加剂、粉料细化
4、哪些情况采用气氛烧结？
答：
1、制备透光性陶瓷的气氛烧结
2、防止氧化的气氛烧结
3、引入气氛片的烧结
5、微波烧结是利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料在电磁场中的介质损耗使材料整体加热至烧结温度而实现致密化的方法。
6、微波烧结优点 ：
答：①整体加热②能实现空间选择性烧结。③升温速度快，烧结时间短，且降低烧结温度。④易控制性和无污染
第三章 3、1
1、氧化铝陶瓷是一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料。常见的有三种，即α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3。已有α、β、γ、δ、ε、δ、ε、ζ、κ、λ、ρ及无定型氧化铝等12种
2、Al2O3预烧的目的：①使γ-Al2O3 全部转变为α-Al2O3，减少烧成收缩。②排除Al2O3原料中的Na2O，提高原料的纯度。
3、Al2O3预烧质量的检查： 染色法、光学显微镜法、密度法
4、Al2O3陶瓷的生产工艺：原料的燃烧——磨细——配方——加粘结剂——成型——素烧——修坯——烧结——表面处理
5、影响Al2O3陶瓷烧结的因素：（需要展开所以最好自己看）
答：成形方法的影响、烧结制度的影响、烧结气氛的影响、添加剂的影响、烧结方法的影响 3、2 ZrO2陶瓷
1、ZrO2的性质：斜锆石（ZrO2）和锆英石（ZrO2•SiO2）。
2、ZrO2的结晶形态：单斜晶系(m-ZrO2)、四方晶系(t-ZrO2)、立方晶系(c-ZrO2)。
3、稳定剂：Y2O3、MgO、CaO、CeO等，可使ZrO2变成无异常膨胀、收缩的稳定ZrO2
4、ZrO2 增韧陶瓷：ZrO2 颗粒弥散在其它陶瓷基体中，当基体对ZrO2颗粒有足够的正应力，而ZrO2的颗粒度又足够小，则其相变温度可降至室温以下，这样在室温时ZrO2 仍可以保持四方相。当材料受到外应力时，基体对ZrO2 的压抑作用得到松弛，ZrO2 颗粒即发生四方相到单斜相的转变，并在基体中引起微裂纹，从而吸收了主裂纹扩展的能量，达到增加断裂韧性的效果，这就是ZrO2 的相变增韧。（自己在适当的总结一下）
5、ZrO2 增韧陶瓷研究发展趋势：高温增韧、中低温时效性、抗热震性、抗热震性、纳米颗粒增韧 3、3MgO、BeO陶瓷
BeO作业题分数不多 3、4碳化物陶瓷
1、典型碳化物陶瓷材料有碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)、碳化钛(TiC)、碳化锆(ZrC)、碳化钒(VC)、碳化钽(TaC)、碳化钨(WC)和碳化钼(Mo2C)等。
2、非氧化物陶瓷：是包括金属的碳化物、氮化物、硫化物、硅化物和硼化物等陶瓷的总称。
3、非氧化物陶瓷在以下三方面不同于氧化物陶瓷： 1）非氧化物在自然界很少存在，需要人工来合成原料。
2）在原料的合成和陶瓷烧结时，易生成氧化物，因此必须在保护性气体（如N2、Ar等）中进行；
3）氧化物原子间的化学键主要是离子键，而非氧化物一般是键性很强的共价键，因此，非氧化物陶瓷一般比氧化物难熔和难烧结。
4、碳化物在非常高的温度下均会发生氧化，但许多碳化物的抗氧化能力都比W、Mo等高熔点金属好，这是因为在许多情况下碳化物氧化后所形成的氧化膜具有提高抗氧化性能的作用。
5、B4C的硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，但碳化物的脆性一般较大。
6、SiC陶瓷基本特性：硬度高、，强度好，热导率高，抗氧化性好。SiC有多种晶型，低温型为立方相b-SiC，2100℃向高温型a-SiC转变。
7、SiC的合成方法主要有化合法、碳热还原法、气相沉积法、有机硅先驱体裂解法、自蔓延(SHS)法、溶胶-凝胶法等。
8、碳化硅陶瓷制造工艺：热压烧结、常压烧结、反应烧结、浸渍法、浸渍法
3.5
氮化物陶瓷
1、氮化物陶瓷主要有氮化硅(Si3N4)、氮化铝（AlN）、氮化硼（BN）、氮化钛（TiN）和赛隆陶瓷。
2、氮化硅陶瓷基本特性： A-Si3N4：低温型，是针状结晶体。β-Si3N4：高温型，是颗粒状结晶体。
3、BN有两种晶型：立方BN和六方BN，在高温高压下六方BN可转变为立方BN。立方氮化硼(CBN)硬度仅次于金刚石。六方氮化硼(HBN)又称之为白石墨。
4、氮化铝陶瓷基本特性：最大的特点是导热率高，热膨胀系数小，强度高，电绝缘性能好
5、赛隆陶瓷：是Si3N4与尖晶石AlN.Al2O3的固溶体
第四章 4、1磁性陶瓷
1、按铁氧体的晶体结构分：尖晶石型（MFe2O4）；石榴石型（R3Fe5O12）；磁铅石型（MFe12O19）（M为铁族元素，R为稀土元素）。4、2电介质陶瓷
1、性质分别称为压电陶瓷、热释电陶瓷和铁电陶瓷。
2、一般特性：电绝缘与极化、介电损耗
4.3 压电陶瓷
1、极化：是指电介质陶瓷中的分子正负电荷移动，造成正负电荷中心不重合，在电介质陶瓷内部形成偶极矩。
2、压电效应：在没有对称中心的晶体上施加一个机械力（压力、张力或切向力）时，则发生与应力成比例的介质极化，在晶体表面的两电极上会出现等量的正、负电荷，电荷多少与力的大小成正比，当机械力撤去后，电荷会消失，这种现象称为正压电效应。当在晶体上施加一个外电场引起极化时，晶体会发生形变，且形变大小与电场成正比，若撤除电场，则晶体又恢复原状，这一现象称为逆压电效应。正、逆效应统称为压电效应。
3、压电陶瓷：经过人工极化处理具有压电效应的陶瓷制品。
4、压电陶瓷的性能参数：（自己看好多）
5、典型的压敏陶瓷;碳酸钡、钛酸铅、钛锆酸铅 4.4
敏感陶瓷
1、热敏陶瓷分为负温度系数NTC、正温度系数PTC热敏陶瓷、临界温度热敏电阻C.T.R及线性阻温特性热敏陶瓷
2、典型的气敏陶瓷：SnO2系气敏陶瓷、ZnO系气敏陶瓷、Fe2O3系气敏陶瓷
4.4
超导陶瓷
1、超导体，是指当某种物质冷却到低温时电阻突然变为零，同时物质内部失去磁通成为完全抗磁性的物质。
2、判断材料是否具有超导性，有两个基本的特征：超导电性、完全
抗磁性
3、从材料来分，可分为三大类，即元素超导体、合金或化合物超导体、氧化物超导体（即陶瓷超导体）。
从低温处理方法来分，可分为液氦温区超导体（4.2K以下），液氢温区超导体（20K以下），液氮温区超导体（77K以下）和常温超导体。
4、表征超导材料的基本参量有：临界温度TC、临界磁场HC、临界电流IC和磁化强度M。
5、测量临界温度有不同的方法，主要有：1）电阻测量法。2）磁测量法。
4.5
抗菌材料
1、目前所应用的无机抗菌材料主要有：
1）载银、铜、锌等抗菌离子的离子型抗菌材料。
2）利用二氧化钛光催化活性的无机抗菌材料。
2、银离子的抗菌机理只是停留在假说阶段，目前有接触反应说和催化反应说。
3、光催化抗菌材料的抗菌机理：
当含有紫外线的光照射到抗菌剂时，产生电子（e-）和空穴（h+），产生的电子和空气中的组分反应，生成过氧化氢（还原反应）： e-+ O2+ H2→H2O2 空穴和抗菌剂表面的微量水分反应生成氢氧根（氧化反应）：h+ + H2O→OH-+ H+
过氧化氢和氢氧团具有杀菌作用，可将有机物分解成二氧化碳和水，因此可将细菌慢慢分解，并具有防污、除臭功能。
4、银系抗菌材料的抗菌性能评价：
答;①抗菌能力：主要通过最低抗菌质量浓度（MIC）、最小杀菌质量浓度（MBC）和杀菌率三个指标来评价。
②安全性：③细菌的耐药性： ④耐光性⑤耐热性⑥缓释性能 4、6的课件打不开题目没搞：
1、生物陶瓷应具备的性能
2、生物陶瓷的优点
3、生物陶瓷的种类
4、生物惰性陶瓷的种类
纳米薄膜材料的制备方法 篇5
摘 要 纳米薄膜材料是一种新型材料,由于其特殊的结构特点,使其作为功能材料和结构材料都具有良好的发展前景。本文综述了近几年来国内外对纳米薄膜材料研究的最新进展,包括对该类材料的制备方法、微结构、电、磁、光特性以及力学性能的最新研究成果。
关键词
纳米薄膜;薄膜制备;微结构;性能 世纪,由于信息、生物技术、能源、环境、国防 等工业的快速发展, 对材料性能提出更新更高的要求,元器件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等要求材料的尺寸越来越小,航空航天、新型军事装备及先进制造技术使材料的性能趋于极端化。因此, 新材料的研究和创新必然是未来的科学研究的重要课题和发展基础,其中由于纳米材料的特殊的物理和化学性能, 以及由此产生的特殊的应用价值, 必将使其成为科学研究的热点[1]。
事实上, 纳米材料并非新奇之物, 早在 1000 多年以前, 我国古代利用蜡烛燃烧的烟雾制成碳黑作为墨的原料, 可能就是最早的纳米颗粒材料;我国古代铜镜表面的防锈层, 经验证为一层纳米氧化锡颗粒构成的薄膜,这大概是最早的纳米薄膜材料。人类有意识的开展纳米材料的研究开始于大约 50 年代,西德的 Kanzig 观察到了 BaTiO3 中的极性微区,尺寸在10~ 100纳米之间。苏联的 G.A.Smolensky假设复合钙钛矿铁电体中的介电弥散是由于存Kanzig微区导致成分布不均匀引起的。60 年代日本的 Ryogo Kubo在金属超微粒子理论中发现由于金属粒子的电子能级不连续,在低温下, 即当费米 能级附近的平均能级间隔 > kT 时, 金属粒子显示出与块状物质不同的热性质[ 4]。西德的 H.Gleiter 对纳米固体的制备、结构和性能进行了细致地研究[ 5]。随着技术水平的不断提高和分析测试技术手段的不断进步, 人类逐渐研制出了纳米碳管, 纳米颗粒,纳米晶体, 纳米薄膜等新材料, 这些纳米材料有一般的晶体和非晶体材料不具备的优良特性, 它的出现使凝聚态物理理论面临新的挑战。80 年代末有人利用粒度为 1~ 15nm 的超微颗粒制造了纳米级固体材料。纳米材料由于其体积和单位质量的表面积与固体材料的差别,达到一定的极限, 使颗粒呈现出特殊的表面效应和体积效应,这些因素都决定着颗粒的最终的物理化学性能,如随着比表面积的显著增大,会使纳米粒子的表面极其活泼,呈现出不稳定状态,当其暴露于空气中时,瞬间就被氧化。此外, 纳米粒子还会出现特殊的电、光、磁学性能和超常的力学性能。
纳米薄膜的分类
纳米薄膜具有纳米结构的特殊性质, 目前可以 分为两类:(1)含有纳米颗粒与原子团簇
基质薄 膜;(2)纳米尺寸厚度的薄膜, 其厚度接近电子自由 程和 Denye 长度, 可以利用其显著的量子特性和统 计特性组装成新型功能器件。例如, 镶嵌有原子团 的功能薄膜会在基质中呈现出调制掺杂效应, 该结 构相当于大原子超原子膜材料具有三维特征;纳米厚度的信息存贮薄膜具有超高密度功能, 这类 集成器件具有惊人的信息处理能力;纳米磁性多层 膜具有典型的周期性调制结构, 导致磁性材料的饱 和磁化强度的减小或增强。对这 些问题的系统研究 具有重要的理论和应用意义。
纳米薄膜是一类具有广泛应用前景的新材料, 按用途可以分为两大类,即纳米功能薄膜和纳米结 构薄膜。前者主要是利用纳米粒子所具有的光、电、磁方面的特性,通过复合使新材料具有基体所不具备的特殊功能。后者主要是通过纳米粒子复合, 提 高材料在机械方面的性能。由于纳米粒子的组成、性能、工艺条件等参量的变化都对复合薄膜的特性 有显著影响, 因此可以在较多自由度的情况人为地 控制纳米复合薄膜的特性, 获得满足需要的材料。纳米多层膜指由一种或几种金属或合金交替沉 积而形成的组分或结构交替变化的合金薄膜材料, 且各层金属或合金厚度均为纳米级, 它也属于纳米 复合薄膜材料。多层膜的主要参数为调制波长, 指的是多层膜中相邻两层金属或合金的厚度之和。当调制波长
比各层薄膜单晶的晶格常数大几倍 或更大时, 可称这种多层膜结构为 超晶格 薄膜。组成薄膜的纳米材料可以是金属、半导体、绝缘体、有机高分子等材料, 因此可以有许多种组合方式, 如 金属半导体、金属绝缘体、半导体绝缘体、半导体 高分子材料等, 而每一种组合都可衍生出众多类型 的复合薄膜。
纳米薄膜的制备方法
纳米薄膜的制备方法按原理可分为物理方法和 化学方法两大类。粒子束溅射沉积和磁空溅射沉 积,以及新近出现的低能团簇束沉积法都属于物理 方法;化学气相沉积(CVD)、溶胶-凝胶(Sol Gel)法 和电沉积法属于化学方法。1 离子束溅射沉积
使用这种方法制备纳米薄膜是在多功能离子束 辅助沉积装置上 完成。该装置 的本底真空度 为 0 2MPa, 工作气压为 7MPa。沉积陶瓷材料可以通过 使用 3 2KeV 100mA 的 Ar + 离子束溅射相应的靶材 沉积得到, 而沉积聚四氟乙烯材料需要使用较小的 束流和束压(1 5KeV 30mA)。沉积陶瓷材料时的速 率为 6nm min, 沉积金属和聚四氟乙烯材料时的速率 为 12nm min[ 7]。磁控溅射沉积
磁控溅射沉积法制备薄膜材料是在磁控溅射仪 上实现的, 其真空室中有三个阴极靶(一个直流阴 极, 两个射频阴极), 三个阴极可分别控制。首先将 溅射材料安装在射频阴极上, 通过基片架转动,基片 轮流在两个射频靶前接受溅射原子, 控制基片在各 靶前的时间, 即可控制多层膜的调制波长。同时在 真空室内通入一定压力的气体, 可以作为保护气氛, 或与溅射金属原子反应生成新的化合物,沉积到基 片上[ 8-10]。此外在基片高速旋转的条件下, 还可制备近似均匀的复合薄膜[11]。磁控溅射法具有镀膜 速率易于控制, 稳定性好, 溅射材料不受限制等优 点。低能团簇束沉积法
低能团簇束沉积方法是新近出现的一种纳米薄 膜制备技术。该技术首先将所沉积材料激发成原子 状态,以 Ar、He作为载气使之形成团簇, 同时采用电 子束使团簇离化,利用质谱仪进行分离, 从而控制一 定质量、一定能量的团簇沉积而形成薄膜。在这种 条件下沉 积的团簇在撞击表面时并不破碎, 而是近乎随机分布;当团簇的平均尺寸足够大, 则其扩展能 力受到限制,沉积薄膜的纳米结构对团簇尺寸具有 很好的记忆特性[12]。电沉积法
电沉积法可以制得用喷射法不能制得的复杂形 状,并且由于沉积温度较低, 可以使组分之间的扩散 程度降到最低[13]。匈牙利的 Eniko TothKadar 利用交流脉冲电源在 阴极镀制纳米晶 Ni 膜, 试样制备与普通电镀相同, 电镀时电流保持不变, idep = 20A dm-2 , 脉冲电流通 电时间 t on ,断电时间 to f f 在 0 001, 0 01, 0 1, 1, 10s 之 间变化[14]。此外用电沉积法在 AISI52100 钢基体上制得铜-镍多层膜, 试样预先淬硬到 HRC62 左右, 然后抛 光清洗, 进行电沉积, 镀铜时电压 u = 1600mV, i = 0 881mA cm-2 , 镀镍时电压 u = 600mA, i = 22 02mA cm-2[15]。胶体化学法
采用溶胶-凝胶法制备纳米薄膜,首先用化学 试剂制备所需的均匀稳定水溶胶, 然后将溶胶滴到 清洁的基体上,在匀胶机上匀胶, 或将溶胶表面的陈 化膜转移到基体上, 再将薄膜放入烘箱内烘烤或在 自然条件下干燥, 制得所需得薄膜。根据制备要求 的不同, 配制不同的溶胶, 即可制得满足要求的薄 膜。用溶胶-凝胶法制备了纳米微孔 SiO2 薄膜[16] 和SnO2 纳米粒子膜[17]。此外, 还有用这种方法制 备 化学气相沉积法 在电容式耦合等离子体化学气相沉积(PCVD)系统上, 用高氢稀释硅烷和氮气为反应气氛制备纳 米硅氮(Nc SiNx :H)薄膜。其试验条件为: 电极间距 3 2cm,电极半径 5cm。典型的沉积条件为: 衬底温 度 320 , 反应室压力为 100Pa, 射频功率为 70W SiH4 H2 的气体流量比为 0 03, N2 SiH4 的气体流量 比为 1~ 10[19]。此外,还有用化学沉积法制备 Fe P 膜[20] , 射频 溅射法制备 a Fe Nd2 Fe4 B 多层膜[21] , 热化学气相法 制备 SiC Si N 膜的报道。
纳米粒子膜的结构
中科院长春化学研究所研究了用胶体化学法制 备的 SnO2 纳米粒子膜的结构, 然后将胶体表面的陈 化膜转移出来, 发现新鲜的膜体表面均匀,但经过一 段时间以后, 出现小的胶体粒子畴, 并逐渐增多变 大。随着时间的增加, 畴间距缩小,形成大块膜。薄 膜的致密程度以及晶型与转移膜的悬挂状态和干燥 时间有一定的联系[ 17]。
纳米多层膜的结构
纳米多层膜中各成分都有接近化学计量比的成 分构成, 从 X 射线衍射谱中可以看出, 所有金属相 及大多数陶瓷相都为多晶结构, 并且谱峰有一定程 度的宽化, 表明晶粒是相当细小的,粗略的估算在纳 米数量级, 与子层的厚度相当。部分相呈非晶结构, 但在非晶基础上也有局部的晶化特征出现。通过观察, 可以看到多层膜的多层结构,一般多 层膜的结构界面平直清晰, 看不到明显的界面非晶 层, 也没有明显的成分混合区存在。此外, 美国伊利诺斯大学的科研人员成功地合 成了以蘑菇形状的高分子聚集体微结构单元, 在自 组 装成纳米结构的超分子多层膜[ 22]。
力学性能
纳米薄膜由于其组成的特殊性, 因此其性能也 有一些不同于常规材料的特殊性, 尤其是超模量、超 硬度效应成为近年来薄膜研究的热点。对于这些特 殊现象在材料学理论范围内提出了一些比较合理的 解释。其中有 Koehler 早期提出的高强度固体的设 计理论[23] , 以及后来的量子电子效应、界面应变效 应、界面应力效应[24, 25] 等都不同程度的解释了一些 实验现象。现在就纳米薄膜材料的力学性能研究较 多的有多层膜硬度、韧性、耐磨性等。
硬度 纳米多层膜的硬度与材料系统的组 分,各组分的相对含量, 薄膜的调制波长有着密切的 关系。纳米多层膜的硬度对于材料系统的成分有比较 强烈的依赖性,在某些系统中出现了超硬度效应, 如 在TiN Pt 和Ti C Fe中,尤其是在TiC Fe 系统中,当单 层膜厚分别为 tTiC = 8nm 和 tFe= 6nm 时,多层膜的硬 度可达到 42GPa,远远超过其硬质成分 TiC 的硬度;而在某些系统中则没有这一现象出现, 如在 TiC Cu 和TiC Al 中,并且十分明显的是在不同的材料系统 中,其硬度值有很大的差异, 如TiC 聚四氟乙烯的硬 度比TiC 低很多, 大约只有 8GPa左右[7]。影响材料硬度另一个因素是组分材料的相对含 量。机械性能较好的薄膜材料一般由硬质相(如陶 瓷材料)和韧性相(如金属材料)共同构成。因此如 果不考虑纳米效应的影响,如果硬质相含量较高, 则 薄膜材料的硬度较高, 并且与相同材料组成的近似 混合薄膜相比,硬度均有所提高。对于纳米多层膜的强化机理, 多数观 点认为其 硬度值与调制波长的关系近似的遵循 Hall Petch 关系式[26] : = 0 +(a0)n(2)式中
为多层膜的调制波长。按照该关系式, 硬度 值随调制波长的增大而减小。根据位错机制, 材 料的硬度随晶粒度的减小而增大。在纳米多层膜 中,界面的含量是相当高的, 而界面对位错移动等材 料变形机制有着直接影响, 可以将层间界面的作用 类似于晶界的作用, 因此多层膜的硬度随调制波长的减小而增大。实验中观察到在TiC Cu、TiC AIN 等系统中硬度值随调制波长的变化类似遵循 Hall Petch关系式[ 27] , 但是在 SiC W[ 11]、TiN Pt [ 7] 中的 情况要复杂一些,硬度与调制波长的关系并非单 调地上升或下降,而是在某一调制波长
存在一个 硬度最高值。
韧性 多层膜结构可以提高材料的韧性, 其 增韧机制主要是裂纹尖端钝化、裂纹分支、层片拔 出、以及沿界面的界面开裂等, 在纳米多层膜中也存 在类似的增韧机制。影响韧性的因素有组分材料的相对含量及调制 波长。在金属陶瓷组成的多层膜中, 可以把金属作 为韧性相,陶瓷为脆性相, 实验中发现在TiC Fe、TiC Al、TiC W 多层膜系[7] 中, 当金属含量较低时, 韧性 基本上随金属相的增加而上升, 但是在上升到一定 程度时反而下降。对于这种现象可以用界面作用和单层材料的塑 性加以粗略的解释。当调制波长
不是很小时, 多 层膜中的子层材料基本保持其本征的材料特点, 金 属层仍然具有较好的塑性变形能力, 减小调制波长
相当于增加界面含量,有助于裂纹分支的扩展, 增 加材料的韧性。当调制波长
很小时,子层材料的 结构可能会发生一些变化, 金属层的塑性降低,同时 由于子 层的厚度太薄, 材料的成分变化梯度减小, 裂 纹穿越不同叠层时很难发生转移和分裂,因上韧性 反而降低。4 1 3 耐磨性 对于纳米薄膜的耐磨性, 现在进行 的研究还较少, 但是从现有的研究看来,合理的搭配 材料可以获得较好的耐磨性。如在 52100 轴承钢基 体上沉积不同调制波长的铜膜和镍膜[15] , 实验证明 多层膜的调制波长越小, 使其磨损明显变大的临界 载荷越大, 即铜-镍多层膜的调制波长越小,其磨损 抗力越大。对于这种现象没有确切的理论解释, 可以用晶 粒内部、晶粒界面和纳米多膜的邻层界面上的位错 滑移障碍比传统材料的多, 滑移阻力比传统材料的 大来解释。从结构上看, 多层膜的晶粒小,原子排列的晶格 缺陷的可能性大, 晶粒内的晶格点阵畸变和晶格缺 陷的增多, 使晶粒内部的位错滑移障碍增加;晶界长 度也比传统晶粒的晶界长的多, 使晶界上的位错滑 移障碍增加;此外, 多层膜相邻界面结构也非常复 杂, 不同材料的位错能的差异,导致界面上的位错滑 移阻力增大。因此使纳米多层膜发生塑性变形的流 变应力增加, 并且这种作用随着调制波长的减小而 增强。
纳米薄膜在许多领域内都有着广泛的应用前 景。利用新的物理化学性质、新原理、新方法设计纳 米结构性器件和纳米复合传统材料改性正孕育着新 的突破。功能性的薄膜材料一直是人们研究的热 点,例如 H.Matsuda等人制备的 Fe P 纳米薄膜具有 优良的磁性能[ 20];纳米硅薄膜(nc Si: H)是一种新型 低维人工半导体材料[34];Eniko TothKadar 等人用脉 冲电沉积法制备的 Ni 纳米晶薄膜,具有良好的电传 导性[14];杨仕清等人研究了纳米双相交换耦合多层膜 a Fe Nd2 Fe4 B永磁体的磁性能[21];利用巨磁电阻 效应制成的读出磁头可显著提高磁盘的存储密度;利用巨磁电阻效应制作磁阻式传感器可大大提高灵 敏度。
参 考 文 献
大米淀粉的制备和应用 篇6
摘要:大米淀粉是一种重要的谷物淀粉,具有颗粒细小等独特的性质。介绍了大米淀粉的制备方法,包括碱浸法、表面活性剂法、超声波法、酶法和物理分解法等;对大米淀粉在化妆品扑粉、照相纸的粉末、造纸施胶、润滑剂、糖果的糖衣、药片的赋形剂、淀粉糖、改性米淀粉、缓慢消化淀粉、淀粉基脂肪替代物、抗性淀粉以及多孔淀粉等的应用现状进行了叙述。Abstract: rice starch is an important kind of cereal starch, with fine particlesand other unique properties.Introduced the preparation method of rice starch,including alkali leaching and surface active agent method, ultrasonic method and enzyme method and physical decomposition;of rice starch in the cosmetics powder, photographic paper powder, paper sizing, lubricants, candysugar, tablet excipients, starch sugar, modified rice starch, slowly digestiblestarch, starch based fat substitutes, resistant starch and porous starch and application of status are described.关键词:大米淀粉;制备;应用
Keywords: rice starch;preparation;application 大米是中国乃至亚洲最主要的粮食品种之一，其产量占全国粮食的40%，中国有60%的人口以大米为主食。但因每年储粮损耗率过高，给国家财政和粮库带来严重的负担和压力。因此我国必须建力粮食转化能力，迅速提升粮食的利用价值和附加值，促进我国粮食的可持续发展。
淀粉和蛋白质是大米的主要成分，其中淀粉含量高达80%左右，蛋白质达8%左右。虽然淀粉工业的三大原料是玉米、小麦和马铃薯,大米淀粉只占13%,不到玉米的一半,列第4位,但是大米淀粉却因其独特的性能和用途,具有很好的市场前景。目前国际市场对高纯文秘助手淀粉需求很大（蛋白质含量低于0.5%左右），将糙米、霉米、碎米等不宜于人类食用的米制备成大米淀粉大大提高其附加值。而且颗粒表面蛋白质-类脂物残留低的高纯度淀粉在存储期间不易发生酸败，可长期储存，从而解决库存谷物严重浪费的问题。
1.大米淀粉的制备 大米淀粉具有颗粒细小,分子大小范围窄,低过敏等特点,在化妆品粉底、脂肪替代品、婴儿食品、纤维织物的上浆剂、照相纸以及洗衣业上都有特殊的用途[7～9]。因此,尽管其生产成本较高,但仍有部分大米或碎米用来加工制取淀粉。比利时、德国、荷兰和意大利等国家的大米淀粉生产量大一些,美国、埃及和叙利亚等也有生产。
1.1碱浸法
大米淀粉是以复粒形式紧紧包含在蛋白质网络中,两者之间的结合力非常紧密,水或亚硫酸液无法破坏这种结合力。因大米蛋白中至少有80%的是碱溶性蛋白,因此可用稀碱液来浸泡软化米粒,国内外有关碱浸法制备大米淀粉的文献报道很多[9～12]。通常生产时,首先将碎的大米在0.3%～0.5%氢氧化钠水溶液中浸泡12～24h,湿磨得到的悬浮液静置10～ 12h,然后筛除纤维质并用离心机分离出分散的淀粉粒,水洗干燥后即为成品淀粉。浸泡水和冲洗水经盐酸中和进行蛋白质的回收,提纯后可供食用或饲料用。这是最常用的制备大米淀粉的工业方法,但这种方法往往会降低所提取蛋白质和淀粉的品质,同时还会产生盐和其它有害的废料。
1.2表面活性剂法
此方法是实验室制备大米淀粉的常用方法。将精米在3～4倍体积表面活性剂(常用的是1%～2%DoBs～0.12%Na2SO3)中浸泡24～48h,倒掉上层清液,残余部分经过干燥后在研钵中研磨成粉即可以得到成品大米淀粉。
1.3超声波法
将约5g精米粉末溶于45mL蒸馏水中,用10kHz超声波作用10～20min。然后采用200目筛网过滤均浆,静置滤液,除去上层暗黑层,将下层物质清洗数遍,经干燥粉碎得成品大米淀粉。
1.4酶法
传统碱浸法会产生大量碱性废液,造成环境污染,同时还会产生盐和其它有害的废料影响产品质量,因此此方法将逐渐被酶法所替代。取湿磨大米粉配成约35%米粉乳液,于55℃、pH10条件下加入0.5%蛋白酶,温和搅拌l8h,反应过程中要补充NaOH以维持pH恒定。反应后乳液经200目筛过滤,离心(3000g/20min),去除上层黑黄色上清液,沉淀层用50mL水清洗两遍,再离心(3000g/15min),去除上清液,重复此清洗过程,后将沉淀物分散于50mL水中,调节pH到7,再离心(1000g/20min),刮掉暗色上层,用水将下层沉淀物清洗3遍,干燥即得成品。此法制备大米淀粉成本约为碱法两倍,这主要是蛋白酶成本较高。
1.5物理分解法
近60年来,世界各国生产大米淀粉的加工方法一直没有很大的改进,基本是将糙米浸泡在氢氧化钠溶液中达数小时,以分解其中含有的蛋白质和淀粉－－－即碱浸法。经过4年的研究,美国科学家最近发明了一种价效比更高的新方法,即利用一种特别的均质器所产生的高压,对大米中的淀粉和蛋白质聚成块进行物理分解。大米只需一次性通过这种设备,即可产生水状的颗粒均匀的淀粉和蛋白质微分子,然后通过基于密度的传统分离工艺对其中的淀粉和蛋白质进行分离。这种新工艺可保留所提取大米蛋白质和淀粉原有的品质,生产出的蛋白质和淀粉与传统的加工方法相比具有更好的完整性与功能性。美国科学家认为,这种新方法有可能对大米淀粉和蛋白质生产业带来革命性变化。这种新方法预计将于2006年正式投入商业性应用。同时,美国科学家正在研究采用同样的工艺从米糠中提取蛋白质、油以及淀粉。
2.大米淀粉的应用
大米淀粉颗粒细小,糊化的米淀粉吸水快,质构非常柔滑似奶油,具有脂肪的口感,且容易涂抹开[15,16]。蜡质米淀粉除了有类似脂肪的性质外,还具有极好的冷冻-解冻稳定性,可防止冷冻过程中的脱水收缩[16,17]。此外,大米淀粉还具有低过敏[9,16,17]的特性等。基于这些特性,大米淀粉的用途很广泛。
2.1化妆品扑粉
如前所述,大米淀粉颗粒微小,即使有微细的凹凸也能很好地添埋而变成平滑的表面,使之具有光溜、平滑的触感。另外,由于它的颗粒呈角形,很少会发生像马铃薯淀粉那样脱落的现象,能很好地附着在人的皮肤表面,而且化妆的润饰程度良好
2.2照相纸的粉末和造纸施胶
作为照相纸粉末用,这是利用大米淀粉能良好地吸着碱性色素、且能很好地固定在纸表面的凹处等特性。利用这些性质可以获得印字和印像鲜明、不易擦掉的照片和拷贝。另外,在造纸的施胶方面也有同样的用途。
2.3润滑剂
和前述化妆品的情况一样,大米淀粉能很好地固定在凹点,不易脱落,常用在食品和橡胶工业等方面作为手粉、撤粉等润滑剂用。
2.4糖果的糖衣和药片的赋形剂
大米淀粉颗粒小,吸水快,质构细腻,白度高,是理想的糖衣制剂;而且其抗过敏性反应低,香味柔和,同样可用于药片的赋形剂。
2.5生产淀粉糖
以米淀粉为原料,采用生物技术可直接生产各种类型的淀粉糖,如葡萄糖浆、结晶葡萄糖、麦芽糊精、麦芽糖浆、超高麦芽糖、结晶麦芽糖、麦芽低聚糖以及异麦芽低聚糖,主要应用于食品工业和医药工业中作为增稠剂、填充剂、赋形剂和功能因子。用量比例很高也不致影响食品或药品的风味,可以直接使用在糖果、饼干、面包、果酱、果冻、冷饮、饮料、冰激凌、香肠、火腿肠、糕点、固体饮料、乳儿糕、方便面等各类食品中,使食品的结构向功能化方向转变。
2.6生产改性米淀粉
变性后的大米淀粉具有更优良的性质,应用更方便,适合新技术操作要求,提高应用效果,并开辟新用途。目前美国和欧洲兴起了淀粉研究开发的热潮。应用现代生物技术可以将包括碎米、陈籼稻、早籼稻等在内的稻米淀粉改性后,转化为抗性淀粉、多孔淀粉、缓慢消化淀粉、新脂肪替代物等更具特色和新用途的产品。
2.6.1缓慢消化淀粉
缓慢消化淀粉是一种可以被酶完全缓慢降解的淀粉。美国农业部南部研究中心研究开发的改进米淀粉新产品“Ricemic”,是以大米粉为原料,先分离蛋白质,再经加热和酶处理工艺加工成100%延缓消化、50%加快消化和50%延迟消化的改性米淀粉制品。这类改性米淀粉经临床应用证明,可有效改善糖负荷,将成为一种糖尿病患者的新食品。这种产品的另一种用途是作为运动员,尤其是马拉松等长跑运动员的碳水化合物补充剂,因为这种缓慢消化的淀粉能够使运动员在运动过程中有一个稳定特久的能量释放来保持耐力。
2.6.2淀粉基脂肪替代物
大米淀粉制取脂肪替代物技术,是应用生物技术等把米淀粉转化为无油脂肪的高新技术。新脂肪替代物十分适合加工酸奶和部分替代奶油的乳制品,它具有奶油的外观及口感,通过不同含量的调配,可加工成供人造奶油生产的加氢油脂。如世界上最大的米淀粉生产商－－－比利时A&BIngredient公司已将改性米淀粉正式用于无奶油奶酪、低脂肪冰激淋、无脂肪人造奶油、沙司和凉拌菜调味料的生产,取得了可观的经济收益。据资料报道,大米淀粉是脂肪模拟品的良好原料。因为它不会像脂肪酸酯那样因摄入过多而引起腹泻和腹部绞痛等副作用,影响机体吸收某些脂溶性的维生素和营养素;也不会像蛋白质为基质的脂肪模拟品使某些人群产生过敏反应。大米淀粉采用淀粉酶水解制备的低DE值麦芽糊精可以作为脂肪替代品在食品中广泛应用,王俊芳等就曾研究过大米酶解制备麦芽糊精在蛋糕中应用。同样,经过超微粉碎后,大米淀粉也可以制备脂肪替代物。
2.6.3抗性淀粉
抗性淀粉的开发,是淀粉研究领域的崭新课题。这是一类特殊的淀粉,不能被胰淀粉酶酶解,因而不能被小肠消化吸收参加新陈代谢,但是能进入结肠,从而被其中的微生物群发酵利用。美国路易斯安那州南方研究所已经发明了一种以大米为基质的抗性淀粉产品,适合于肥胖和糖尿病患者。它不像一般纤维成分会吸收大量水分,当添加于低水分产品时不影响其口感,也不改变食物风味,可作为低热量的食物添加剂。进入结肠后可促进有益细菌的增殖,改善结肠菌落结构,对治疗肠道类疾病有特殊功效。应用抗性淀粉作为食物原、配料时,除提供多种健康功能外,且可作为低热量的食物添加剂,而且研究表明:添加颗粒抗性淀粉的食品比添加传统纤维的食品具有更好的外观、质地和口感,颗粒抗性淀粉可以改善一些食品的膨胀性和脆性。
2.6.4多孔淀粉(微孔淀粉)多孔淀粉是将天然淀粉经过酶解处理后,形成的一种蜂窝状多孔性淀粉载体。由于其表面具有很多伸向淀粉粒中心的小孔,淀粉颗粒中心是中空的,因而具有良好的吸附性能,可用作功能性物质的吸附载体,广泛应用于医药、化工和食品等行业。大米淀粉颗粒小,比表面积大,因此所制备的产品比其他种类淀粉的具有更强的吸附力。多孔淀粉吸附的目的物质主要有:!在空气中易氧化、分解和光敏性物质,如DHA、EPA、维生素E、维生素A、胡萝卜素、番茄红素、色素;"需要缓慢释放的物质,如药品、农药、香料、甜味剂(天冬甜素)、酸味剂、香辛料、酶、调味料;需要粉末化的油脂或脂溶性的物质需要高倍率均质稀释的物质或需要均质混合的密度大的物质,如药品、色素、胱氨酸、农药有不良气味(苦、臭味)的物质。迄今,多孔淀粉的研究只有不到l0年的时间。有关多孔淀粉的理论和应用研究正在深入进行。多孔淀粉的应用除了日本有少数产品以外,其它的基本上还处于研究阶段。利用多孔淀粉吸附各种物质后的保护作用以及延缓释放性能,分别以口香糖用咖啡香精、尿素、杀虫剂、双歧杆菌、维生素A为目的物,再添加到各种食品中,可以制成各种功能性食品,如婴幼儿食品、老年食品及其它的特殊人群食品。
总之,由于大米淀粉具有自身独特的物理化学性质,人们对它的研究将是方兴未艾,必定会摸索出一套工艺流程简单、生产成本低廉、产品纯度高的制备方法,同时由于产品纯度的提高必将会给其应用带来更加广阔的前景。
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--物理化学论文
院系： 应用理学系
专业： 应用化学
班级： B1301班
姓名： 张亭
制备方式 篇7
1 实 验
1.1 原材料
用于制备浆状掺合料的工业废渣为石景山二级粉煤灰、首钢矿渣原渣,水泥为华新水泥厂旋窑熟料与石膏配制的纯硅酸盐水泥,粉煤灰、矿渣及水泥的化学组成及物理性能如表1所示。
混凝土粗、细骨料分别采用最大粒径为15 mm的碎石及细度模数为2.7的河砂。
混凝土外加剂为密云外加剂厂的FDN粉剂,最佳掺量范围是胶结材用量的0.5%~1.0%,该减水剂为纯的萘系减水剂,未复合其它组分。
1.2 混凝土收缩实验
参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》GBJ82—85中第六章收缩实验方法,按一定配比成型75 mm×75 mm×400 mm混凝土试件,带模养护1 d后拆模,并送至(20±3) ℃、90%湿度以上的标养室养护。从搅拌加水算起,在3 d时从标养室取试件出并立即移入干养室(20±2 ℃,60±5%)测初始长度,以后按以下时间间隔测其变形读数:1,3,7,14,28,56,90,120,200d(从移入干养室内计算)。
每次测量前先用标杆校零,试件在收缩仪上的位置,方向保持一致,每次测量至少重复3次。试件在恒温恒湿室内放在不吸水的搁架上,底面架空,总支承面积不大于100乘截面边长(mm),每个试件间至少留30 mm的间隙。
收缩值计算公式
undefined
式中,L0初始读数;Lt为t龄期的读数;Lb为试件的测量标距,等于两测头内侧的距离。
1.3 方案
对比组混凝土单方水泥用量定为450 kg,水胶比为0.4,砂率为40%,外加剂掺量为胶结材0.7%,配合比为水泥∶水∶砂∶石=1∶0.4∶1.57∶2.36。不同矿物掺合料掺量以38%等体积掺量内掺方式掺入,并保证单方胶凝材料总体积量不变,相当于掺粉煤灰时其重量掺量为30%且胶凝材料总量为397 kg,掺矿渣时其重量掺量为36%且胶凝材料总量为438 kg(注:水泥、粉煤灰和矿渣的密度分别为3.10、2.10和2.89)。混凝土外加剂基本掺量为胶结材重量0.7%,为保证混凝土流动性,外加剂掺量可适当调整。
因矿物掺合料复合超叠加效应的发挥,不仅与各组分水化活性有关,还受其细度匹配影响,在设计复合浆状掺合料混凝土实验方案时,对不同矿物掺合料进行了粒径匹配设计。在复合浆状掺合料中,粉煤灰和矿渣的体积掺量是相等的,通过分别改变粉煤灰、矿渣的细度,探讨复合浆状掺合料对其混凝土干燥收缩性能的影响。
另外,水介质环境使得浆状掺合料的物化性能随着其制备后放置时间的延长而变化,本研究还探讨了长时间(90 d)放置的粉煤灰浆状掺合料混凝土干燥收缩性能。
按上述实验思路,实验设计方案及测得的新拌混凝土工作性如表2所示。
2 结果与讨论
2.1 粉煤灰浆状掺合料混凝土干燥收缩性能
对粉煤灰浆状掺合料和干磨粉煤灰的混凝土干燥收缩性能进行了研究,图1为粉煤灰混凝土干燥收缩率。
由图1可看出,在200 d龄期内,对比组混凝土试件的收缩值最大,经过处理的粉煤灰及原状灰的加入均可在一定程度上改善混凝土干缩性能。不同细度的粉煤灰浆状掺合料改善混凝土收缩性能的效果在不同龄期表现不同。在测定0~14 d龄期,随细度增加,粉煤灰改善收缩效果有一定提高;但随龄期延长,本研究中最细比表面积为1 000 m2/kg的粉煤灰浆状掺合料收缩率增长较其余粉煤灰快。这可能是由浆状掺合料的填充效应与二次水化反应的综合作用导致的,在水化早期,粉煤灰二次水化产物较少,而1 000 m2/kg粉煤灰浆状掺合料的填充能力最强,因而改善收缩性能较好;然而随龄期延长,由于湿磨处理及放置过程中水介质及金属离子的作用,使得粉煤灰浆状掺合料的二次水化反应提前[4],反应吸收水分生成较多的C-S-H凝胶,因而浆状掺合料改善混凝土干燥收缩的能力有一定恶化,同时1 000 m2/kg粉煤灰颗粒最小,二次水化能力较强,所以在水化一定时间后,其混凝土收缩增长较快。
注:掺合料种类中,粉煤灰类代号中数字6,8,10分别表示粉煤灰的比表面积为600 m2/kg,800 m2/kg,1 000 m2/kg,矿渣类代号中数字4,6,7分别表示矿渣的比表面积为450 m2/kg,600 m2/kg,750 m2/kg;标注字母g表示掺合料处理方式为球磨机干磨,除原灰外,未标注的为搅拌磨湿磨。
由图1还可看出,粉煤灰浆状掺合料改善混凝土收缩性能效果没有干磨处理的同等细度粉煤灰好,这也是其二次水化反应提前,生成较多的C-S-H凝胶有关[6]。
2.2 矿渣浆状掺合料混凝土干燥收缩性能
对掺不同方式处理矿渣的混凝土干燥收缩性能进行了研究,图2为测定的矿渣浆状掺合料和干磨处理矿渣的混凝土干燥收缩率。
由图2可看出,干磨矿渣对混凝土收缩性能有较大改善作用;而矿渣浆状掺合料对混凝土收缩性能改善作用较小,而且掺湿磨处理矿渣浆状掺合料的混凝土水化早期(56 d以前)收缩值比对比组混凝土高。这可能与矿渣玻璃体网络较疏松有关,矿渣玻璃体中含量较多的网络外体且易于溶出,浆状掺合料pH值较高[4],其疏松的玻璃体容易受到金属离子及水介质作用的影响,而向低聚体方向转化,二次水化反应能力较干磨矿渣强[7],可生成较多的C-S-H凝胶,因而其混凝土收缩值较大。
2.3 复合浆状掺合料混凝土干燥收缩性能
对复合浆状掺合料和复合干磨掺合料混凝土干燥收缩性能进行了研究,图3为测定的复合掺合料混凝土干燥收缩率。
由图3可看出,除个别组外,湿磨处理的粉煤灰、矿渣的复合,对混凝土干燥收缩有一定的改善作用,但效果不甚明显,这可能也与复合浆状掺合料的二次水化反应能力较强有关。在所有复合掺合料中,第21组混凝土本文测定的龄期内干燥收缩率是最小的,也即干磨粉煤灰同矿渣的复合能较好地改善其混凝土抗收缩性能。
2.4 长时间放置浆状掺合料混凝土干燥收缩性能
图4显示了长时间放置(90 d)粉煤灰浆状掺合料混凝土干燥收缩率。
由图4可看出,经过90 d时间放置的粉煤灰浆状掺合料对混凝土收缩性能也有一定的改善作用,但其改善效果均比原状粉煤灰差。由图5可发现,放置90 d的粉煤灰浆状掺合料混凝土收缩值均大于相应细度放置1 d的粉煤灰浆状掺合料混凝土,长时间的放置使得粉煤灰浆状掺合料对其混凝土收缩性能的改善作用有一定恶化;同放置1 d的掺合料比较还可看出,放置90 d浆状掺合料混凝土早期收缩值较大,而后期发展较缓慢。长时间放置的粉煤灰浆状掺合料对混凝土收缩性能改善效果较差,可能与长时间放置可提高粉煤灰浆状掺合料的二次水化反应能力有关。尽管与矿渣相比,粉煤灰浆状掺合料玻璃体较致密,浆状掺合料pH值较低,水介质及金属离子对其玻璃体作用较缓慢,但长时间的放置可强化水介质及金属离子的作用[4],能显著提高粉煤灰的二次水化反应能力,长时间放置的粉煤灰浆状掺合料与水泥拌和后,二次水化反应发生时间及程度相对较早、较大,因而其改善混凝土收缩性能效果较差,而且其混凝土早期收缩值较大。
3 结 论
通过对浆状掺合料混凝土干燥收缩性能的研究,可得出以下结论:
a.不同方式处理的粉煤灰、矿渣的掺入,均能在一定程度上改善混凝土的收缩性能;干磨处理的掺合料对混凝土干燥收缩性能的改善效果要好于湿磨处理的浆状掺合料。
b.湿磨处理的粉煤灰、矿渣浆状掺合料的复合,对混凝土干燥收缩有一定的改善作用;干磨粉煤灰同矿渣的复合能较好地改善其混凝土抗收缩性能。
c.经过90 d时间放置的粉煤灰浆状掺合料对混凝土收缩性能也有一定的改善作用,但其改善效果均比原状粉煤灰差;长时间的放置使得粉煤灰浆状掺合料对其混凝土收缩性能的改善作用有一定恶化。
参考文献
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[3]陈益民,贺行洋,张文生,等.混凝土的浆状磨细矿物掺合料及其制造方法:中国,ZL 03137658.4[P].2005-10.
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活性锌粉制备方法比较 篇8
由于干压锌粉与导电骨架结合不紧密，其韧性较低，易脱落，选择直接沉积导电骨架上，沉积出满足锌粉的容量的锌粉，锌粉容量不易过多，过多使锌电极片过厚，不利于电解液的侵入。对导电骨架进行表面处理后压制成片直接制作锌负极片。这样制作的锌负极，锌粉的导电性能良好，电解液很容易被吸收。
2、实验
2.1材料及工艺
阳极材料：锌锭或锌板；阳极在使用前先用乙醇、丙酮除油，后用稀盐酸去除表面氧化层，再经重蒸水清洗待用。阴极材料：60目紫铜网或黄铜网；阴极在使用前先用乙醇、丙酮除油，再用稀盐酸去除表面氧化层，再经重蒸水清洗待用。电解液：以浓度为1-10M的苛性碱中，加入一定量的氧化锌，或加入碳酸钾，电流密度220mA/cm2，电解液温度为室温，所有试剂均为分析纯。采用恒电流方式进行电沉积。
2.2分析测定
YP-2B型精密稳流电源提供电流和电源，CT-3008W-5V-30Ma-3A-S1型新威高精度电池性能测试系统测定电池的放电性能。电池在设计上，要保证其的容量能够充分发挥，就要使正极的容量充足，锌负极成为限制电极，所以采用两片正极对一片负极。以氢氧化镍为正极，已一定浓度的氢氧化钠为电解液，放电电流密度为180mA/cm2，放电截止电压为1.1v，因为是大电流放电，截止电压可以设置的稍低。为了保证快速激活的特点，前期把一切准备完好，电池放入电解液5-10s内开始测试。
3、结果与讨论
3.1.1 25%KOH+1.7%ZnO +2.5%K2CO3体系
以细密黄铜网与紫铜网为阴极基体，阳极为两等同面积的锌箔。在电流密度分别为5到220mA/cm2时，分镀铅与不镀铅在基体上沉积锌粉比较，做了56组实验，结果显示镀铅的极片利用率最高达到47%，此时电流密度为40mA/cm2；不镀铅的极片利用率最高为45%，此时电流密度为5mA/c2。镀铅后有较明显的电压平台，且放电时间长。可以说明，在K2CO3参加的体系中，电流密度越小，活性物质的放电性能越好。紫铜网的利用率均比黄铜网的高。
3.1.2 33%KOH+1.7%ZnO +2.5%K2CO3体系
以细密黄铜网与紫铜网为阴极基体，阳极为两等同面积的锌箔。在电流密度分别为10到40mA/cm2时，做了8组实验，结果发现在电流密度为35mA/cm2时，锌粉的利用率最高达38.6%；沉积时间加倍，锌粉容量利用率为28.6%，可看出，电极片越厚，锌粉的利用率越低。
3.1.3 56%MKOH+0.5MZnO体系
以细密黄铜网与紫铜网为阴极基体，阳极为两等同面积的锌箔，电沉积过程中不镀铅。在不同电流密度下沉积锌粉比较，发现以紫铜网为基体，利用率较高。放电电流密度为180mA/cm时，放电时间达10分钟以上。
3.1.4 62%MKOH+0.5MznO体系
以紫铜网为阴极基体，阳极为两等面积的锌箔。在10、20、100、150、180、220mA/cm2电流密度下沉积锌粉，沉积锌粉质量在1.2-2.7g之间，极片利用率在7%-23%范围内，此时放电电流密度为150mA/cm，放电时间都较短。此体系没有镀铅比较。
4、结论
从电沉积的电流效率、电镀极片放电时间，放电电压平台高低以及放电过程中电极片的析氢反应程度合电极片活性物质利用率高低等多方面综合考虑，56%MKOH+0.5MznO的置换铅体系为较好沉积锌电极片的体系，在放电电流密度180mA/cm2的條件下且快速激活，我们能做到10分钟以上，电压平台较好。