水热法生长晶体(精选)
水热生长法
水热法 —— 在高温高压下的过饱和水 溶液中进行结晶的方法。 发明于 1905 年，二次世界大战后得到 迅速发展，至今长盛不衰； 现在用水热法可以生长水晶、刚玉、 方解石、氧化锌以及一系列的硅酸盐、 钨酸盐和石榴石等上百种晶体。
一、温差水热法
生长装置——高压釜，见图7.3.1；
三、生长装置——高压釜
要求：材料耐腐蚀，高温机械性能好，密封结构可靠 1. 制作材料 —— 43CrNi2MoV钢
可承受：200～10000atm, 200~1100℃； 耐腐蚀，化学稳定性好。
2. 釜壁厚度设计（根据：最大剪应力理论）
直径比：
Dw Kd Dn
2 P
例如：(YXl)35º 切型 • 第一个字母 Y 表示石英晶 片在原始位置 ( 即旋转前 的位置)时的厚度沿Y轴方 向； • 第二个字母 X 表示石英晶 片在原始位置时的长度沿 X轴方向； • 第三个字母 l 和角度 35º 表 示石英晶片绕长度逆时针 旋转35º ，如图。
X
Z Z’ 35 O X (b)
同样条件下生长，氢氧化钠溶液所要求的温度梯度比碳 酸钠溶液大得多。
我国生长水晶的条件：
（1）结晶区温度： 330～350℃
控制生长速率，
不可太高，防止开裂，孪晶
溶解区温度：
360～380℃
挡板开口面积： 5％ （2）充满度： （3）压力： 80～85％ 1100～1600kg/cm2
调节PH值，使C↗,R↗. 保证所需的压力
测定了SiO2在纯水中的溶解 度、在碳酸钠溶液中的溶解 度、在氢氧化钠溶液中的溶 解度，如图7.3.2所示。 从图中可以看出， SiO2在纯 水中的溶解度小。 SiO2在碱溶液中的溶解度比 在纯水中的溶解度大一个数 量级。 确定出－ 水晶生长方法 — — 温差水热法！
水热法人工晶体生长的原理及应用_刘菊
当今，在高新技术材料领域中，人工晶体作为一种特种功能材料，在材料学、光学、光电子、医疗生物领域有着广泛的作用。
用于人工晶体生长的方法有多种，如：物理气相沉淀、水热法、低温溶液生长、籽晶提拉、坩埚下降等。
其中水热法晶体生长可以使晶体在非受限的条件下充分生长，可以长出形态各异、结晶完好的晶体而受到广泛应用。
水热法可用于生长各种大的人工晶体，制备超细、无团聚或少团聚、结晶完好的微晶[1]。
适合生长熔点较高，具有包晶反应或非同成分融化，而在常温下又不溶解各种溶剂或溶解后即分解，不能再结晶的晶体材料。
与其他的合成方法相比，水热法合成的晶体具有纯度高、缺陷少，热应力小质量好等特点。
近年来随着科学技术的不断发展，水热法合成技术得到广泛应用，该技术已成功地应用于人工水晶的合成、陶瓷粉末材料的制备和人工宝石的合成等领域。
1水热法晶体生长的基本原理及影响因素1.1晶体生长的基本原理水热法又称热液法，晶体的热液生长是一种在高温高压下过饱和溶液中进行结晶的方法。
它实质上是一种相变过程，即生长基元从周围环境中不断地通过界面而进入晶格座位的过程，水热条件下的晶体生长是在密闭很好的高温高压水溶液中进行的。
利用釜内上下部分的溶液之间存在的温度差，使釜内溶液产生强烈对流，从而将高温区的饱和溶液放入带有籽晶的低温区，形成过饱和溶液。
根据经典的晶体生长理论，水热条件下晶体生长包括以下步骤：（1）营养料在水热介质里溶解，以离子、分子团的形式进入溶液（溶解阶段）；（2）由于体系中存在十分有效的热对流及溶解区和生长之间的浓度差，这些离子、分子或离子团被输运到生长区（输运阶段）；（3）离子、分子或离子团在生长界面上吸附、分解与脱附；（4）吸附物质在界面上的运动；（5）结晶（3、4、5统称为结晶阶段）。
同时利用水热法生长人工晶体时由于采用的主要是溶解—再结晶机理，因此用于晶体生长的各种化合物在水溶液中的溶解度是采用水热法进行晶体生长时必须首先考虑的。
水热法制备二氧化钛纳米晶体
二氧化钛的用途极为广泛 , 目前已经用于化工、 环保、 医药卫生、 电子工业等领域。纳米二氧化钛具 有良好的紫外线吸收能力 , 且具有很好的光催化作 用 , 因 而 可 以 用 做 织 物 的 抗 紫 外 和 抗 菌 的整 理 剂
〔1 〕
寸和形状。同时水热合成中的再结晶过程使得产物 有很高的纯度 , 并且反应中所需的仪器设备较为简 单, 反应过程也较简便
图 3 纳米 T iO2 粒子的粒径与体积分布 、 个数分布图
度和溶液的过饱和度。一般来说 , 在其他条件不变 的情况下 , 晶体的生长速率随水热反应温度的提高 而加快, 反应物的运动加快 , 碰撞机会增加, 导致产 物颗粒粒径增大。因此, 在制备纳米 T iO2 过程中, 反应温度是对粉体粒度、 晶型等特性有着决定作用 的因素之一。 3 . 2 . 2 反应时间 在反应温度为 140 , 分别以 NaOH 、 NH 4 OH 调 节 pH 值 , pH 值为 11 时 , 反应时间对产物颗粒粒径 的影响见图 5 。
由图 3 可知 , 纳米二氧化钛粒子的粒径一般在 10~ 30n m, 纳米 T i O2 个数粒子的粒径分布图中粒径 在 20nm 左右的 T iO2 粒子占 68 % 左右 , 剩下的粒径 在 20~ 30nm。而 在体积粒子粒 径分布图中 , 20nm 左右的粒子占 58 % 左右 , 剩下的粒径在 20~ 30nm。 也有极少部分粒子的粒径在 70~ 600nm。这也说明 了个数粒子粒径分布和体积粒径个数分布在统计中 的区别。出现一些粒径很大的颗粒主要是因为纳米 颗粒在溶液中团聚导致的 , 如果有两个或多个 T i O2 粒子团聚在一起 , 仪器将仍按一个粒子来处理 , 使得
图 4 反应温度对颗粒粒径的 影响
由图 4 可见, 用 NaOH 调节 p H 值时 , 随着反应 温度的升高 , 纳 米晶 体的 尺 寸逐 渐增 大, 120 时 12nm, 140 时 14nm, 160 时 17nm, 且纳米晶体晶 型更加完整。但是温度继续升高 , 纳米晶体的尺寸 不再有很大变化。以 NH 4OH 调节体系 p H 值时, 反 应温度为 120 时生成产物为无定形 , 温度升高, 在 反应温度为 140 时 , 纳米晶体尺 寸为 15nm, 温度 升为 160 时的颗粒粒径为 18n m, 纳米晶体的晶型 也更加完整, 继续升高温度, 颗粒尺寸基本不变。 由于水热合成 T i O2 是在一定的温度和在水的 自生压力 ( 此压力与填充度和水热反应温度有关 ) 下进行的。水热温度决定着结晶活化能、 溶质的浓
水热法合成水晶
水热法合成水晶的工艺
3）生长阶段 加热炉通电加热，将高压釜升温并进行温度调节， 加热炉通电加热，将高压釜升温并进行温度调节，调节到所 需要的温度并控制温差。在生产过程中要保持温度稳定（ 需要的温度并控制温差。在生产过程中要保持温度稳定（一 般保持温度波动在5摄氏度以内）。生长完毕后停炉， ）。生长完毕后停炉 般保持温度波动在5摄氏度以内）。生长完毕后停炉，打开 保湿罩，使上部热量的散失快于下部。 保湿罩，使上部热量的散失快于下部。降温后可将高压釜提 出炉膛。 出炉膛。 4）开釜阶段 当釜体温度降至室温后，便可开釜，取出晶体。 当釜体温度降至室温后，便可开釜，取出晶体。然后倒出残 余溶液和剩余的熔炼石英， 余溶液和剩余的熔炼石英，对生长出的晶体和高压釜进行清 洗和检查。 洗和检查。
水热法合成水晶的基本原理
一般情况下石英石 不溶于水的化合物， 但由于水在过热状 态下所具有的特性， 使得石英在一些特 殊条件下可以被溶 解。 高温高压下石英在 水中的溶解度曲线 见右图
水热法合成水晶的基本原理
在临界温度附近，石英在水中的溶解度很低； 在临界温度附近，石英在水中的溶解度很低；而在较 高的温度和较低的压力条件下， 高的温度和较低的压力条件下，其溶解度具有负的 溶解度温度系数， 溶解度温度系数，这些特性为在纯水系统中生长石 英晶体造成困难。 英晶体造成困难。所以在合成水晶是必须加入一定 量的矿化剂，以改变溶剂的原始成分与性质，才能 量的矿化剂，以改变溶剂的原始成分与性质， 增加SiO 的溶解度。 增加SiO2的溶解度。 下图为不同装满度时，石英在NaOH、 下图为不同装满度时，石英在NaOH、NaCO3溶液及纯水 NaOH 中的溶解度与温度的关系图。 中的溶解度与温度的关系图。
水热法合成水晶
咏水精
水热法生长KBBF单晶
水热法生长KBBF单晶唐鼎元;叶宁;浦小掦;仲维卓【期刊名称】《人工晶体学报》【年(卷),期】2008(37)6【摘要】氟代硼鈹酸钾KBe2BO3F2(KBBF)晶体是至今发现的可相位匹配的倍频波长最短的晶体。
但是,由于该晶体具有很大的面间距,层状生长习性十分明显,因此,至今采用熔盐法生长的晶体厚度较薄,无法按照相位匹配方向切割成倍频器件。
我们尝试了采用水热法生长KBBF晶体并获得了成功。
我们采用水热法已成功地生长出了厚度达10mm以上的透明单晶体。
本文概述了水热法生长KBBF晶体的实验方法和生长条件(如矿化剂种类,温度,压力,温度梯度,充满度,开孔率等)对晶体生长的影响。
最后,用负离子配位多面体生长基元理论模型讨论了晶体的生长机制与形状。
【总页数】4页(P1321-1324)【关键词】KBBF晶体;水热法生长;负离子配位多面体模型【作者】唐鼎元;叶宁;浦小掦;仲维卓【作者单位】中国科学院福建物质结构研究所;中国科学院上海硅酸盐研究所【正文语种】中文【中图分类】O78【相关文献】1.RbBe2 BO 3 F2单晶的水热法生长晶体形态和表面微形貌的研究 [J], 卢福华;刘心宇;李东平;霍汉德2.水热法生长宽禁带氧化锌单晶研究进展 [J], 王金亮;任孟德;左艳彬;何小玲;张昌龙3.水热法生长单晶二氧化钛纳米棒 [J], 汪汉斌;汪宝元;刘向;向晶晶4.磷酸铁锂单晶水热法生长及其表征 [J], 张梦雪;任孟德;王金亮;周海涛;雷威;柳成荫5.水热法生长纯相磷酸铁锂单晶 [J], 任孟德;周海涛;何小玲;张昌龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水热法生长晶体前沿技术
水热法生长晶体新发展姓名：孙帆学号：21101711041摘要：在本篇论文中讲述了水热法晶体生长的基本原理以及水热法应用的最新发展。
水热法在发展中出现了许多新方法，有微波水热法、水热晶化法、水热沉淀法以及其他的一些方法，并且利用这些方法，一些研究者做了一系列的实验并取得了一些成果。
关键词：水热法微波水热法水热晶化法水热沉淀法在现在的高科技领域中，人工晶体作为一种功能材料被广泛用于光学、医疗生物、光电子等领域。
而用于生长晶体的方法多种多样，例如水热法，这是在高温高压下从饱和热水溶液中培养晶体的方法；还有提拉法，是一种直接从熔体中拉出单晶的方法；焰熔法也是晶体生长的一种方法，它是用氢氧火焰熔化粉料并使之结净的方法。
此外还有物理气相沉淀、低温溶液生长、坩埚下降等各种方法，都能够使得晶体生长。
其中水热法晶体生长可以使晶体在非受限的条件下充分生长，能够长出各种形态的、结晶完好的晶体，从而水热法得到了广泛的应用。
1 水热法晶体生长的基本原理水热法又称为水热反应法，它是以水为反应介质，在高压釜内高温高压条件下进行化学反应来制备所需要的晶体的一种方法。
用水热法得到的晶体位错密度较低，可以生长出极少缺陷、去想好、完美的晶体，并且能够合成与开发一系列特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产物，此外，水热法晶体具体有较快的生长速率等等优点。
水热法的实质就是一种相变过程，也就是说生长基元从周围环境中不断的通过界面而进入晶格座位的过程，水热条件下的晶体生长是在密闭很好的高温高压水溶液中进行的。
利用釜内上下部分的溶液之间存在的温度差，使釜内溶液产生强烈对流，从而将高温区的饱和溶液放入带有籽晶的低温区，形成过饱和溶液。
水热条件下晶体生长包括以下几个步骤：（1）营养料在水热介质中溶解，以离子、分子团的形式进入溶液（溶解阶段）；（2）由于体系中存在十分有效的热对流及溶解区和生长区之间的浓度差，这些离子、分子或离子团被输运到生长区（输运阶段）；（3）离子、分子或离子团在生长界面上的吸附、分解与脱附；（4）吸附物质在界面上的运动；（5）结晶（（3），（4），（5）统称为结晶阶段）。
水热法生长晶体前沿技术
水热法生长晶体新发展姓名：孙帆学号：041摘要：在本篇论文中讲述了水热法晶体生长的基本原理以及水热法应用的最新发展。
水热法在发展中出现了许多新方法，有微波水热法、水热晶化法、水热沉淀法以及其他的一些方法，并且利用这些方法，一些研究者做了一系列的实验并取得了一些成果。
关键词：水热法微波水热法水热晶化法水热沉淀法在现在的高科技领域中，人工晶体作为一种功能材料被广泛用于光学、医疗生物、光电子等领域。
而用于生长晶体的方法多种多样，例如水热法，这是在高温高压下从饱和热水溶液中培养晶体的方法；还有提拉法，是一种直接从熔体中拉出单晶的方法；焰熔法也是晶体生长的一种方法，它是用氢氧火焰熔化粉料并使之结净的方法。
此外还有物理气相沉淀、低温溶液生长、坩埚下降等各种方法，都能够使得晶体生长。
其中水热法晶体生长可以使晶体在非受限的条件下充分生长，能够长出各种形态的、结晶完好的晶体，从而水热法得到了广泛的应用。
1 水热法晶体生长的基本原理水热法又称为水热反应法，它是以水为反应介质，在高压釜内高温高压条件下进行化学反应来制备所需要的晶体的一种方法。
用水热法得到的晶体位错密度较低，可以生长出极少缺陷、去想好、完美的晶体，并且能够合成与开发一系列特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产物，此外，水热法晶体具体有较快的生长速率等等优点。
水热法的实质就是一种相变过程，也就是说生长基元从周围环境中不断的通过界面而进入晶格座位的过程，水热条件下的晶体生长是在密闭很好的高温高压水溶液中进行的。
利用釜内上下部分的溶液之间存在的温度差，使釜内溶液产生强烈对流，从而将高温区的饱和溶液放入带有籽晶的低温区，形成过饱和溶液。
水热条件下晶体生长包括以下几个步骤：（1）营养料在水热介质中溶解，以离子、分子团的形式进入溶液（溶解阶段）；（2）由于体系中存在十分有效的热对流及溶解区和生长区之间的浓度差，这些离子、分子或离子团被输运到生长区（输运阶段）；（3）离子、分子或离子团在生长界面上的吸附、分解与脱附；（4）吸附物质在界面上的运动；（5）结晶（（3），（4），（5）统称为结晶阶段）。
水热法生长晶体
高压釜的高度和直径比
高压釜的直径和高度之比
水热法生长晶体的几个典型实例
α-SiO2晶体的水热生长
生长率 矿化剂 衬套 籽晶 培养料 釜体放大 电清洗
α –AlPO4 晶体的水热生长
祖母绿及彩晶的水热生长
KTiOPO4晶体的水热生长
单筒体
厚度
组合筒体
简单， 可靠， 便于制造和装 启 长周期使用
试验压力 直径与高度之比
高压釜
防腐蚀 溶解度试验用高压釜
双联高压釜装置
特殊用途高压釜装置
研究晶体生长动力学高压釜装置 特殊结构高压釜装置
高压釜防爆系统 高压釜安全检测
加热与温控 压力检测与控制
组合釜体 釜体厚体生长
密封结构 材料
单筒体
厚度
组合筒体
耐腐蚀 高温机械性 能好，温度， 压力
试验压力 直径与高度之比
高压釜
防腐蚀 溶解度试验用高压釜
双联高压釜装置
特殊用途高压釜装置
研究晶体生长动力学高压釜装置 特殊结构高压釜装置
高压釜防爆系统 高压釜安全检测
加热与温控 压力检测与控制
水热法晶体生长
密封结构 材料
水热法生长ZnO∶Ga晶体过程及性能研究
水热法生长ZnO∶Ga晶体过程及性能研究张一骐;王金亮;任孟德;雷威;左艳彬【摘要】采用水热法于36#水热反应釜中在四种条件下制备了ZnO:Ga晶体,对比了四种参数条件下晶体的生长速度及生长质量,深入分析了过快生长速度工艺下晶体产生微孔的原因.在D工艺条件下(4MKOH +0.25M LiOH+1.25mlH2O2,360-340℃)获得了生长速度适宜、高质量的ZnO:Ga单晶,晶体最大尺寸达到32.36 mm×27.46 mm×5.52 mm.Ga:ZnO晶体的生长习性为形成一个单锥六棱具有显露p锥面即(101-1)和负极面(0001-)的柱体,而柱显露m面(101-0)发生退化.测试ZnO:Ga晶体的双晶摇摆曲线显示晶体具有优良的结晶质量,其中+c[002]晶面的FWHM为11arc sec,而-c晶面的结晶质量略低于+c方向,FWHM为17arc sec.较之纯ZnO晶体,Ga:ZnO晶体在750nm处透过率曲线开始下降,其在大于750nm 波长的可见及红外光区的特异吸收性能将具有广泛的应用前景.【期刊名称】《超硬材料工程》【年(卷),期】2016(028)003【总页数】6页(P57-62)【关键词】ZnO∶Ga;水热法;晶体;过程;性能【作者】张一骐;王金亮;任孟德;雷威;左艳彬【作者单位】中国有色桂林矿产地质研究院有限公司,国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西超硬材料重点实验室,广西桂林 541004;桂林理工大学地球科学学院,广西桂林 541006;中国有色桂林矿产地质研究院有限公司,国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西超硬材料重点实验室,广西桂林 541004;中国有色桂林矿产地质研究院有限公司,国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西超硬材料重点实验室,广西桂林 541004;桂林理工大学地球科学学院,广西桂林 541006;中国有色桂林矿产地质研究院有限公司,国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西超硬材料重点实验室,广西桂林 541004【正文语种】中文【中图分类】TQ174氧化锌作为一种重要的金属氧化物半导体陶瓷材料，在光电、压电、气敏等方面的性能和应用受到了相关领域研究人员的广泛关注。
第三章 水热法生长宝石晶体与鉴别
第三章水热法生长宝石晶体与鉴别☐一、水热法生长宝石晶体概述☐二、影响宝石晶体生长的因素☐三、水热法生长水晶、红宝石、祖母绿、海蓝宝石晶体☐四、水热法生长宝石晶体的鉴别一、水热法生长宝石晶体概述☐1、定义水热法也称热液法，是在密封的高压容器内，从水溶液中生长出晶体的方法，在一定程度上再现了地下热液矿床矿物结晶的过程。
☐2、原理是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的物质溶解，或反应生成该物质的溶解产物，通过控制高压釜内溶液的温差使产生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体的方法。
3、水热法宝石晶体生长的分类☐（1）等温法等温法主要利用物质的溶解度差异来生产晶体。
所用原料为亚稳定相物质，籽晶为稳定相物质。
高压釜内上、下无温差，是这一方法的特色。
此法的缺点是无法生长出晶形完整的大晶体。
（2）摆动法摆动法的装置由A、B两个圆筒组成，其中A筒放置培养液，B筒放置籽晶，两筒间保持一定的温度差。
定时地摆动A、B两个圆筒以加速它们之间的对流，利用两筒之间的温差在高压环境下生长出晶体，此法也曾用于水晶的生长。
（3）温差法温差法是在立式高压釜内生产晶体，高压釜内部的对流挡板将釜腔分成上、下两部分，籽晶挂在生长区的培育架上，晶体在籽晶上逐步生长；对流挡板的下部为培养料区(也称溶解区)，溶解区内放人适量的高纯度原料和矿化剂。
加热，使高压釜的上、下部分形成一定的温差。
4、水热法宝石晶体生长所需的设备☐水热法宝石晶体生长所需的基本设备有：高压釜、炉子、热电偶、温度控制器和温度记录器。
高压釜☐高压釜为可承高温高压的钢制釜体。
一般可承受1100oC的温度和109Pa的压力，具有可靠的密封系统和防爆装置。
由于内部要装酸、碱性的强腐蚀性溶液，当温度和压力较高时，在高压釜内要装有耐腐蚀的贵金属内衬，如铂金或黄金内衬，以防与釜体材料发生反应。
也可利用在晶体生长过程中釜壁上自然形成的保护层来防止进一步的腐蚀和污染。
5、水热法生长宝石晶体的优缺点☐（1）优点a、能够生长存在相变(如a石英等)和在接近熔点时蒸汽压高的材料(如ZnO)或要分解的材料(如V02)。
水热法生长磷酸铁锂单晶及其性质研究
水热法生长磷酸铁锂单晶及其性质研究摘要橄榄石结构的磷酸铁锂作为一种极为重要的高级锂离子电池正极材料被广泛的应用于高能量，高功率系统例如插入式充电混合电动力汽车（PHEV）[1,2]。
尽管其展现了优秀的特性例如电化学活性，高热稳定性，环境友好等[3-6]，但是电子/离子导电率低的瓶颈仍难以克服，因而很难在高功率器件中推广使用[3,7,8]。
过去的几十年，大量的尝试集中于提高导电性到应用级别，最成功的方法是制备LiFePO4–C复合材料：即将LiFePO4颗粒用碳网包裹，可将体系的导电性能达到LiCoO2的级别。
另外一种已经证明可行的方法就是在LiFePO4晶格的Li（M1）位或Fe(M2)位掺入二价(Mg2+, Mn2+, Ni2+,Cu2+)或超价离子（Al3+, Cr3+, Zr4+, Nb5+），但是直到现在为止对其机理解释仍存在很大争议[9-12]。
制备亚微米或纳米尺度的磷酸亚铁锂被证明可提高电化学性能因为缩短了锂离子与电子的迁移路径，另外减小晶格尺寸也对电极-电解液界面接触尤为重要，可以减少锂离子插入（脱出）晶格的机械应力。
但随之也会出现许多亟待解决的问题，例如磷酸铁锂由于被纳米化了，继而增强他的活性，所以被纳米化的磷酸铁，在磷酸铁锂表面的亚铁离子就很容易被氧化，从而形成了三价的铁离子，这样杂质被引入而且材料失去以往的活性[10-12]。
纳米级的LiFePO4结构中，由于LiFePO4晶格的非高晶化致使不能得到平稳的电压。
在尺寸是是纳米的情况下，LiFePO4生产的批次常常不稳定，不一致。
严重的团聚现象在充放电中经常会出现，纳米级的LiFePO4振实密度很难提高，因而体单晶是很有前景的生长方法。
运用桂林水热法成功制备出了毫米级磷酸铁锂体晶体，单晶呈六棱柱结构或者晶体呈圆形，等长的外观，等大的外表。
通过实验得到毫米级磷酸铁锂晶体的XRD衍射峰谱图，10-40°范围内的主强峰相较于低纬磷酸锂铁材料多出（020）面，说明在晶体生长后期主要由（020）面控制，主要成六棱柱属性终止于（010），（200），（101）这三个表面，这些优势面有望在材料的电化学和表面交换性能中发挥重要作用。
水热法合成_Al_2O_3晶体
第31卷第2期人 工 晶 体 学 报Vol.31 No.2 2002年4月JOURNAL OF SYNTHETIC C RYSTALS April,2002水热法合成 Al2O3晶体韦志仁,董国义,李志强,张华伟,王立明,佟鑫刚(河北大学物理科学与技术学院,保定071002)摘要:本文研究了不同矿化剂,不同温度对水热条件下合成 Al2O3晶体的大小、形貌和晶体质量的影响。
发现在矿化剂浓度为0.1M KOH和1M KBr条件下,填充度为35%,温度为380 时Al(OH)3只转化成薄水铝石,无 Al2O3晶体生成;388 时只是部分转化成 Al2O3;在395 以上时完全能转化成 Al2O3,晶体形状为六棱柱形。
在矿化剂浓度为1M KOH时,填充度35%,温度为380 时,即有部分Al(OH)3转化成 Al2O3,390 以上完全转化成 Al2O3,晶面主要显露菱面。
关键词:水热合成法;刚玉;晶体;矿化剂中图分类号:O782.2 文献标识码:A 文章编号:1000 985X(2002)02 0090 04Hydrothermal Synthesis of Al2O3CrystalWE I Zhi ren,DO NG Guo yi,LI Zhi qiang,Z HANG Hua wei,WANG Li ming,TONG Xin gang(College of Physics Science&Technol ogy,Hebei Univers ity,Baoding071002,Chi na)(Rece ived24Dece mbe r2001)Abstract:This paper is to study the effects of different mineralizer,temperature on the size,shape and quality of Al2O3crystal.It is found that when0.1M KOH and1M KBr are used as mineralizer at380 and the fill factor is approximately35%,Al(OH)3is not transformed into Al2O3but boehmite.Whereas under the same conditions at388 ,some of Al(OH)3is transfor med into Al2O3.W hen the temperature is above395 ,the synthesized crystal is entirely Al2O3whose shape is hexagonal prism.When only1M KOH is used as mineralizer and the fill factor is approximately35%at380 ,some of Al(OH)3is transformed into Al2O3.When the temperature is above395 ,all Al(OH)3is transformed into Al2O3whose shape is diamond.Key words:hydrothermal synthesis;c orundum;crystal;mineralizer1 引 言刚玉即 Al2O3是一种熔点很高的(2040 )氧化物晶体,有非常优良的物理化学性能,如仅次于金刚石的硬度,小摩擦系数,低电导率,高导热性。
水热法合成水晶
除上述紫水晶、黄水晶、玫瑰色水晶和紫黄水晶外，其他颜色 水晶的生长条件基本与以上几种相同。仅着色剂种类和矿化 剂浓度不同而已。
紫水晶
玫瑰色水晶的合成
基本原理 玫瑰色水晶呈半透明状，其颜色来源于Z轴隧道间隙位置 上的八面体Ti3+。它有Fe2+(间隙)+ Ti4+→Fe3++ Ti3+的转 换过程，以及Ti4+（转换）→Ti3+（间隙）的电荷转换过 程，还有Al、P痕量元素的作用，共同作用使水晶呈玫瑰 色。
在K2CO3溶液中生长黄水晶
水热法合成水晶的工作条件
高压釜
水热法合成水晶的工作条件
矿化剂 我国多用NaOH做矿化剂，所得晶体透明度好，自发晶芽少，过饱和温度 允许50--60℃，但生长速度相对较慢。通常矿化剂浓度在1.0— 1.5mol/L之间。通常还要加入0.1mol/L的li2CO3做添加剂，起定作用
籽晶 常规的籽晶有两种取向：Z切和Y棒。 籽晶的切割方法分为手工和机械两种。手工切割使用与切割大面积的水 晶片，而对于小面积的Z切和Y棒籽晶应采用机械切割。切割好的水晶片 要经过研磨修正外形，去掉生长丘、破边、刀痕和小破口，要求籽晶表 面具有一定的平整度，否则会造成晶体出现串珠状生长丘等。 为了得到纯净的石英块作为籽晶，可对其进行预先除杂，将石英快加热 到350--370℃，同时沿籽晶的Z轴方向加电场，持续加压，可使杂质汇 集到籽晶的阴极面上，去除杂质后，将籽晶浸入氟化物腐蚀液中进行清 洗，使籽晶表面光滑平整。经过上述处理的石英快既可作为籽晶。
水热法制备特定形貌单晶
What I have learned
• 本文中制备实验采用了水热法制备，相较传统的高温固相法 、共沉淀法和柠檬酸络合法，操作可实行性更高，对本人的 实验课题有借鉴意义。 • 文中研究的表征手段相当完备，充实了本人的知识构架，为 以后实验在表征方面提供了些许便利。（PPT由于篇幅限制 ，部分表征手段并未列出） • 文中结论称催化剂催化性能与其晶态结构和特定的表面形貌 相关，为本人后续实验提供了理论支持。
本文以不同化合物为金属源，采用水热法并在一 定温度下灼烧水热后所得产物，制备了单晶类钙 钛矿型氧化物La2-xSrxCuO4(x=0,1)纳微米粒子， 并对这些具有特定表面形貌单晶纳微米粒子进行 了表征，考察了其对甲烷氧化反应的催化性能．
Experimental
1. 制备具有特定形貌的氧化铜和氧化镧：
Sr掺杂显著提高了催化剂表面Cu3+ 浓度、吸附氧量和还原能力，从而 提高了α氧脱附量。催化剂的还原
能力与其粒子的表面形貌有关．
Conclusion
以纺锤体状单晶CuO、片状单晶La2O3和硝酸盐作金属源，采用水热法并焙 烧水热处理后所得产物，制备了具有纺锤体状、棒状和短链状的类钙钛矿型 氧化物 La2-xSrxCuO4(x=0,1)单晶纳微米粒子。Sr掺杂不仅增加了催化剂表面Cu3+含量 和吸附氧量，而且显著改善了催化剂的还原性能。
水热法制备特定形貌单晶La2-xSrxCuO4 及甲烷催化氧化性能
张悦，张磊等. 水热法制备特定形貌单晶La2-xSrxCuO4及甲烷催化 氧化性能. 催化学报[J].2009,30(4):347～354
• 1.Introduction • 2.Experimental • 3.Results
水热生长法
如此循环往复，使籽晶得以连续不断 的生长。
同样条件下生长，氢氧化钠溶液所要求的温度梯度比碳 酸钠溶液大得多。
我国生长水晶的条件：
（1）结晶区温度： 330～350℃
控制生长速率，
不可太高，防止开裂，孪晶
溶解区温度：
360～380℃
挡板开口面积： 5％ （2）充满度： （3）压力： 80～85％ 1100～1600kg/cm2
调节PH值，使C↗,R↗. 保证所需的压力
§7.3 水热生长法
水热法 —— 在高温高压下的过饱和水 溶液中进行结晶的方法。 发明于 1905 年，二次世界大战后得到 迅速发展，至今长盛不衰； 现在用水热法可以生长水晶、刚玉、 方解石、氧化锌以及一系列的硅酸盐、 钨酸盐和石榴石等上百种晶体。
一、温差水热法
生长装置——高压釜，见图7.3.1；
缺点
谢 谢！
高压釜内的压力，由充 满度产生，因此，又测 量了不同充满度下水 P—T曲线； 确定出生长温度和压力 等主要工艺参数。
图7.3.3 不同充满度下水P—T曲线
1.生长条件
生长过程：水晶在高压釜内进行水热溶解反应，形成
络合物，通过温度对流从溶解区传递至生 长区，把生长所需的溶质供给籽晶。
NaOH水溶液中生长—SiO2条件： 培养料温度 400℃ 釜外测定的温度 籽晶温度 360℃ 充满度 80％ 压力 1500atm
（4）矿化剂：1.0~1.2 mol NaOH
水热法长单晶
2 theta (degree)
圖3 石英晶體長晶前後之XRD圖
3
(a)
(b)
圖4 長晶前石英晶種在光學顯微鏡下 所 觀 察 之 表 面 形 態 。 (a) 放 大 倍 數 為 100X；(b)放大倍數為200X。
(a)
(b)
Re
90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000
三、結果與討論 3.1 X 射線繞射分析(XRD )
圖 3 是石英晶種，成長前和成長後的 XRD 比較圖形。因為這次生長時間較短暫，導致於
生長品質比較不好，而形成非結晶的晶體，所
以在 XRD 的圖形中發現，生長後的晶體純度 較低。
3.2. 光學顯微鏡(OM) 圖 4 是實驗所使用之石英晶種，在未做長
圖 7 是隔板開口率為 2.56%的時候，模擬 出來之溫度分佈圖，從圖中可以發現，在隔板 部位會出現溫度轉變的情況，慢慢的往上轉變 低溫，隔板部位的流動情況如圖 8 所示，這樣 才能使得溶解物質傳輸至上部區域時，凝固而 成長於晶種上面。
四、結論 利用水熱法來做石英晶體的生長，其影響
參數非常的多，包括了溫度、壓力、礦化劑濃 度、填充率等等。本實驗藉由設定相同的溫度 和壓力兩條件，針對隔板開口率之變化的模擬 發現，藉由雷諾數大小來判斷，當隔板開口率 在 2.56%的時候，壓力釜上半部的流動情形， 此時是最穩定的，而隔板開口率在 0.16%的時 候，於洞口附近流場情況非常的不穩定。
Department of Mechanical Engineering, China Institute of Technology
摘要 單晶石英晶體是以水熱法於一密閉的圓柱容器長晶爐內生長，生長過程中爐 內注滿約 80vol.%的水溶液，容器分上下兩部分，中間用圓孔板隔開，使上 下兩部分保持一定的溫度差，在底部高溫區加入用於形成單晶的原礦，在上 部低溫區加入相應物質的晶種，其上下區域溫差為 20℃。在正常的狀態之 下，水溶液的流動是呈現三維狀態，其中隔板(Baffle) 開口率對於成長速率 有很大之影響。本文即針對長晶爐使用不同開口率隔板的情形下，研究成長 區與溶解區兩區域間的流體交換與熱傳現象。本實驗藉由設定相同的溫度和 壓力兩條件，針對隔板開口率之變化的模擬發現，藉由雷諾數大小來判斷， 當隔板開口率在 2.56%的時候，壓力釜上半部的流動情形，此時是最穩定 的，而隔板開口率在 0.16%的時候，於洞口附近流場情況非常的不穩定。 關鍵詞：水熱法，長晶爐，隔板，單晶石英，開口率