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第1章 材料化学——材料学科发展的新阶段1

1.1 材料科学的发展与固态化学学科的诞生1

1.1.1 材料科学与工程学科和高技术1

1.1.2 材料功能性质与固态化学学科2

1.1.3 固态离子学学科的形成与发展5

1.2 20世纪80年代新材料研发的回顾9

1.2.1 低压气相生长金刚石薄膜9

1.2.2 高Tc超导氧化物材料研制11

1.2.3 纳米粒子与纳米材料科学13

1.2.4 从富勒烯到碳纳米管14

1.3 材料化学的学科形成与发展15

1.3.1 材料发展的第二次革命——材料制备化学15

1.3.2 材料的软化学制备路线：概念与特点16

1.3.3 材料化学学科在中国的发展19

1.3.4 从固体化学到材料化学21

1.3.5 材料化学学科在中国科学技术大学的发展28

参考文献33

第2章 从稀有元素到无机新材料的研究方向35

2.1 建校初期的稀有元素专业（1958—1969）35

2.1.1 稀有元素专业的始末35

2.1.2 稀有元素专业的课程教学36

2.1.3 学生毕业论文与科研实践40

2.1.4 从锡渣中回收、提纯稀有元素Ta与Nb40

2.2 学校南迁合肥初期的材料科学研究（1969—1973）42

2.2.1 稀有元素专业的新转折点42

2.2.2 硅烷法生产高纯硅材料的实践42

2.2.3 从贵金属合金废料中分离提纯铂、钯、铱的研究45

2.3 无机新材料专业培养方向及其实施（1972—1975）47

2.3.1 无机材料培养方向的调研与确立47

2.3.2 教员们的再学习与“青年教师培训班”48

2.3.3 无机材料专业培养方向和人才培养体系48

2.3.4 所系结合方针的重新实施49

2.4 无机新材料研制促成学科建设（1973—1978）50

2.4.1 氧化物气敏半导体材料和气敏传感器研制51

2.4.2 高频大功率铁氧体材料的研制51

2.4.3 GaN发光材料薄膜的研制52

2.4.4 CVD学科与无机新材料：科学与技术领域的发展54

结语58

参考文献58

第3章 材料化学在科学的春天里成长60

3.1 新时代、新学科、新举措60

3.1.1 固体化学——中国科学学科规划会议的热点话题60

3.1.2 青年教员出国进修与成长61

3.1.3 组建材料科学与工程系的先期提案报告66

3.2 固态离子学研究方向的建树75

3.2.1 美国斯坦福大学R·A·哈金斯教授和访问学者75

3.2.2 固态离子学课题组77

3.2.3 新型氧离子导体的研究80

3.2.4 固体电化学气体传感器研制82

3.3 气敏半导体陶瓷到先进陶瓷科学83

3.3.1 中国科学技术大学与日本东京大学的科技合作83

3.3.2 先进陶瓷学科的建树85

3.4 新材料的研发与材料化学学科的成长87

3.4.1 敏感陶瓷材料研究的继续开拓87

3.4.2 离子导体材料研制与固体电化学气体传感器88

3.4.3 发展新颖的CVD技术：从非晶硅太阳电池材料到金刚石薄膜90

3.4.4 高温超导氧化物材料研究90

3.5 材料科学与工程系的诞生和初期活动92

3.5.1 新系组建前的科大无机化学专业93

3.5.2 材料科学与工程系诞生与初期运作94

3.5.3 《材料科学与工程系》简介96

3.5.4 第2届全国固体化学与合成化学学术会议102

3.5.5 中国科学技术大学30周年校庆点滴104

结语105

参考文献106

第4章 在国际科技合作中学科的开拓与发展107

4.1 国际科技合作与学科开拓、人才培养107

4.2 日本功能陶瓷考察和与日立化成株式会社的合作108

4.2.1 沈阳陶瓷厂“日本功能陶瓷考察”项目108

4.2.2 在日立化成茨城研究所进修、访问109

4.2.3 与日立化成株式会社的科技合作110

4.3 功能陶瓷研究的强化——与丹麦RISO国家实验室的合作111

4.3.1 始末概况111

4.3.2 在“RISO实验室”基地上开拓先进陶瓷研究112

4.3.3 十年合作环球花开115

4.4 无机膜材料与膜过程新领域——与荷兰Twente大学的合作与交往116

4.4.1 历史溯源116

4.4.2 双方交流合作互访简况117

4.4.3 无机膜科学与技术研究领域的建树118

4.4.4 人才培养和“旅欧学子报告会”119

4.5 从MOCVD陶瓷膜材料研究到与法国LMPM的科技合作121

4.5.1 历史回溯121

4.5.2 MOCVD功能陶瓷薄膜的科技合作122

4.5.3 与LMPM实验室科技合作的开拓125

4.6 MOCVD高温超导薄膜——在威斯康星大学的研究125

4.6.1 始末概况125

4.6.2 单一固体混合源MOCVD研制高温超导薄膜126

4.6.3 单一固体混合源质量输运的模型研究126

4.6.4 后续学术交流活动127

4.7 友好的交往与合作，丰满的成果与收益128

4.8 无机膜材料与膜技术研究领域发展初期概况132

结语140

参考文献141

第5章 凝练学科方向和研究的平台——固体化学与无机膜研究所143

5.1 研究所组建的历史回溯143

5.1.1 中国科学院固体化学与材料工学重点实验室的申报（1988）143

5.1.2 组建USTC材料研究与开发中心的提案151

5.1.3 USTC固体化学与无机膜研究所的组建151

5.2 研究所宗旨、特色与业绩152

5.2.1 研究所概况152

5.2.2 学科范围与人才培养152

5.2.3 研究领域、特色与课题方向153

5.2.4 国际科技合作155

5.2.5 研究所状况点滴156

5.3 无机膜的软化学合成与传质过程研究——重点基金课题之一157

5.3.1 概况和摘要157

5.3.2 项目主要研究成果及其学术和社会效益158

5.3.3 申请专利情况164

5.4 无机催化分离膜材料——重点基金课题之二165

5.4.1 课题立项与成果概况165

5.4.2 中国科大研究工作成果简介166

5.4.3 无机分离催化膜与膜反应器——863项目168

5.5 材料科学与工程学位点与研究生教育的完善170

5.5.1 材料科学与工程博士学位点的成功申报（1995—1999）170

5.5.2 迎接21世纪——重点学科规划与展望171

5.6 世纪之交的材料科学发展——年度大事记176

5.6.1 研究所1999年花絮176

5.6.2 研究所2000年十大事件177

5.6.3 研究所2001年大事记178

5.6.4 研究所2002年大事记179

5.7 世纪之交的学科发展与著书立说（1998—2000）180

第6章 无机膜研究所基地——长城新元膜科技有限公司183

6.1 合肥长城新元膜科技公司组建始末183

6.1.1 无机膜技术与绿色科技183

6.1.2 无机膜研究所实用化研究目标185

6.1.3 媒体宣传与研究成果转化的契机186

6.2 公司的构建、业务宗旨和经营理念187

6.2.1 公司构建初期的回顾187

6.2.2 公司业务、经营方针与理念191

6.2.3 “长城新元膜”的技术特征192

6.3 无机膜技术的工程应用193

6.3.1 机械加工行业的各种含油废水194

6.3.2 超细（纳米）粉体的洗涤195

6.3.3 有色金属工业中湿法冶金工艺的应用195

6.3.4 果汁的澄清、除菌196

6.3.5 陶瓷膜处理、回用锅炉凝结水196

6.4 中科大无机膜研究所研发基地197

6.4.1 陶瓷膜技术应用开发研究197

6.4.2 新型陶瓷膜滤材的研制198

6.4.3 高温气体陶瓷过滤膜材料199

6.4.4 陶瓷膜燃料电池新能源的制作平台200

参考文献202

第7章 陶瓷膜燃料电池——21世纪绿色能源装置204

7.1 燃料电池——21世纪的最佳发电系统204

7.2 CMFC的原理、性能与其关键部件208

7.2.1 SOFC/CMFC的过程原理208

7.2.2 单电池U-I特性及其相关极化现象210

7.2.3 SOFC电池构型214

7.3 从SOFC到CMFC的历史性发展218

7.3.1 SOFC的前期发展和关键材料218

7.3.2 世纪之交SOFC的研究与开发的新趋势219

7.3.3 从传统高温SOFC到中温SOFC221

7.4 SOFC/CMFC关键制备技术——薄膜化电解质制备222

7.4.1 化学气相淀积法／电化学气相淀积技术223

7.4.2 溅射法224

7.4.3 流延法224

7.4.4 轧辊法225

7.4.5 丝网印刷法225

7.4.6 浆料涂覆法226

7.4.7 静电喷涂法226

7.4.8 等离子喷涂法227

7.4.9 空气加压喷涂法227

7.5 发展陶瓷膜燃料电池在我国的机遇228

7.5.1 SOFC国内外研发现状228

7.5.2 SOFC/CMFC在我国发展的机遇230

参考文献233

第8章 陶瓷膜燃料电池在中国科学技术大学的研究和进展235

8.1 以“新型固体燃料电池”为主题的香山科学会议236

8.1.1 会议申办过程始末236

8.1.2 香山科学会议的概况238

8.1.3 会议的结论和意义240

8.2 中温陶瓷膜燃料电池作为21世纪绿色能源243

8.2.1 引言243

8.2.2 正在研制中的几种中温陶瓷膜燃料电池243

8.2.3 中温陶瓷膜燃料电池的应用前景246

8.2.4 结语246

8.3 陶瓷膜燃料电池关键材料的研制247

8.3.1 固体电解质材料的研究248

8.3.2 阳极材料的制备、微结构及性能研究252

8.3.3 新型阴极材料的探索253

8.4 陶瓷膜燃料电池的核心制造技术的研发254

8.4.1 软化学法制备高性能微细功能陶瓷粉体254

8.4.2 阳极支撑薄层电解质单电池的制备技术255

8.4.3 第11届全国固态离子学会议（CSSI）暨固态化学装置国际研讨会256

8.5 陶瓷膜燃料电池研发中的误区与“逆主流思考”259

8.5.1 SOFC研发中的“逆主流思考”及其辩证法259

8.5.2 逆“平板构型的研究主流”，重视管状构型SOFC的研发260

8.5.3 逆“氧离子导体固体电解质之主流”，重视质子导电电解质材料的研究261

8.5.4 逆“阳极支撑PEN构型的主流”，重视阴极支撑构型的研究262

8.5.5 逆“针对化石燃料的研究主流”，侧重研究合成液体燃料的CMFC263

8.6 实用化导向和“逆主流思考”技术路线的研究成果264

8.6.1 先进的多通道扁管构型CMFC和制备技术264

8.6.2 高性能的SOFC/CMFC电池堆关键材料——陶瓷连接材料的研究265

8.6.3 发展新颖化学气相淀积技术制备电极支撑的CMFC266

8.6.4 液态非化石燃料的陶瓷膜燃料电池268

8.7 并未结束的结语269

参考文献270

第9章 49能源路线274

9.1 解决能源与环境问题需要一条科学发展路线274

9.1.1 能源与环境问题——人类社会面临的重大挑战274

9.1.2 中国的能源现状与问题276

9.1.3 我们的地球上不应存在“能源危机”277

9.1.4 新能源开发需要确立科学发展路线278

9.2 49能源路线的由来与内涵278

9.2.1 陶瓷膜燃料电池—未来能源利用的核心装置279

9.2.2 CMFC研发的“逆主流思考”：燃料电池＝燃料＋电池281

9.2.3 氨经济和甲醇经济促成“49能源路线”283

9.3 49能源载体——资源和能源的科学循环方式287

9.3.1 49能源路线的内涵——能源资源科学循环路线图287

9.3.2 49能源载体天然合理性及其电化学膜过程本质288

9.3.3 对“氢能与氢能社会”的辨析288

9.4 发展49能源载体经济，深入相关基础研究289

9.4.1 CMFC和49燃料将为中国经济发展带来新机遇290

9.4.2 从清洁液体燃料驱动汽车到电动车的可行方案292

9.4.3 实施低碳经济的最佳路线——碳基燃料IGFC发电与CO2的捕集294

9.4.4 质子导电CMFC——方兴未艾的基础研究领域298

9.5 中国科学技术大学五秩华诞—“中国新能源”校友论坛300

参考文献302

第10章 化学气相淀积——学科发展与实践30年303

10.1 从气相生长GaN发光材料薄膜到CVD学科发展304

10.2 化学气相淀积：学科基础与应用306

10.3 等离子体CVD技术的发展与应用309

10.3.1 等离子体CVD创新尝试——气敏半导体材料的PCVD309

10.3.2 PCVD法制备薄膜型氧离子导体YSZ传感器310

10.3.3 微波等离子体增强的CVD：从非晶硅太阳电池材料到金刚石薄膜310

10.4 MOCVD进一步的发展——高温（Tc）超导氧化物材料研究311

10.5 β-二酮螯合物源MOCVD与固体混合源CVD技术312

10.5.1 单一固体混合源MOCVD技术成功研制了YBa2Cu3O7-δ薄膜313

10.5.2 单一固体混合源质量输运及其理论模型314

10.6 CVD过程的理论处理——实践与积累314

10.6.1 CVD过程热力学和质量输运模型315

10.6.2 表面生长过程模型及其发展315

10.7 CVD过程在无机膜制备中的应用318

10.7.1 概述318

10.7.2 CVD技术用于无机分离膜制备的方式和优势318

10.7.3 CVD法制备透氢无机膜318

10.7.4 顶层膜CVD缩孔和修饰319

10.7.5 单一混合源MOCVD法制备多组分氧化物功能薄膜319

10.8 气溶胶辅助的CVD技术制备陶瓷膜燃料电池功能膜321

10.9 CMFC的研制促使新颖CVD技术的集成和开拓323

10.9.1 凝聚态源CVD技术制备CMFC的装置研制324

10.9.2 连续CVD技术——多层氧化物膜器件生产的未来？327

结语与展望329

参考文献331