Введение в химию твердофазных материалов: учебное пособие

Систематически изложен курс химии твердофазных материалов со специальными свойствами, читаемый на факультете наук о материалах МГУ им. М.В.Ломоносова. Рассмотрены особенности химической связи и структуры твердых тел, термодинамика, кинетика и механизм твердофазных реакций, ведущих к образованию практически важных материалов.

Дан обзор основных классов современных материалов и способов их получения.

В книге отражен многолетний опыт преподавания данной дисциплины на факультете наук о материалах и химическом факультете МГУ.

Для студентов факультетов наук о материалах, химических и физических факультетов университетов; будет полезно аспирантам, преподавателям и специалистам, работающим в области материаловедения, химии и физики твердого тела.
Содержание

Предисловие

Предисловие авторов

ГЛАВА 1. ХИМИЯ И МАТЕРИАЛЫ

ГЛАВА 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ТВЕРДОФАЗНЫХ МЕТЕРИАЛОВ
2.1. Классификация материалов по составу
2.1.1. Металлические материалы
2.1.2. Материалы на основе высокомолекулярных соединений
2.1.3. Неметаллические неорганические материалы
2.1.4. Керамические материалы
2.1.5.Композиты
2.2. Классификация материалов по структурному признаку
2.2.1. Монокристаллы
2.2.2. Пленочные материалы
2.2.3. Наноматериалы
2.3. Классификация материалов по свойствам и функциям
2.3.1. Материалы с электрическими функциями
2.3.2. Материалы с магнитными функциями
2.3.3. Материалы с оптическими функциями
2.3.4. Материалы с биологическими функциями
2.3.5. Материалы с химическими функциями
2.3.6. Материалы с теплофизическими функциями

ГЛАВА 3. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРУКТУРА ТВЕРДЫХ ТЕЛ
3.1. Элементарные кристаллы
3.2. Химические соединения
3.2.1. Ковалентные кристаллы
3.2.2. Ионные кристаллы
3.2.3. Комплексные (координационные) соединения
3.2.4. Водородная связь в твердых телах
3.2.4.1. Водородная связь в кристаллогидратах
3.2.5. Интерметаллиды
3.2.6. Стекла
3.2.7. Полимеры

ГЛАВА 4. ТЕРМОДИНАМИКА ТВЕРДОФАЗНЫХ РЕАКЦИЙ
4.1. Термодинамическая оценка возможности твердофазного взаимодействия
4.2. Термодинамика фазовых равновесий. Фазовые диаграммы
4.3. Методы исследования термодинамики твердофазных реакций
4.3.1. Метод ЭДС с твердым электролитом
4.3.2. Метод гетерогенных равновесий
4.4. Термохимические методы
4.5. Закономерности изменения и приближенные методы расчета энтальпии, энтропии и энергии Гиббса

ГЛАВА 5. ПРОЦЕССЫ ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЯ И МЕХАНИЗМ ТВЕРДОФАЗНЫХ РЕАКЦИЙ
5.1. Явления разупорядочения в кристаллах
5.1.1. Образование точечных дефектов
5.1.2. Линейные (дислокации) и планарные дефекты
5.1.3. Равновесие дефектов в бинарных кристаллах
5.1.4. Равновесие дефектов в тройных кристаллах
5.1.5. Определение природы доминирующих дефектов
5.2. Взаимодействие точечных дефектов
5.2.1. Основные типы взаимодействия
5.2.2. Ассоциация дефектов
5.2.3. Процессы упорядочения дефектов с образованием сверхструктур
5.2.4. Упорядочение и аннигиляция дефектов путем перегруппировки координационных полиэдров
5.3. Физико-химические факторы, определяющие механизм твердофазных реакций
5.3.1. Диффузия в твердых телах
5.3.2. Методы исследования механизма твердофазных реакций
5.3.3. Теория твердофазного взаимодействия
5.3.4. Влияние неравновесных дефектов на скорость и механизм твердофазного взаимодействия
5.4. Механизм твердофазных превращений без изменения состава
5.4.1. Структурная классификация полиморфных превращений
5.4.2. Превращения первого и второго рода
5.4.3. Энантиотропные и монотропные превращения
5.4.4. Мартенситовые превращения
5.4.5. Инициирование и предотвращение фазовых превращений без изменения состава

ГЛАВА 6. КИНЕТИКА ТВЕРДОФАЗНЫХ РЕАКЦИЙ
6.1. Основные понятия и методы изучения кинетики твердофазных реакций
6.1.1. Особенности кинетики реакций с участием твердых фаз
6.1.2. Методы изучения кинетики твердофазных реакций
6.1.3. Некоторые замечания к постановке кинетических экспериментов
6.2. Кинетические модели и уравнения изотермической кинетики
6.2.1. Формальное уравнение кинетики и способы определения его
параметров
6.2.2. Диффузионные модели
6.2.3. Кинетика твердофазных реакций в полидисперсных системах....
6.2.4. Модели реакций, лимитируемых процессами на границе раздела фаз
6.2.5. Модели зародышеобразования
6.2.6. Практические советы, касающиеся изучения кинетики твердофазных реакций
6.3. Энергия активации твердофазных реакций

ГЛАВА 7 АКТИВНОЕ СОСТОЯНИЕ ТВЕРДОФАЗНЫХ РЕАГЕНТОВ И ПРОДУКТОВ
7.1. Природа активного состояния твердых тел
7.2. Активирование твердофазных реагентов изменением их химической и термической предыстории
7.3. Активирование твердых фаз введением микродобавок
7.4. Механическое активирование индивидуальных реагентов и их смесей
7.5. Активирование реакционных смесей в процессе твердофазного взаимодействия

ГЛАВА 8. МЕТОДЫ СИНТЕЗА ТВЕРДОФАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ
8.1. Синтезы с использованием физических методов гомогенизации исходной смеси
8.1.1. Керамический синтез
8.1.2. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС)
8.1.3. Синтез с использованием микроволнового нагрева
8.1.4. Синтез с использованием ударного сжатия при взрыве
8.2. Синтезы с использованием химических методов гомогенизации исходной смеси
8.2.1. Соосаждение солевых смесей
8.2.2. Кристаллизация солевых твердых растворов
8.2.3. Золь-гель метод
8.2.4. Распылительная сушка (пиролиз аэрозолей)
8.2.5. Сублимационная сушка (криохимическая технология)
8.3. Методы получения монокристаллов
8.3.1 Рост кристаллов из паровой фазы
8.3.2. Рост кристаллов из расплава
8.3.3. Рост кристаллов из растворов
8.4. Методы получения тонких пленок

ЛИТЕРАТУРА

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ