水热法在低维人工晶体生长中的应用与发展_张勇
Nb：KTP晶体的水热法生长研究
Ｓｔ ｄ ｎ ｔ ｅ ｇ ｏ ｈ ｏ ｕ ｙ ｏ ｈ ｒ ｗｔ ｆ Ｎｂ ： ＴＰ ｒ ｓ ａ ｓ ｂ ｄｒ ｔ ｒ ａ ｅ ｈ ｄ Ｋ ｃ ｙ ｔ ｌ ｙ ｈｙ ｏ ｈｅ ｍ ｌ ｍ ｔ ｏ
Ｚ ＵＯ ｎ ｂｎ，Ｚ Ｙａ — ｉ ＨＡＮＧ ａ ｇ ｌｎ Ｃｈ ｎ —ｏ ｇ，ＱＩ Ｓ ｉｊ ，ＨＵＯ ｎ ｄ ， Ｎ ｈ—ｉ ｅ Ｈａ — ｅ
第２ ２卷 第 ３期
２１ ０ ０年 ６月
超 硬 材 料 工 程
ＳＵ ＰＥＲＨ Ａ ＲＤ Ａ ＴＥＲ Ｉ Ｉ ＥＮ Ｇ Ｉ ＥＥＲ Ｉ Ｇ Ｍ Ａ Ｎ Ｎ
Ｖ０Ｉ ２２ ．
Ｊｎ ２ １ ｕ ．００
Ｎｂ ＫＴＰ晶体 的 水 热 法生 长 研 究 ① ：
左 艳彬 ，张 昌龙 ， 世 杰 ， 汉 德 ， 福 华 ， 覃 霍 卢
Ｎｂ ＫＴ ： Ｐ晶 体 普 遍 存 在 质 量 差 、 易 长 成 薄 片状 等 容 问题 ， 得 助 熔剂 法 生 长 的 Ｎｂ ＫＴ 晶体 无 法得 到 使 ： Ｐ 应 用 。水热法 生 长晶体 温 度 比较低 、 晶体 在稀薄 相 中 生长， 因此生 长 出来的 晶体 热应 力 小 ， 质量 好 。 本文 将 报道 采用 水热 法生 长 Ｎｂ： ＫＴＰ晶体 的研究结氧 钾 （ ＯＰ ＫＴ 晶体 是 一 种 具 ＫＴｉ Ｏ 即 Ｐ） 有优 良性 能 的非 线性 光学 晶体材 料 ， 已广泛 应用 于激 光 技术领 域 Ｌ ］ 多年来 ， １。 人们为 了寻找性 能 更为优 越 的 ＫＴ Ｐ型 晶体 以及 为 了研 究晶体 的组成 、 构 和 性 结
能 间的相 互关 系 ， 对ＫＴ 晶体进 行 掺杂研 究 。 Ｐ 文献 ［ ３ ５ 中报 道 了在 Ｋ ］ ＴＰ基 质 中掺入 协 同离 子Ｎｂ后 ， 可
水热法的发展与应用
水热法的发展与应用水热法，也称为水热合成法，是一种在高温高压水环境下进行化学反应的方法。
它以水作为溶剂和反应介质，利用水的特殊性质，在高温高压下加速反应速率，并改变反应产物的物相和晶体结构。
水热法广泛应用于材料科学、化学合成、生物科学等领域，并取得了很多重要的研究成果和实际应用。
水热法最早起源于19世纪末的地质学领域。
当时科学家们发现，在地壳深部的高温高压环境下，岩石和矿石会发生化学反应，并形成新的矿物。
为了模拟这种地质过程，并研究天然矿物的形成机制，科学家开始使用高温高压水环境进行实验。
随着实验技术的发展，水热法逐渐成为一种独特而有效的实验方法，并在科学研究中得到广泛应用。
水热法的应用在材料科学领域特别突出。
在水热条件下，许多材料的物相和晶体结构都会发生变化，从而改变材料的性能和特性。
科学家们利用水热法可以制备出具有特殊物理和化学性质的材料，例如金属氧化物纳米晶、有机-无机杂化材料、金属-有机框架材料等。
这些材料在催化、传感、电子器件等领域具有广泛的应用前景。
水热法还被广泛应用于化学合成领域。
由于水热环境对于许多化学反应的加速作用，科学家们可以利用水热法实现一些传统合成方法无法实现的化学转化。
例如，许多有机化合物在水热条件下可以发生氧化、还原、烷基化等反应，从而合成出一些有机合成的重要中间体和目标化合物。
此外，水热法还可以用于催化剂的制备、有机废水的处理等实际应用。
除了材料科学和化学合成领域，水热法还在生物科学中发挥着重要作用。
由于水热环境对于生物分子的溶解、水解和聚合等反应具有特殊影响，研究人员可以利用水热法模拟和研究生物大分子的结构和功能。
此外，由于水热条件对于微生物的生存有一定的限制，水热法还可以用于探索极端环境下的生命起源和进化问题，并研究新型生物资源的开发和利用。
总之，水热法是一种重要的实验方法，在材料科学、化学合成、生物科学等领域具有广泛应用。
随着实验技术的不断发展和完善，相信水热法将会在更多领域中发挥重要作用，并取得更多令人瞩目的研究成果和实际应用。
2015年上海师范大学学生科研项目立项结果理科立项结果+公示
李一丹 等 13级应用化学 刘冰丹 等 13级化学师范 刘静丽 等 13级化学师范 刘诗瑄 等 14级生物科学类 马青 等 钱静艳 等 孙逸杰 等 孙兆毅 等 孙哲 等 王珂玮 等 王永强 等 吴凡 12级生物科学 13级化学师范 13级环境工程 13级化学（师范） 14级化学类 13化师 14级食品科学与工程 14级环工
外国语 李亚楠 等 商 许锐 等 旅游 美术 数理 数理 数理 数理 数理 数理 顾奕帆 陈泽 等 薄学康 段化涛
13级基础数学（偏微 分方程） 谢海龙 等 13级基础数学 何颖垚 等 14级物理学（师范） 朱琪 等 14级数学类 13级数学与应用数学 汤婧雯 等 （师范）
序号 53 54 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79
凡芷芯 等 13级细胞生物学 尹立志 等 13级细胞生物学 侯烨 等 贾倜 等 13级细胞生物学 13级物理化学
靳羽嘉 等 13级细胞生物学 雷勇 等 李黎 等 刘荣营 屠跃邺 王智明 吴倩倩 等 等 等 等 13化学工程 13级分析化学 13级应用化学 14级动物学 14级物理化学 14植物学
序号 18 19 20 21 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
水热法人工晶体生长的原理及应用
１２ 水 热条件 下影 响晶体 生长 的 因素 －
１２１ 温度 对 晶体 生 长的影 响 －＿
温 度影 响化 学反 应 过程 中的物 质 活性 ， 响生 影
成 物质 的种 类 。如采 用水 热法合 成 ａＡ ，时， — １ 嘲 矿化 Ｏ 剂 为 ０１ ｌ Ｏ ． ／ Ｋ Ｈ和 １ ｏＬＫ ｒ 充度 为 ３ பைடு நூலகம்， ｍｏＬ ｍ ｌ Ｂ， ／ 填 ５ 以 Ａ（ Ｈ）为前驱 物， ３０Ｃ， １Ｏ ， 在 ８ ￣ 只生 成 薄水铝 石 ， 同 而
的。利用釜 内上下部分 的溶液之问存在 的温度差 ， 使 釜 内溶液 产 生强 烈对 流 ， 而将 高温 区 的饱 和溶 从
液 放人 带有 籽 晶 的低 温 区 ， 形成 过饱 和溶 液 。根据
为 ８％时 ， ５ 其生长速率对数与绝对温度的倒数呈线
性 关 系［ ３ １ 。
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 ， 离 子 、 （） 以 分
生成 Ａ ０ Ｈ。 １Ｏ
１ 水 热 法 晶体 生 长 的 基 本 原 理 及 影 响 因素
１１ 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
摘要 ： 工合成 晶体的方法有很 多， 人 本文着重论述 了利用水热法合成人工晶体的基本原理以及影响 因素 ， 同时还介绍
了水 热 法合 成 人 工 晶 体 的 应 用 。 关键 词 ： 热 法 ； 工 晶 体 ； 成 水 人 合
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）。
低维纳米材料的制备及其应用研究
低维纳米材料的制备及其应用研究随着纳米技术的不断发展，低维纳米材料成为了当前研究热点之一。
低维纳米材料是指纵向维度比横向维度小很多的纳米材料，具有很强的表面效应和量子效应，因此在光学、电子、能源、生物医学等领域有着广泛的应用前景。
本文将从制备方法、表征技术和应用研究三个方面进行探讨。
一、低维纳米材料的制备方法制备低维纳米材料的方法非常多样，常见的有物理法、化学法和生物法三种方法。
1. 物理法物理法是最早用于制备低维纳米材料的方法之一，也是目前最为常用的方法之一。
其优点在于操作简单，成本低，生成的材料结晶度高。
其中较为常见的有微流控法、机械剥离法、氧等离子体法和物理气相沉积法等。
（1）微流控法微流控法是一种通过微细结构构造实现材料制备的新技术，可以实现高通量、高精确度、低成本的制备。
其原理是利用微流控芯片内的微通道和微结构控制流体的流动和混合，通过控制反应物的混合程度、反应时间、温度等因素得到制备的材料。
微流控法具有材料制备快速、结晶度高、精确度高、污染少等优点，已广泛应用于低维纳米材料的制备中。
（2）机械剥离法机械剥离法是指通过机械方法将大块材料剖成纳米厚度的材料，常用于制备石墨烯和石墨烯衍生物等纳米材料。
其优点在于可以得到单层和双层的石墨烯，结晶度高，但缺点在于步骤繁琐，易造成材料污染和损伤。
（3）氧等离子体法氧等离子体法是指通过等离子体反应将原材料沉积在衬底上制备低维纳米材料。
其优点在于结晶度高且可控性好，但氧化对材料的性能和稳定性有所影响。
（4）物理气相沉积法物理气相沉积法是指通过蒸发和凝华的方式，将原材料沉积在衬底上制备纳米材料。
其优点在于成本低，成品稳定性好，适用于制备单晶、多晶纳米材料。
2. 化学法化学法是指通过化学反应将原材料转化为低维纳米材料。
其优点在于制备过程中可以控制各种反应参数，可以制备出较为均匀和纯净的低维纳米材料。
其中常用的化学法有溶液法、水凝胶法、水热法等。
（1）溶液法溶液法是指通过水或有机溶剂溶解原材料，然后在加入还原剂、表面活性剂等反应物质的情况下，通过控制反应参数如温度、pH等制备低维纳米材料。
水热法
水热法的分类
按研究对象和目的的不同
水热法可分为水热晶体生长、水热粉体制备、水 热薄膜制备、水热处理、水热烧结等等，分别用 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，完成某些有机反应或对一 些危害人类生存环境的有机废弃物质进行处理， 以及在相对较低的温度下完成某些陶瓷材料的烧 结等。
按设备的差异进行分类
水热法又可分为“普通水 热法”和“特殊水热法”。
所谓“特殊水热法”指在 水热条件反应体系上再添 加其他作用力场，如直流 电场、磁场(采用非铁电材 料制作的高压釜)、微波电 磁场等
水热法的特点
(1)设备和过程简单，反应条件容易控制。 (2)在相对低的反应温度下可直接获得结晶态
水热反应的影响因素
温度的影响 压强的影响 PH值的影响
前驱物浓度的影 响
水热反应的影响因素
反应时间的影响
杂质的影响
水热反应发展存在的问题
1
2பைடு நூலகம்
无法观 察生长 过程， 不直观
设备要 求高
反应机理问题
缺点 反应安全性问题
成本高
技术难 度大
安全性 能差
水热反应的应用
制备纳米金属氧化物
制备碳纳米材料
制备纳米金属材料
(6)水热过程中的反应温度、压强、处理时间 以及溶媒的成分、pH 值、所用前驱物的种类 及浓度等对反应速率、生成物的晶型，颗粒尺 寸和形貌等有很大影响，可以通过控制上述实 验参数达到对产物性能的“剪裁”。
水热反应合成晶体材料的一般程序
(1)按设汁要求选择反应物料并确定配方； (2)摸索配料次序，混料搅拌。 (3)装釜，封釜，加压(至指定压力)； (4)确定反应温度、时间、状态(静止或动态 晶化)； ⑸取釜，冷却(空气冷、水冷)； (6)开釜取样； (7)洗涤、干燥； (8)样品检测(包括进行形貌、大小、结构、 比表面积和晶形检测)及化学组成分析。
水热法制备纳米分散颗粒和晶须材料进展
2014年7月 CIESC Journal ·2638·July 2014第65卷 第7期 化 工 学 报 V ol.65 No.7水热法制备纳米分散颗粒和晶须材料进展向兰，王靖（清华大学化学工程系，北京 100084）摘要：纳米分散颗粒和一维晶须材料性能优越、用途广泛，是近年研究热点。
液相法尤其是水热法因具有过程简单和能耗低等特点而被广泛用于制备纳米材料。
首先介绍了近年来水热技术在纳米分散颗粒制备中的进展，包括超临界水热法、连续水热法以及水热改性法，并分析了其实现纳米颗粒粒径及分散性控制的原理。
然后介绍了两种水热制备晶须材料的新思路，包括水热重结晶法和离子诱导-结构重整法，阐述了其实现晶须定向生长的机制。
关键词：纳米颗粒；晶须；水热；分散；定向生长 DOI ：10.3969/j.issn.0438-1157.2014.07.023中图分类号：O 782+.1文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2014）07—2638—07Progress in hydrothermal formation of dispersive nanoparticles and whiskersXIANG Lan ，WANG Jing(Department of Chemical Engineering , Tsinghua University , Beijing 100084, China )Abstract ：Dispersive nanoparticles and whiskers have been extensively studied owing to their unique properties and potential applications. Solution-based synthesis methods, especially hydrothermal routes, are widely employed to produce nanomaterials because of their relative simplicity and low energy consumption. Herein the recent progress of hydrothermal technologies in the synthesis of dispersive nanoparticles are introduced firstly, including supercritical hydrothermal route, continuous hydrothermal route and hydrothermal modification route. The mechanisms for controlling the nanoparticle size and dispersion are discussed. Then two novel approaches to the hydrothermal fabrication of whiskers are introduced, including hydrothermal recrystallization method and ion induction-structural reforming method, the mechanism for the oriented growth of the whiskers is also discussed. Key words ：nanoparticles ；whiskers ；hydrothermal ；dispersion ；oriented growth引 言无机纳米颗粒由于其高比表面、量子效应带来的特殊的光、电、催化等性能，在电子器件、光学器件、催化材料等领域具有广泛的应用前景，其可控制备是材料科学研究热点。
02 水热法 宝石改善与人工合成 讲座
水热法
水热法是利用高温高压的水溶液溶解矿物质， 控制高压釜内溶液的温差产生对流和形成过 饱和状态，使溶解在溶液中的矿物质在种晶 上析出，生长成较大的晶体。 自然界热液成矿就是在一定的温度和压力下， 成矿热液中成矿物质从溶液中析出的过程。 水热法合成宝石就是模拟自然界热液成矿过 程中晶体的生长。
③ 生长阶段 ④ 开釜阶段
升温调节、控温和温差， 停炉、打开保险、冷却降温、高压釜出膛
降至室温、开釜、取晶体、 倒余渣、清洗晶体和高压釜、检查
合成彩色水晶添加的致色元素及随后的处理
颜色
蓝色 褐色 深褐色 绿色 紫色 黄色 黄-绿色
添加剂及随后的处理
加Co，然后在还原环境加热 加Fe 加Al，然后辐照 加Fe，然后在还原环境中加热 加Fe，然后辐照 加Fe g射线辐照，然后加热
水热法生长宝石晶体与鉴别
本章要点
理解水热法生长宝石晶体的有关概念和原理 了解影响水热法宝石晶体生长的因素及其
合成各种宝石晶体的工艺过程和生长条件 掌握水热法生长各种宝石的鉴定特征
思考题
1. 水热法生长宝石晶体的方法有几类？ 2. 水热法生长的宝石晶体有几种？ 3. 水热法生长的各洁干净、一定的表面积比
§3 水热法生长水晶晶体与鉴别
水热法合成水晶的历史 始于19世纪初 1928年德国科学家理查德.纳肯首次使用高压釜 1950年美国、英国进行商业性生产 我国50年代开始研究，1998年产量可达1400吨
已投放市场的合成水晶品种 无色、紫色、黄色、绿色、蓝色、玫瑰粉红色、
等温法高压釜
溶液 培养体 高压釜 籽晶
温差法高压釜
水热法研究进展范文
水热法研究进展范文水热法（hydrothermal method）是一种在高温高压水（通常为溶液）中进行化学反应的方法。
由于水的高极性和介质的高稳定性，水热法在无机物合成、晶体生长、有机合成等研究领域具有广泛的应用。
下面将介绍水热法在不同领域的研究进展。
1.无机材料合成水热法在无机材料合成方面取得了巨大的成功。
高温高压条件下，水分子的溶剂力可以促使离子在溶液中快速扩散和反应。
比如，水热法可以用于金属氧化物、金属硫化物、稀土材料、纳米晶体等无机材料的制备。
通过调节反应条件和前驱体的状况，可以控制反应过程中的晶体形态、尺寸和结构，从而改变材料的性质。
2.生物化学研究水热法在生物化学研究中的应用也日益增多。
由于高温高压条件下，水热反应容器中的溶液可以形成独特的微观环境，有利于蛋白质的可逆性折叠和复性。
因此，水热法被广泛用于研究生物大分子的结构性质、蛋白质纳米晶体的制备以及酶的催化机制研究。
此外，水热法还可以用于合成金属有机框架（MOF）材料，这是一类由有机配体和金属离子组装而成的介孔材料，具有广泛的应用前景。
3.资源综合利用水热法在资源综合利用方面具有潜在的应用价值。
例如，水热法可以将废弃物或废料转化为有价值的产物。
研究者们利用水热法将废塑料、废磷矿石、废玻璃等资源转化为燃料、化学品和磷肥等可再生资源。
此外，水热法还可以用于废水处理和污染物降解等环境工程领域。
4.能源储存和转换水热法在能源储存和转换方面也表现出了巨大的潜力。
通过水热法合成的纳米晶体材料在光催化、光电化学、电池和超级电容等能源领域具有重要应用。
例如，利用水热法可以合成具有高效催化性能的光催化剂，用于水分解制氢或光生电化学制氧等反应。
此外，水热法还可以用于制备铋基超导材料，提高能源传输和储存效率。
5.医药领域水热法在医药领域的应用也越来越受到关注。
水热法可以用于制备药物微晶体、药物纳米粒子、有机-无机复合材料等药物载体。
这些材料具有较大的比表面积和更好的溶解性，有利于提高药物的吸收和生物利用度。
水热法在低维人工晶体生长中的应用与发展
２ １ 水 热 法及 其 晶体 生 长 特点 ．
物 领 域有 着 广泛 的 应 用 。而且 凝 固态 物理 的发 展
水 热 法 ， 称 热 液 法 。 晶 体 的热 液 生 长 是 一 又 种在 高 温 高压 下 过 饱 和 溶 液 中进 行 结 晶 的 方 法 。 在世 界 范 围 内 ， 些 科 学 技 术 先 进 的 国家 已采 用 一
维普资讯
水 热 法 在 低 维 人工 晶体 生 长 中 的 应 用 与 发 展
张 勇 王友法 闫玉 华
４０ ７ ） ３ ００ （ 武汉理工大 学生物 中心 ， 武汉
摘 要 水热法是人工晶体生长技术 中比较重要的一种方法， 是利用高温、 高压水溶液使得通常
晶体 生 长 可 以使 晶 体 在 非 受 限 的 条 件 下 充 分 生
长 ， 以生 长 出形 态各 异 、 晶完好 的晶体 而受 到 可 结 广 泛 的应 用 。 因 此 ， 热 法 可用 于 生 长 各 种 大 的 水
差 ， 釜 内溶 液 产 生强 烈对 流 ， 使 从而 将 高温 区的饱
和 溶 液带 到 放 有籽 晶 的低 温 区 ， 成 过饱 和溶 液 。 形 因此 ， 据 经典 的 晶体 生 长理 论 ， 根 水热 条件 下 晶体 生 长包 括 以下步 骤 ： 营养 料 在 水热 介 质里 溶解 ， ① 以离 子 、 子 团的 形式 进入 溶 液 （ 分 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 ， 些离 子 、 子或 离子 团被输 运到 这 分 生长区（ 输运 阶段 ） ③ 离 子 、 子 或离 子 团在 生 长 ； 分 界 面 上 的吸 附 、 解 与脱 附 ； 吸附物 质 在界 面 上 分 ④
六方相nayf_4微米棱柱晶体的水热生长
六方相nayf_4微米棱柱晶体的水热生长近年来，传统的晶体生长方法面临着越来越多的挑战，这引起了科学家们对新晶体生长技术的关注。
一种新的晶体生长技术“水热生长”，正在受到越来越多的关注，它能够用水溶液以极其低的温度、极其低的压力快速生长出特殊的晶体，这种技术的应用已经有一定的范围。
近期发表的一篇文章中提出了一种新的水热生长技术六方相nayf_4微米棱柱晶体的水热生长。
它使用水溶液作为热源和载体，控制温度，压力，气体流量，从而实现快速、平稳的晶体生长。
本文报道了用水热生长技术制备六方相nayf_4微米棱柱晶体的研究结果。
实验中，研究人员使用3 mol/L的NaYF4溶液和3 mol/L 的添加剂KH2PO4，将NaYF4溶解液蒸发至恒定体积，得到6方相NaYF4微米棱柱晶体粉末，尺寸约为5-20m。
这些NaYF4棱柱晶体粉末经过热处理后可以形成致密的晶体棱柱，形状良好，尺寸均匀，可作为激光晶体或晶体棱镜材料。
实验结果表明，水热法制备的NaYF4棱柱晶体具有良好的结构性能，尺寸均一，无明显的缺陷；晶体的晶面棱角均为90°。
分析结果表明，水热法制备的NaYF4棱柱晶体具有高纯度，晶体中杂质含量低，密度高，表面光洁度高，可以用于激光器件制备和光学镜片的制备。
综上所述，六方相NaYF4微米棱柱晶体的水热生长是一种新的、有效的晶体生长技术。
该技术使用简单的材料和设备，操作简单，可以有效地实现快速生长，而且具有较高的晶体生长率，质量可靠，质量可控，具有更好的应用前景。
除了基本的水热生长研究，未来研究也可以将温度、压力、气体流量等参数优化，在不同的环境条件下进行控制试验，以期获得更高的晶体生长效率和更好的晶体品质。
总之，六方相nayf_4微米棱柱晶体的水热生长技术的研究表明，水热法可以有效地生长出高质量、尺寸均匀、表面光洁的晶体棱柱结构，这是一种有前景的晶体生长技术。
虽然这项技术尚未完全成熟，但随着技术的改进，未来将有更多的应用前景。
”水热”的具体用途有哪些？
”水热”的具体用途有哪些？一、水热在化学合成中的应用1. 蒸汽水热合成法在化学合成过程中，水热扮演着重要的角色。
其中，蒸汽水热合成法是一种有效且广泛应用的合成方法。
利用高温高压条件下的水热作用，通过调节反应条件、添加催化剂等方式，可以在相对温和的条件下合成各种高纯度的化合物，例如金属氧化物、金属硫化物等。
同时，该方法还能够实现反应物的高度分散和表面活性物质的修饰，使其具备优良的性能和应用价值。
2. 离子交换水热条件下的离子交换是一种常见的化学反应方式。
通过水热处理，可以使离子交换反应在较低温度下进行，从而提高反应速率和产率。
此外，水热反应还可以调控离子交换反应的选择性，使得一些高级离子交换材料制备变得更加容易。
二、水热在材料学中的应用1. 水热晶体生长法水热晶体生长法是一种制备高质量晶体材料的重要方法。
通过将适当的晶体原料溶于水，并在高温高压的条件下进行反应，可以得到具有良好晶体形貌和结晶度的材料。
此方法不仅可以用于合成无机晶体材料，还可以用于制备有机和金属-有机晶体材料。
2. 水热制备纳米材料水热方法在制备纳米材料方面也具有重要应用价值。
通过调节反应温度、时间和反应物浓度等参数，可以控制纳米材料的尺寸、形貌和晶型。
此外，水热还可以在合成过程中掺入其他元素或添加剂，进一步调控纳米材料的性能。
三、水热在生物学研究中的应用1. 水热解细胞壁水热解细胞壁是一种常用的生物学方法。
通过在高温高压的条件下加热植物材料或细菌等生物样品，可以使细胞壁部分破裂，从而释放出细胞内的有用成分，如蛋白质、核酸等。
这种方法对于研究细胞内部结构和功能具有重要意义。
2. 水热法制备生物陶瓷利用水热方法可以制备具有生物活性的陶瓷材料，如羟基磷灰石等。
这些材料在生物医学领域中具有广泛的应用，如人工骨骼、牙科修复材料等。
水热法制备的生物陶瓷具有较高的结晶度、良好的生物相容性和稳定性，能够促进细胞生长和骨组织再生。
通过以上列举的几个方面，我们可以看出，“水热”不仅在化学合成、材料学以及生物学研究中起着重要的作用，而且具有广泛的应用前景。
水热法
水热法生长水晶的工艺过程可以简单的概括如下：主要有四个阶段。第一，准备阶段：需要准备培养体、溶液，籽晶：选择、定向切片，籽晶架。这一部分的参数为体积、充填度、温度、系统检查。第二，装釜阶段，培养体入釜、放架、加矿化剂、测液面、安密封环、高压釜入膛、盖保险罩、通电等。第三，生长阶段，升温调节、控温和温差，停炉、打开保险、冷却降温、高压釜出膛。第四，开釜阶段，温度降至室温、开釜、取晶体、倒余渣、清洗晶体和高压釜、检查。
4.水热法的优缺点
水热法优点很多，特别是不用锻烧和球磨，具有很强的发展势头。随着应用技术的发展，水热法晶体生长，尤其是水热低维晶体生长将得到快速发展。对于材料的认识和开发将取得长足进步。水热法的应用与发展必将为化学科技的发展带来生机与希望。
但是，水热合成法也有缺点:(1)反应周期长:反应过程在封闭的系统中进行，对反应过程不能进行直接观察，只能从晶体的形态变化和表面结构上获得晶体生长的信息。(2)目前水热法一般只能限于制备氧化物粉体，制备非氧化物还很少。(3)水热法有许多理论目前还没得到满意的解释。(4)水热法有高温高压步骤，使其对生产设备的依赖性比较强，这也影响和阻碍了水热法的发展。要克服这些不足，大力开发水热技术在科研中的作用，就必须进一步深入研究水热法的基本理论。在国内对水热技术的研究与开发还有着许多值得关注的问题。比如很多学者都在做着模仿性或重复性的研究，不注重对基本理论的思考。这样做不适合扩大工业规模生产的需要。因此，我们要加强对基础理论、开拓性、创新性的研究。尤其是相律理论、超临界理论、胶体化学、缺陷化学、及热化学理论的研究。
水热反应依据反应类型的不同可分为水、水热结晶等。其中水热结晶用得最多。
1.水热法合成水晶工艺原理
在这里简单介绍一下它的原理:水热结晶主要是溶解—再结晶机理。首先营养料在水热介质里溶解，以离子、分子团的形式进入溶液。利用强烈对流(釜内上下部分的温度差而在釜内溶液产生)将这些离子、分子或离子团被输运到放有籽晶的生长区(即低温区)形成过饱和溶液，继而结晶。水热法生产的特点是粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控制，生产成本低。用水热法制备的粉体一般无需烧结，这就可以避免在烧结过程中晶粒会长大而且杂质容易混入等缺点。影响水热合成的因素有:温度的高低、升温速度、搅拌速度以及反应时间等。
微波水热条件对氧化锌晶体的形态和粒度的影响_江锦春
第34卷第2期 人 工 晶 体 学 报 V o.l34 N o.2 2005年4月 J OURNA L O F S YNTH ET IC CRY S TALS A pri,l2005微波水热条件对氧化锌晶体的形态和粒度的影响江锦春1,程文娟1,张 阳1,2,朱鹤孙3,沈德忠1(1.清华大学化学系,功能晶体与薄膜研究所,北京100084;2.清华大学光子与电子技术研究中心,北京100084;3.北京理工大学材料中心,北京100081)摘要:利用微波水热法,以氢氧化锌为前驱物,在反应温度不小于100 的情况下,成功地制备出氧化锌微晶。
研究了水热条件对氧化锌微晶的晶粒大小和形貌的影响。
在水热环境下,当反应温度一达到100 ,氧化锌微粒就能快速形成和生长。
反应温度在100 时,延长反应时间(~4h)氧化锌微晶的形貌和晶粒大小均没有受到大的影响;然而,升高反应温度氧化锌微晶的晶粒大小会略微地减小。
另一方面,当反应前溶液中的p H值从9增大到12时,氧化锌微晶的形态从不规则的片状颗粒改变到长柱状晶粒。
另外,随着溶液中p H值的增加,氧化锌微晶的结晶性变好、粒度变大。
合理地解释了反应温度、溶液中的p H值对制得的氧化锌微晶的形态、晶粒粒度的影响。
关键词:氧化锌微晶;微波水热法;形态;粒度中图分类号:O782 文献标识码:A 文章编号:1000-985X(2005)02-0255-04Influence ofM icro wave H ydrother mal Conditions on the M orphologyand Particle Size of Z i nc O xi de CrystalliteJI ANG J in-chun1,C HE NG W en-juan1,Z HANG Yang1,2,Z H U H e-s un3,SHE N D e-zhong1(1.Ins tit u te of Functional C rystal and F il m,Che m i stry Depart m en t,T si nghua Un ivers it y,Beiji ng100084,Ch i n a;2.C en tre f or E lectron ics and Phot on i cs,Ts i nghua Un ivers it y,Beiji ng100084,Ch i n a;3.Research C enter ofM aterial Science,Beiji ng I n stitute ofT echnology,B eiji ng100081,C h i na)(Receive d14M ay2004)Abst ract:C rystallite o f zi n c ox ide has been successfu ll y prepared by the m icr ow ave hydrother m al process at te mperature 100 and using Zn(OH)2as precursor.Infl u ence of m i c ro w ave hydr o ther m a l conditions on the m orpho logy and partic le size of zinc ox ide crysta llite w ere studied.The for m ation and gro w th o f ZnO crysta llite under hydro t h er m a l env ironm en t progress rapidly as soon as the te m perature reaches100 .Pro l o ng i n g t h e reaction ti m e at100 does no t si g nifican tl y infl u ence the characteristi c s of obta i n ed crystallite;ho w ever,raisi n g the reaction te m perature the particle size is reduced sli g htly.On the other hand,as the p H o f the starting so l u ti o n i n creases fro m9to12,the m orpho logy of ZnO crysta llite m arkedly varies fro m an irregu lar flake shape to l o ng-cy lindrica l shape.In additi o n,the crysta llinity and particle size of ZnO crysta llite i n crease w ith risi n g the p H of so l u tions.The effects o f reacti o n te m perature and t h e pH o f so l u ti o ns on the m o r phology and the particle size are reasonably expla i n ed.K ey w ords:zinc ox i d e crysta llite;m icro w ave hydro t h er m a l processing;m orpho logy;particle size收稿日期:2004-05-14作者简介:江锦春(1965-),男,江西省人,博士后。
第三章-水热法
页面 7
2021/8/2
➢ 相应的，它不但使反应物（通常是固体）的溶 解、分散过程及化学反应活性大大增强，使得 反应能够在较低的温度下发生，而且由于体系 化学环境的特殊性，可能形成以前在常规条件 下无法得到的亚稳相。
➢ 该过程相对简单、易于控制，并且在密闭体系 中可以有效地防止有毒物质的挥发和制备对空 气敏感的前驱体和目标产物；
页面 8
2021/8/2
➢ 另外，物相的形成，粒径的大小、形态也能够 有效控制，而且产物的分散性好。
➢ 更重要的是通过溶剂热合成出的纳米粉末，能 够有效的避免表面羟基的存在，使得产物能稳 定存在。
➢ 作为反应物的盐的结晶水和反应生成的水，相 对于大大过量的有机溶剂，水的量小得可以忽 略。
页面 9
2021/8/2
页面 11
2021/8/2
✓ 非水溶剂的种类繁多，其本身的一些特 性，如极性与非极性、配位络合作用、 热稳定性等，为我们从反应热力学和动 力学的角度去认识化学反应的实质与晶 体生长的特性，提供了研究线索。
页面 12
2021/8/2
尽管水热合成的技术优势很显著，国 内外也取得了很多研究成果，但它的缺陷 也比较明显的，其中最为突出的是反应周 期长。故近年来在水热合成技术上发展了 几种新技术。
页面 6
2021/8/2
溶剂热合成方法的发展
➢ 1985年，Bindy首次在“Nature”杂志上发表文 章报道了高压釜中利用非水溶剂合成沸石的方 法，拉开了溶剂热合成的序幕。
➢ 到目前为止，溶剂热合成法已得到很快的发 展，并在纳米材料制备中具有越来越重要的作 用。在溶剂热条件下，溶剂的物理化学性质如 密度、介电常数、粘度、分散作用等相互影 响，与通常条件下相差很大。
创新高熵及非晶工艺优化材料使用性能——记北京科技大学教授、博士生导师张勇
作者： 吴浪 王彤
作者机构：�科技创新与品牌》编辑部
出版物刊名： 科技创新与品牌
页码： 52-55页
年卷期： 2010年 第12期
主题词： 新材料 博士生导师 大学教授 使用性能 工艺优化 20世纪70年代 科技 北京
摘要：材料是人类赖以生存和发展的物质基础。
20世纪70年代，人们把信息、材料和能源作为社会文明的支柱。
80年代，随着高新技术的兴起，又把新材料与信息技术、生物技术并列作为新技术革命的重要标志。
现代社会，材料已成为国民经济建设、国防建设和人民生活的重要组成部分。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水热法在低维人工晶体生长中的应用与发展张 勇 王友法 闫玉华(武汉理工大学生物中心,武汉 430070) 摘 要 水热法是人工晶体生长技术中比较重要的一种方法,是利用高温、高压水溶液使得通常难溶或者不溶的物质溶解和重结晶。
随着科学技术的发展,人工晶体越来越向低维化方向发展,本文在介绍水热法晶体生长特点和基本生长设备的基础上,重点介绍了一下水热法在生长纳米晶粒及针状晶体等低维化人工晶体的应用与发展。
关键词 水热法 人工晶体 针状晶体 纳米晶粒作者简介:张勇(1977～),男,硕士研究生.主要从事生物医用材料的研究.1 前言当今,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、光学、光电子、医疗生物领域有着广泛的应用。
而且凝固态物理的发展以及高温高压技术的进步有力地推动了人工合成晶体生长技术和理论的全面发展。
用于人工晶体生长的方法有多种,如:物理气相沉积、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,可以生长出形态各异、结晶完好的晶体而受到广泛的应用。
因此,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]。
随着研究和应用技术的发展,目前,大的三维块状晶体已远远不能满足高新技术对材料的要求,人工晶体不断向纤维化和纳米化发展。
大量的SiC ,Al 2O 3晶须用于材料增韧,纳米SrTiO 3,ZnO ,PZT ,BaTiO 3用于电子、半导体器件制造[2,3],羟基磷灰石晶须及纳米粉用于人工替代材料的增韧及显影[4,5],以及这二年光电子通信的高速发展对大量晶体纤维的需求都很大程度上促进了人工晶体低维化的发展。
本文在介绍水热法晶体生长的特点及生长设备的基础上,重点介绍了近几年水热法用于纳米晶粒及晶体纤维的研究进展。
2 水热法晶体生长的特点及其生长设备2.1 水热法及其晶体生长特点水热法,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。
在世界范围内,一些科学技术先进的国家已采用这种方法进行工业化批量生产水晶。
该方法还可以生长刚玉、方解石、磷酸铝、磷酸钛氧钾以及一系列硅酸盐、钨酸盐晶体。
由于水热法晶体生长主要是利用釜内上下部分的溶液之间存在着温度差,使釜内溶液产生强烈对流,从而将高温区的饱和溶液带到放有籽晶的低温区,形成过饱和溶液。
因此,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)。
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。
22 硅酸盐通报 2002年第3期综合评述DOI :10.16552/j .cn ki .issn 1001-1625.2002.03.0062.2 水热法晶体生长设备高压釜是温差水热法生长晶体的关键设备,晶体生长的效果与它有直接的关系。
一般生产中所用的高压釜主要是由釜体、密封系统、升温和温控系统、测温测压设备以及防爆装置组成。
另外,根据反应需要,有的釜体内还加有挡板,从而使生长区与溶解区之间形成一个明显的温度梯度差。
由于高压釜长期(一个较长生长周期要数月之久)在高温高压下(温度从150～1100℃,压力从几十个大气压到10000大气压)工作,并同酸碱等腐蚀介质接触,这就要求制作高压釜的材料既要耐腐蚀,又要有较好的高温机械性能。
所以釜体多由高强度,低蠕变钢材料制成。
如不锈钢或镍铬钛耐热合金等,而且要有足够的壁厚以承受内压。
这种钢材料对于晶体生长所使用的溶液最好是惰性的,或者采取保护措施(如加内衬)。
高压釜的最关键部分是密封。
目前所使用的密封结构主要有法兰盘式、内螺纹式、卡箍式等结构。
除此之外,釜体上的防爆装置是作为防止压力过高的安全防护措施。
在设备方面,微波、电场也已开始用于高压釜。
3 针状晶体水热制备及其研究进展针状/纤维状晶体,在复合材料增韧及光电通讯行业有很大的发展潜力。
纤维增强是材料领域最主要、最为有效的补强方法。
纤维依靠桥接、裂纹偏转和拨出效应来吸收能量,消除裂纹尖端集中的应力。
作为增强材料,纤维必须具有高于基体材料的强度和模量以及适当的长度和长径比[6]。
而用于光电通讯领域的单晶纤维是由晶体材料制成的纤维。
它有近于完美的晶体结构,并把晶体和纤维的优点集于一身,可用于制作具有各种功能的晶体纤维器件。
在材料科学、光电子技术、光纤通讯及超导技术的研究与发展中都具有诱人的应用前景。
利用水热法生长针状/纤维状晶体,由于晶体是在非受限的条件下生长,因此,可通过控制其生长的物理化学环境来实现晶体维度的可控生长。
目前的研究表明晶体纤维的形成条件主要包括:(1)晶体在过饱和区均相成核;(2)一维生长,即在生长过程中,晶体的生长仅发生在纤维顶部,侧面上生长速度较慢或基本上不生长。
这与晶体结构有关,不同的晶体结构,其各晶面的显露水平以及生长速度是不同的;(3)对于特定的水热反应过程,晶体形态特征还与具体的水热条件有关[7]。
主要包括溶液的酸碱度和结晶时的过饱和度。
因此,为了得到纤维状晶体,必须降低溶液的过饱和度。
只有当反应的过饱和度低于形成块状晶体所要求的过饱和度时,才有可能形成纤维状晶体。
下面介绍几种很重要的纤维状晶体的水热制备研究进展。
3.1 羟基磷灰石针状单晶的制备羟基磷灰石(Ca10(PO4)6(OH)2,HA)是一种生物活性材料,它在组成成分和结构上与人体硬组织,如:骨骼、牙齿等一致,在生物学特性方面,具有良好的生物相溶性[5]。
羟基磷灰石针状单晶的制备主要应用于人工骨替代材料及内固定材料的增韧补强,它充分利用了单晶体的高强度,纤维的增强机理和磷酸钙的生物活性等优点,从而在生物医用材料领域有广阔的应用前景。
羟基磷灰石粉末的制备研究起步较早,而针状羟基磷灰石则是近几年才开始。
1990年, M.Kinoshita等[8]利用水热法制备了羟基磷灰石晶须,并对其形态进行了研究,1991年,M.Yoshimura 等[9]报道了Ca(OH)2和H3PO4在200℃,2MPa下, 5小时水热合成针状HA的研究,分析了KOH, H3PO4,E DTA等添加剂以及溶液温度、浓度对针状HA长径比的影响,其最大长径比可达11。
1993年,Y.Fujishirpo等[10]将均匀沉淀法制备的HA沉淀物在水热条件下处理,发现可生成针状的羟基磷灰石,且其长度随溶液的pH值降低和温度的提高而加长。
用β-TCP和柠檬酸添加剂在200℃、2MPa的水热条件下可以合成长20～30μm,直径0.1～1μm的H A晶须。
以H A悬浮液为初始原料,柠檬酸为添加剂,180～220℃下水热可合成长10～30μm,直径0.5μm,长径比为20～50的HA晶须[11]。
水热法合成的HA晶须具有较高的结晶度、纯度、形状均一,有较高的Ca/P摩尔比,可以不含碳酸根,具有较好的力学性能和较高的实用性。
3.2 ZnO纤维状晶体的制备ZnO是一种重要的无机材料,在涂料、填料、传感器以及光电等领域有重要用途。
ZnO晶体纤维在增强陶瓷、橡胶制品方面有广泛应用。
我们23从水热脱水法制备纤维的实验结果得知,许多晶体纤维的形成是在脱水条件下进行的。
李汶军等人[12]采用1mol/L的Zn(CH3C OO)2为前驱物, 3mol/L的Na NO2溶液作为添加剂,利用水热盐溶液卸压技术起到脱水的目的,在温度为190℃时,制得晶体纤维,平均长度3.2μm,平均直径0.2μm,长径比为16。
经研究表明纤维的形成与卸压条件以及卸压前形成的粉体的结晶程度有关,即仅当卸压前粉体的结晶程度不完整时,才可能在卸压条件下制得纤维状晶体。
3.3 TiO2纤维晶体的制备TiO2在陶瓷、塑料、涂料、油墨、催化剂等领域有着广泛应用,而其晶体纤维无论作为一种无机纤维材料,还是作为复合材料添加剂,都可望大大改善其在不同应用领域材料的相关性质。
采用非晶态TiO2粉末作为原料、KOH作为矿化剂,由于TiO2具有金红石结构和锐钛矿2种结构,因此,反应条件对最终产物有很大影响。
不同的反应条件下,非晶态结构TiO2,金红石结构和锐钛矿结构TiO2含量不同,产物的形貌也有所不同,有颗粒状、针状以及颗粒状和针状相混杂。
只有在反应溶液浓度为1～2mol/L,反应溶液中矿化剂KOH浓度为2mol/L,反应温度180℃,反应时间4～6h,填充度为85%。
利用水热合成法可以制备出结晶良好,尺度均一的纯金红石结构的TiO2晶体纤维,长度在30～60μm,长径比有20～30[13]。
此外,Saito等人利用水热脱水技术合成水合硅酸镁石棉[14]。
4 纳米单晶水热制备及其研究进展纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点,纳米材料从根本上改变了材料的结构,可望得到诸如高强度金属和合金,塑性陶瓷、金属间化合物以及性能优异的原子规模复合材料等新一代材料[15]。
而且纳米单晶由于其特殊的光学、光电等物理特性,在电子、光电子领域也具有广阔的应用前景。
目前,制备纳米材料的方法很多,仅湿化学方法就有沉淀法、溶胶-凝胶法、喷雾热解法、水热法等,其中,水热法是生产结晶完整的纳米单晶的一种常用方法。
它为各种前驱物的反应和结晶提供了一个在常压条件下无法得到的特殊的物理、化学环境,纳米晶的形成经历了一个溶解—结晶过程。
相对于其它制备方法,水热法制备的纳米晶体具有晶粒发育完整、粒度小、且分布均匀、颗粒团聚较轻、可使用较便宜的原料、易得到合适的化学计量物和晶形等优点[16]。
而且,晶粒物相、线度和形貌可通过控制水热反应条件(反应温度、反应时间、前驱体形式等)来控制;尤其是水热法可制备结晶完好的纳米晶而毋需高温煅烧处理,避免了煅烧过程中造成的粉体硬团聚、缺陷形成和杂质引入,因此,所制得的粉体具有较高的活性。
如采用水热法制备的ZrO2纳米粉体颗粒呈球状或短柱状,粒径约为15nm。
烧结实验表明:粉体在1350～1400℃温度下烧结,密度即可达到理论密度的98.5%。
经研究表明:粉体的晶粒粒度与粉体形成时的成核速度有关,成核速度越快由此制得的粉体的晶粒粒度就越小,这是因为水热法制备粉体是在物料恒定的条件下进行的,对溶液体系,如果采取一定的措施,加快成核速度,即在相对较短的时间内形成相对较多的晶核,由于在成核过程中溶质大量消耗,在生长过程所提供的溶质相对减少,则可以使产物的晶粒粒度减少[17]。