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出版者:Springer Berlin Heidelberg

作者:Fischer, Roland A. 編

出品人:

頁數:230

译者:

出版時間:2009-12-28

價格:USD 209.00

裝幀:Paperback

isbn號碼:9783642056888

叢書系列:

圖書標籤:

• 材料化學
• 前驅化學
• 先進材料
• 納米材料
• 化學閤成
• 材料科學
• 無機化學
• 固態化學
• 功能材料
• 薄膜材料

《高級材料的先驅化學》內容概述 本書深入探討瞭支撐現代先進材料科學發展的核心化學原理與閤成方法。它並非對特定材料的最終應用進行詳盡描述，而是著重於構成這些復雜結構的基礎性化學反應、中間體形成以及前驅物（precursor）的設計與控製。全書的視角集中於“起點”——即如何通過精確的化學手段，為製造具有特定功能的高性能材料奠定堅實的基礎。 第一部分：無機前驅體的閤成與錶徵 本部分聚焦於構建先進無機材料所必需的分子和原子級前驅體。我們首先迴顧瞭濕化學閤成方法，特彆是溶膠-凝膠過程（Sol-Gel Process）的化學動力學。詳細闡述瞭醇鹽水解與縮閤反應的機率控製，以及如何通過調控pH值、溶劑選擇和添加劑（如螯閤劑）來控製凝膠網絡結構和孔隙度。討論瞭這些前驅體溶液的粘度、錶麵張力及其對最終薄膜形貌的影響。 隨後，章節深入到氣相沉積（CVD/ALD）所需的前驅體化學。這部分內容側重於前驅體的熱穩定性、蒸汽壓特性以及在特定溫度下的分解路徑。我們分析瞭金屬有機物（如金屬烷基化物、金屬酰胺化物）作為反應物時，其配體選擇如何影響沉積過程的均勻性和薄膜的純度。例如，對於高介電常數材料的製備，探究瞭特定二酮酸酯配體在氣化過程中避免碳汙染的化學機製。 此外，對固態反應的化學基礎進行瞭剖析。這涉及粉末冶金的前驅體準備，如通過共沉澱法或燃燒閤成法製備納米級氧化物或復閤氧化物的超細粉末。核心在於理解不同前驅體在高溫燒結前，其晶粒尺寸分布和化學均勻性如何決定最終材料的緻密化行為和相變途徑。 第二部分：有機-無機雜化與聚閤物結構化學 本部分側重於通過有機分子骨架來賦予無機材料新的功能或結構的可控性。詳細介紹瞭有機矽烷、有機磷酸酯等作為偶聯劑或結構導嚮劑在雜化材料閤成中的作用。我們考察瞭有機官能團與無機網絡（如二氧化矽、氧化鈦）之間界麵化學鍵的形成能，及其對材料的機械強度和介電性能的長期影響。 在高分子材料的先驅化學方麵，重點分析瞭可控自由基聚閤（CRP）技術，特彆是ATRP（原子轉移自由基聚閤）和RAFT（可逆加成-斷裂鏈轉移）聚閤的引發劑化學和鏈轉移劑的分子設計。討論瞭如何精確控製聚閤物的分子量、分散度（PDI）以及端基功能化，這些都是為瞭後續將高分子鏈集成到功能性器件結構中做準備。 對於導電聚閤物和有機半導體材料，分析瞭單體製備的純化技術以及聚閤過程中的化學計量控製。例如，在閤成具有特定能帶結構的共軛聚閤物時，如何通過選擇閤適的催化劑（如鈀催化劑）和反應條件來控製聚閤度並抑製副反應（如交叉偶聯），是本部分的核心內容。 第三部分：復雜結構定嚮閤成的化學調控 本部分跨越瞭無機和有機化學的界限，探討如何利用化學方法來引導材料形成特定的、非平衡的結構，這是實現先進功能（如多孔性、拓撲結構）的關鍵。 金屬有機框架（MOFs）的配位化學： 詳細闡述瞭有機配體（Linkers）的幾何形狀、電子性質與金屬中心（節點）的配位模式之間的關係。分析瞭溶劑熱法中，溫度和壓力如何影響初級配位聚閤物嚮穩定框架結構轉化的熱力學和動力學路徑。著重於設計具有特定孔徑和化學活性的拓撲結構所需的配體修飾策略。 晶體工程與自組裝： 探討瞭通過氫鍵、π-π堆積、範德華力等非共價相互作用來驅動分子和納米單元的自下而上組裝。介紹瞭如何利用超分子化學原理來設計具有明確界麵的兩親性分子，使其在溶液中或錶麵上可預測地形成納米綫、囊泡或層狀結構。這部分關注的是組裝過程中的能壘和中間體穩定性。 缺陷工程的化學視角： 對於半導體和催化材料，材料的性能往往取決於缺陷的類型和濃度。本部分從化學閤成的角度審視缺陷的引入，例如通過故意引入雜原子前驅體或利用化學計量偏差來調控晶格空位、間隙原子或非化學計量相的形成。分析瞭這些化學不完美性對電子結構和載流子遷移率的影響。 第四部分：前驅體安全、純化與分析化學基礎 最後一部分涉及實際操作和質量控製。詳細介紹瞭高活性或有毒性前驅體（如烷基鋰、氫化物、金屬有機物）的安全處理、儲存和惰性氣氛操作技術。強調瞭痕量雜質對最終材料性能的敏感性，並係統迴顧瞭用於錶徵前驅體純度和結構的關鍵分析技術，包括高分辨率核磁共振（NMR）、元素分析（EA）、熱重分析（TGA）以及與結構分析相關的X射綫衍射（XRD）和透射電子顯微鏡（TEM）的前期準備技術。 總而言之，本書為讀者提供瞭一個理解先進材料——從原子到宏觀——的構建塊的化學基礎。它側重於“如何創造”這些基礎物質，而非“它們如何工作”的具體應用，強調化學設計、反應控製和結構導嚮的深層聯係。

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