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水热反应釜的应用与研究进展
点击次数:3270 发布时间:2017-01-11

                                               水热反应釜的应用与研究进展
水热反应釜是介稳微孔晶体材料沸石分子筛适宜的方法之一,目前已获得平衡缺陷晶体例如人工水晶(石英)。而水热或溶剂热合成复合氧化物与复合氟化物陶瓷粉末、无机-有机杂化的硒酸盐和亚磷酸盐以及无机-有机纳米复合材料、固体杂化材料、金属配位聚合物等已经引起化学家和材料学家的广泛关注。水热条件下合成的无机-有机杂化材料结构可以是一维,二维或三维的,其中螺旋结构特别引人注目。在水热与溶剂热条件下,中间价态、介稳态以及特殊物相易于生成,因此能合成与开发特种介稳结构、特种凝聚态和聚集态的新物相,如特殊价态化合物、金刚石和纳米晶等。
用水热反应釜可以开发出更多无机功能材料和新型无机化合物,这一合成技术的研究已经扩展到光电磁材料、快离子导体、钛酸盐铁电压电材料、无机微孔晶体材料、无机发光材料以及各种氧化物粉体的合成,在制备高纯、均一、超细的多组分纳米粉体方面也显示了很好的应用前景。除了以水为溶剂外,介质溶剂也得到大大的扩展,众多的非水溶剂在水热合成中使用。用非水溶剂代替水的合成方法称为溶剂热。非水溶剂热技术对于具有优异性能的金属-非金属纳米材料如氮化物、碳化物、硼化物、硫化物等的合成更为有效。
水热反应釜在无机合成中的应用,包括有微孔材料的水热溶剂热合成;纳米材料的水热溶剂热合成,还可制备多种功能陶瓷纳米材料;特殊结构、凝聚态材料的水热溶剂热合成,如超硬材料GaN和金刚石、螺旋和手性结构和特殊配位状态化合物的合成。目前*人工合成的含五配位钛化合物Na4Ti2Si8O22 •4H2O就是利用水热合成方法得到的。利用水热和溶剂热合成方法还可以进行无机化合物的合成。很多工业上重要的晶体以及具有光、电、磁功能的复合氧化物和氟化物也可以通过水热法生长。目前,水热法已合成了包括磷酸铝、磷酸镓、方解石、多种宝石(如红宝石、蓝宝石、祖母绿等) 和磷酸钛钾(KTP) 等近百种晶体。利用水热反应釜合成的具有良好超导性和铁磁性的复合氧化物包括有高温超导体La(Y)-Ba-Cu-O系列,La2Ti (Mn或Sn)CuO6系列等。水热反应大多在中温进行,广泛应用于无机-有机复合材料的合成。这类化合物在对映异构体的分离、手性合成、配体交换以及选择催化有重要的用途。
制备CdS纳米材料的各种工艺,其中水热-溶剂热法是一种重要的方法,倍受研究者的关注。同时,水热反应釜制备纳米晶的过程中,也受到一定的限制。在水为溶剂的反应下,有些反应物分解或有些反应不能发生。因此,用非水溶剂如乙醇、甲醇、苯等代替水作为溶剂,通过溶剂热反应代替水热反应,可以很好地制备前驱体对水敏感的纳米晶化合物。
应用水热反应釜可以制备大多数技术领域的材料和晶体,而且制备的材料和晶体的物理与化学性质也具有其本身的特异性和优良性。如美国学者在超临界水热体系中合成出金刚石。我国学者在非水体系中合成出氮化镓、金刚石以及系列硫化物纳米晶,在水热体系中合成特种五配位钛催化剂。一系列中高温高压水热反应的开拓及在此基础上开发出来的水热合成、溶剂热合成反应,已成为目前多数无机功能材料、特种组成与结构的无机化合物以及特种凝聚态材料,如纳米粒子、复杂价态固体、溶胶与凝胶、平衡缺陷晶体、非晶态、无机膜、单晶等合成的重要途径。利用水热反应釜得到的产物包括有双掺杂二氧化铈固体电解质、巨磁阻材料、超导材料以及非线性光学材料。
无机纳米材料的水热合成及其衍生方法,用水热反应釜制备的粉体已经达到数纳米的水平。水热合成已成功制备出许多材料,其中代表性的就是一系列的硅酸钙水合物。碱土金属钛酸盐以其优良的介电常数和热参变数,被广泛的应用于电子陶瓷材料、半导体陶瓷、压电陶瓷、压电式拾音器和电子计算机的记忆元件等各种压电材料。该材料的水热合成研究近年来得到了广泛的关注。以有机溶剂代替水的溶剂热反应和用微波进行加热的微波-水热反应也是近年来材料领域的研究热点。
水热反应釜可用来生长各种单晶,制备超细、无团聚或少团聚、结晶完好的陶瓷粉体,应用有水热晶体生长,水热法制备粉体(微晶粒或纳米晶粒)以及水热法制备薄膜。
软化学及软化学合成法研究发现,使用水热反应釜由于具有合成温度低、反应时间短、产物纯度高、粒度小等优点而成为有效的新材料合成方法之一。水热法通常在较低温度下进行,可以有效避免高温相变的发生,因而众多介稳相可通过水热反应加以合成。如CrO2用其他方法无法得到,只有用水热反应釜才能合成。
水热反应釜在功能无机化合物的合成被广泛应用,这些无机物包括固体快离子导体、化学传感材料、复合氧化物电子材料、铁氧体磁性材料、非线性光学材料等。此外,水热合成又是特种凝聚态材料如微孔材料的重要合成途径。研究者对制备PZT粉体的方法进行研究分析,指出在温和的水热条件下合成PZT压电陶瓷纳米粉体,较其它PZT粉体合成方法-高温固相合成法、化学共沉淀法以及溶胶-凝胶法, 晶化温度大大降低,可以得到较好晶形的PZT粉体。
用非水溶剂如乙醇、苯等代替水作为溶剂衍生出的使用水热反应釜是近年来材料领域的研究热点。溶剂热合成纳米功能材料是一种经济的材料制备新途径。通过溶剂热反应已经制备了大量前驱体对水敏感的纳米晶化合物。溶剂热法广泛应用于许多无机材料的晶体生长,如沸石、石英、金属碳酸盐、磷酸盐、氧化物和卤化物以及Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族半导体的研制。另外,应用溶剂热方法已成功地合成出许多配合物及硫属元素化合物和磷属元素化合物。
有机溶剂热法合成纳米材料的研究与发展,指出水热反应釜有机溶剂热法逐渐成为纳米材料的重要合成技术。目前已报道的溶剂热合成纳米材料的途径主要包括:溶剂热元素反应、溶剂热结晶、溶剂热沉淀、溶剂热分解等。随着纳米材料合成研究的需要,溶剂热合成已扩展到醇类、胺类、烷烃等众多溶剂。用溶剂热合成的纳米材料的种类很多,如新型沸石分子筛、Ⅲ-Ⅴ族化合物及一维半导体等。
水热反应釜在建筑陶瓷工业中的应用,表示水热法一直主要用于地球科学研究,二战以后才逐渐用于单晶生长等材料的制备领域。实现建筑陶瓷产品的智能化和洁净化可以通过水热技术和湿化学技术来进行。水热合成法是对于具有特种结构、功能性质的固体化合物和新型材料的重要合成途径和有效方法。

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