水热法制备粉体
用水热法制备纳米陶瓷粉体技术
Hefei University题目：水热法制备纳米陶瓷粉体技术专业：11级粉体材料科学与工程（1）班姓名：施学富学号：1103011002二O一三年六月摘要：文章较为系统地概述了水热法制备纳米陶瓷粉体的技术方法、特点和研究进展。
认为水热法是一种极有应用前景的纳米陶瓷粉体的制备方法关键词：水热法，纳米，陶瓷粉体1 引言现代陶瓷材料的性能在一定程度上，是由其显微结构决定的，而显微结构的优劣却取决于制备工艺过程。
陶瓷的制备工艺过程主要由粉体制备、成型和烧结等三个主要环节组成。
其中，粉体制备是基础，若基础的粉体质量不高，不但烧结条件难以控制，也绝不可能制得显微结构均匀、致密度高、内部无缺陷、外部平整的瓷坯。
显微结构，尤其是陶瓷材料在烧结过程中形成的显微结构，在很大程度上由原料粉体的特性决定。
因此粉体性能的优劣，直接影响到成型和烧结的质量。
粉体的尺寸大小决定了作用于粉体上的单位体积的表面积，进而又决定了粉体的最终行为。
粉体达到纳米级时，可以生产出优于普通材料的纳米特异功能。
目前，制备纳米粉体的方法可分为三大类：物理方法、化学方法和物理化学综合法。
化学方法主要包括水解法、水热法、溶融法和溶胶一凝胶法等。
其中，用水热法制备纳米粉体技术越来越引起人们的关注⋯。
本文拟对近年来水热法制备纳米陶瓷粉体作一概要介绍。
2 水热法制备纳米陶瓷粉体的原理及特点2．1水热法概述水热法(hydrothermal preparation)是指密闭体系如高压釜中，以水为溶剂，在一定的温度和水的自生压力下，原始混合物进行反应的的一种合成方法。
由于在高温，高压水热条件下，能提供一个在常压条件下无法得到的特殊的物理化学环境，使前驱物在反应系统中得到充分的溶解，并达到一定的过饱和度，从而形成原子或分子生长基元，进行成核结晶生成粉体或纳米晶。
根据化学反应类型的不同，水热法制备粉体有如下几种方法：(1)水热氧化(Hydrothermal Oxidation)利用高温高压，水、水溶液等溶剂与金属或合金可直接反应生成新的化合物。
课程设计报告水热法制备超细二氧化钛粉体
目录水热法制备超细二氧化钛粉体1.1 超细二氧化钛粉体的性能超微粉体由于粒度小、比表面积大、化学反应活性高而具有一系列特殊的性能,引起了人们的普遍关注,目前已开发出多种微粉体材料。
二氧化钛微粉体的制备报道不多。
二氧化钛微粉体具有良好的耐候性、耐化学腐蚀性、抗紫外线能力强、透明性优异、粒度分布均匀等特点,可用于紫外线吸收剂、化妆品原料、包装材料、涂料、精细陶瓷等行业。
二氧化钛是一种价格便宜且应用极广的材料,制备简单并且无毒、稳定,且抗腐蚀性能好。
日本钛工业公司和日本帝国公司相继开发了超细二氧化钛,已进行工业化生产,并把开发二氧化钛微粉体新产品列为重要课题之一[1 2]。
1.2 超细二氧化钛粉体的应用工业作用二氧化钛是世界上白色粉体，l克二氧化钛可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。
它比常用的白颜料一—锌钡白还要白5倍，因此是调制白油漆的最好颜料。
世界上用作颜料的二氧化钛，一年多到几十万吨。
二氧化钛可以加在纸里，使纸变白并且不透明，效果比其他物质大10倍，因此，钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。
为了使塑料的颜色变浅，使人造丝光泽柔和，有时也要添加二氧化钛。
在橡胶工业上，二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。
半导体二氧化钛的光化学性能已使其可用于许多领域，如空气、水和流体的净化。
以碳或其他杂原子掺杂的光催化剂也可用于具有散射光源的密封空间或区域。
用于建筑、人行石板、混凝土墙或屋顶瓦上的涂料中时，它们可以明显增加对空气中污染物如氮氧化物、芳烃和醛类的分解。
此外还广泛应用于生产防晒霜，无毒性，对人体无害。
超细二氧化钛具有优异紫外光屏蔽性和透明性。
被广泛用在化妆品、木器保护、食品包装塑料、耐久性家用薄膜、人造纤维和天然纤维、透明涂料中。
在金属闪光涂料中的特殊光学效应,使之在高级轿车漆中得到重视和应用。
[2] TiO2粉体的制备作为一种21世纪的新型多功能材料，广泛应用于环境保护、化妆品、涂料、特殊材料的制备以及医药等方面。
水热法制备粉体
2.7.1 水热法合成原理及特点 2.7.2 水热法的装置及特点 2.7.3 水热法的基本概述 2.7.4 水热法制备ZrO2纳米粉体 2.7.5水热法制备四方相BaTiO3纳米粉体 2.7.6 水热法制备粉体的过程 2.7.7 溶剂热法制备陶瓷粉体
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备 +
-
压力表 8 密封法兰 7 热电偶 6 基片 5 釜腔 4 内衬 3 (Teflon) 釜体 2 (1Cr18Ni9Ti) 加热炉 1
水热反应釜示意图
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
水热反应釜示意图
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
水热反应釜示意图
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
第二章
装置：
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备2.7.2 水热法的装置及特点
高压反应容器－高压釜。高压釜按压力来源内加压式和外 式。本实验采用内加压式，它是靠釜内一定填充度的溶媒在 高压时膨胀产生压力。 主要结构及工作原理 1)反应釜装置由1Cr18Ni9Ti不锈 钢制造的釜体、釜盖组成，釜体 和法兰为两体，以螺纹连接，釜 体和釜盖两者以8个均匀分布的合 金钢主螺栓装配紧密。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
在高温高压水热条件下，提供一个在常温条件下无法得到的
特殊的物理化学环境，使前驱物在反应系统中得到充分的溶解，
达到一定的过饱和度，形成原子或分子生长基元，进行成核结晶
生成粉体或纳米晶。
水热法制备陶瓷粉体实质上是前驱物在水热介质中溶解，成
核、长大，最终形成一定粒度和结晶形态的晶粒的过程。
水热法制备batio3纳米粉体原理
水热法制备batio3纳米粉体原理
水热法制备BaTiO3纳米粉体的原理是通过在高温高压的水热条件下，利用水分子和溶剂分子的高度活跃性，使得反应物中的离子在水热反应的过程中重新排列和结合，最终形成目标产物。
具体原理如下：
1. 水热环境：水热反应一般在高温高压下进行，典型的反应条件是温度在100-200摄氏度之间，压力在1-3 MPa左右。
这样的环境使得反应物能够在水分子的催化下更快地进行反应。
2. 溶解反应物：将所需的反应物，如钛酸铅和钡盐溶解在适当的溶剂中，形成反应物溶液。
溶剂通常选择对反应物具有较好的溶解性，如酸、碱或氢氧化钠等。
3. 反应：将制备好的反应物溶液加入到高压釜中，加热至设定的温度并保持一定的时间。
在高温高压的条件下，溶液中的离子发生迁移和重排，形成新的晶体。
4. 沉淀：经过一定时间的反应后，将高压釜冷却至室温，产物会经历一个从溶液中析出的过程。
这是因为溶解度随温度的下降而降低，导致产物退火结晶生成固态的BaTiO3纳米粉体。
通过水热法制备的BaTiO3纳米粉体具有高度纯净性、均匀性好、粒径小等优点，适用于丰富光电、催化及传感等领域的应用。
水热法合成TiO2纳米粉体材料
实验仪器：
电子天平，不锈钢压力釜（高温型），恒温箱（带控温装置），离心机，X射线粉末衍射仪，扫描电子显微镜，玻璃仪器若干等。
实验试剂：
硫酸氧钛，硫酸钛，尿素，硝酸钡，无水乙醇等。
五、实验步骤（Procedure of experiment）
1、TiO2纳米粉的合成
将尿素加入到Ti(SO4)2水溶液中，搅拌至尿素完全溶解后，将溶液加入到高压釜中进行水热沉淀反应，填充度为80%。所得产物用去离子水反复洗涤，至滤液中不再检出SO42-，最后在不同温度下干燥若干小时得产物。实验条件：硫酸钛摩尔浓度为0.5M，尿素摩尔浓度为1.0M，用水热沉淀法在140～280℃保温2～12h。
2、在干燥前采用适当的方法将水脱除，避免由于水与颗粒形成氢键。
4、查阅资料比较水热法与溶剂热法合成纳米材料的异同。
水热法又称热液法,属液相化学法的范畴。是指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高温高压的条件下进行的化学反应。水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。其中水热结晶用得最多。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。
6、数据处理（date processing）
(1)用X射线衍射法(XRD)确定产物的物相结构
编号
温度/℃
时间/h
编号
温度/℃
时间/h
1
150
6
4
210
水热沉淀法制备TiO_2纳米粉体的研究
水热沉淀法制备TiO2纳米粉体的研究黄 晖 罗宏杰 杨 明(西北轻工业学院材料工程系,咸阳 712081)刘 江(咸阳陶瓷研究设计院,咸阳 712081)摘 要 以T i(SO4)2水溶液为前驱物,尿素为沉淀剂,采用水热沉淀法制备TiO2纳米粉体。
利用XRD、TEM、DTA等分析测试手段对所得TiO2粉体的晶相组成、晶体形貌等性质进行了研究,讨论了晶粒尺寸与前驱物摩尔比、反应温度、保温时间之间的关系。
结果表明,前驱物摩尔比为1 2~1 4,在140~ 200 保温2~6h的水热条件下,可制得粒径为十几纳米的锐钛矿型TiO2晶体。
实验得出,随着前驱物摩尔比减少、反应温度升高、保温时间延长,晶体粒径增大。
关键词 二氧化钛 水热沉淀法 纳米粉体1 引言TiO2粉体具有湿敏、光催化等功能,可应用于传感器[1]、光分解水和光降解有机物[2]以及太阳能电池[3]等领域。
TiO2纳米粉体的制备方法主要有以TiCl4为主要原料的化学气相沉积(C VD)法[4,5]、钛醇盐水解法[6,7]、以钛酸丁酯为原料的溶胶 凝胶法(So-l Gel)[8,9]、以钛的有机金属挥发性化合物为原料的激光热解法[10,11]等。
气相沉积法对设备要求很高,产量低;钛醇盐水解法、溶胶 凝胶法及激光热解法需用大量有机试剂,生产成本很高,得到的TiO2粒子在制备初期为无定形,还需一定温度的晶化热处理。
水热法制备TiO2粉体在高温高压下一次完成,无需后期的晶化处理,所制得的粉体粒度分布窄,团聚程度低,成分纯净,而且制备过程污染小。
用水热法制备TiO2粉体的研究较多,汪国忠等人以TiCl4水解胶液为前驱物,采用水热法制得了锐钛矿相结构的TiO2粉末[12];陈代荣等以偏钛酸为前驱物水热合成TiO2微粉[13,14];李燕等人以钛酸丁酯的水 乙醇混合液为前驱物,用水热晶化法制备了TiO2纳米粉体[15]等。
水热法制备TiO2纳米粉体多采用钛的有机化合物或难以制得的中间产物作为前驱物,成本较高,制备工艺也较复杂。
(陶瓷科学与工艺学)第四章6粉体制备---水热法
六、 水热与溶剂热合成反应影响因素
大量的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，对于溶液体系，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 程中溶质被大量消耗，在生长过程所提供的溶质 就会相对减少，则可以使产物的晶粒粒度减少。
a. 无法观察晶体生长和材料合成的过程，不直观。
b. 设备要求高耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬、技术难度大温压控 制严格、成本高。
c. 安全性差，加热时密闭反应釜中流体体积膨胀，能够产生极大的压 强，存在极大的安全隐患。
d. 不太适合批量化生产
二、水热法和溶剂热法优缺点
f.水热反应的反应机理还有待分析。目前，晶体生 长机理的理论体系在某些晶体生长实践中得到了应 用，起到了一定的指导作用。但是，迄今为止，几 乎所有的理论或模型都没有完整给出晶体结构、缺 陷、生长形态与生长条件四者之间的关系，因此与 制备晶体技术研究有较大的距离，在实际应用中存 在很大的局限性。
一、定义
溶剂热法（Solvothermal Synthesis），是在水热法 的基础上发展起来的一种新的材料制备方法，将 水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒（例如： 有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等），采用类似 于水热法的原理，以制备在水溶液中无法长成， 易氧化、易水解或对水敏感的材料，如III-V族半 导体化合物、氮化物、硫族化合物、新型磷 （砷）酸盐分子筛三维骨架结构等。
三、 水热与溶剂热合成的原理• “均匀溶液饱和析出”机制 • “溶解-结晶”机制 • “原位结晶”机制
三、 水热与溶剂热合成的原理
① “均匀溶液饱和析出”机制
纳米粉体水热制备机理的原位研究
纳米粉体水热制备机理的原位研究近年来，纳米粉体的设计和制备已经成为纳米材料研究中的一个重要领域。
在稳定的水环境中，纳米粉体的分散性和组装均能获得较好的控制。
水热法是一种常用的工艺，它能有效控制粒度和形貌，并改变纳米粉体的分散性和组装。
在水热法制备纳米粉体材料时，受到温度和pH值等多种因素的影响，纳米粉体形成的机理变得更加复杂。
因此，对水热法制备的纳米粉体材料的机理的研究具有重要的意义，为纳米粉体的制备提供了理论指导。
随着计算机技术的发展，基于原位研究的理论研究已成为纳米材料研究中不可或缺的一部分。
原位研究能够提供有关材料表面和表面之间相互作用的全面信息，从而有助于了解制备过程中纳米结构形成的机理。
本文以纳米粉体水热制备机理的原位研究为核心，综述了水热法制备纳米粉体的分散性和组装的原位研究的最新进展。
首先，本文简要介绍了水热法的原理，包括原位测量的原理，基于计算机模拟的原理，以及水热法的分散性和组装的影响因素。
其次，本文探讨了水热粉体的制备机理，以及水热粉体的考察结果。
最后，本文探讨了纳米粉体水热制备机理的原位研究，并讨论了以水热法制备纳米粉体的发展趋势。
首先，水热法是一种常用的制备纳米粉体材料的方法，它具有简单、快捷、可控、低成本等优势。
水热法制备纳米粉体的最大特点是能够有效控制纳米粉体的粒径和形貌，从而改变纳米粉体的分散性和组装。
原位测量方法是研究纳米粉体形成机理的重要手段，通过观察粒子形成、规律变化和相互作用，可以获得关于粒子表面和表面之间静态和动态相互作用的定量信息。
其次，原位研究也可以应用于计算机模拟技术，即原子力学模拟。
使用原子力学模拟，能够精确的模拟纳米粉体材料中分子之间的相互作用，从而获取有关分子表面和表面相互作用的定量信息。
基于原子力学模拟的研究揭示了纳米粉体的分散性和组装过程，并为纳米粉体的制备提供了理论指导。
最后，本文探讨了水热法制备纳米粉体材料的发展趋势。
虽然基于原位研究的理论研究已成为研究纳米材料的重要方法，但水热法制备纳米粉体材料仍然存在一定的不足。
水热法制备BaTO3纳米粉体
汤黎辉,张群飞,马金明,肖长江,栗正新(河南工业大学材料科学与工程学院,郑州450001)BaTiO 3纳米粉体的合成方式及合成粉末的样本表征,采取水热法合成方法,合成得到钛酸钡。
通过X 射线衍射、扫描电子显微镜表征手段以及JADE 、Origin 等软件的分析,得出其物相、晶体结构、颗粒大小以及外观形貌。
经过实验,使用水热法合成方式,能够制备出高品质的钛酸钡纳米粉末。
结果表明:用水热法得到了纯的钛酸钡粉体,粉体的晶粒大小较均匀,晶粒尺寸约为39.51nm,粉体的晶体结构为四方结构,形貌为类球形。
;纳米粉体;水热法;晶体结构;晶粒尺寸由于具有出色的介电性能，钛酸钡（BaTiO 3）已经成功地发展出了各种电子器件，如多层陶瓷电容器、正温度系数热敏电阻、动态随机存储器、声呐传感器、压电换能器以及各种光电子元件，从而在电子领域发挥着重要的作用，并且已经成为电子陶瓷领域的主要原材料[1,2]。
目前制备钛酸钡粉体最常用的方法主要有固相法、共沉淀法、微乳液合成方法、水解溶胶-凝胶法等。
固相法作为一种传统的合成工艺，具有制备产率高，操作简单等优点，但是，这种合成方法在制备过程中存在合成温度高、合成的粉体颗粒粗大、较高的杂质含量以及组分均匀度不高等缺点，一般作为低端产品合成时的首选工艺。
共沉淀法制备钛酸钡粉体难以形成均匀的沉淀物，而且颗粒容易团聚，粒径分布宽，产品质量不稳定[3]。
微乳液合成方法制备产物需要大量助剂、改性剂和有机剂，导致成本较高，而且还易引入杂质且产能有限，所以该合成方法目前还没有被广泛的使用，仅仅处于实验室研究中[4]。
凝胶法虽然可行，但由于技术复杂、时间较久，使得它的水解效果不易掌握。
相比之下，水热法更加经济实惠，可以在较短的时间内完成钛酸钡的生产，同时也能够保证产品的质量，能够满足更严格的质量标准[5]。
水热法合成粉体，能够在低温水溶液中得到分散性好的BaTiO 3超细粉体，合成的粉体晶粒发育比较完整，并且在水热法实验过程中，不需要经历高温的煅烧以及后期的球磨过程，进而可以避免了杂质的引入和球磨对粉体结构的破坏，从而有效地消除了杂质及其他形态问题，故文章实验采用水热法制备BaTiO 3纳米粉体，并对其进行深入研究。
水热法合成TiO2纳米粉体材料
《水热法合成TiO2纳米粉体材料》实验目的：1、了解水热法制备纳米氧化物的原理及实验方法2、研究TiO2纳米粉制备的工艺条件3、学习用X射线衍射法(XRD)确定产物的物相结构4、学习用扫描电子显微镜检测产物的形貌及尺寸实验原理：在水热体系中，TiO2晶体的结晶过程包括成核过程和生长过程。
随着体系温度的升高，尿素缓慢分解，(NH2)2CO + H2O = 2NH3 + CO2，尿素的分解使溶液的pH值增大。
前驱物中的Ti4+发生如下水解反应：Ti4+ + (n+2) H2O↔TiO2·nH2O + 4H+，溶液的pH值增大，碱性增强，有利于上述水解反应向右进行。
随钛离子水解过程的进行，在形成的晶核上逐渐长大成为水合二氧化钛颗粒。
随着水热体系温度的进一步升高，水合二氧化钛的结晶水脱去，生成纳米二氧化钛微晶。
实验仪器：电子天平，不锈钢压力釜（高温型），恒温箱（带控温装置），离心机，X射线粉末衍射仪，扫描电子显微镜，玻璃仪器若干等。
实验试剂：硫酸氧钛，硫酸钛，尿素，硝酸钡，无水乙醇等。
实验步骤：1、TiO2纳米粉的合成将尿素加入到Ti(SO4)2水溶液中，搅拌至尿素完全溶解后，将溶液加入到高压釜中进行水热沉淀反应，填充度为80%。
所得产物用去离子水反复洗涤，至滤液中不再检出SO42-，最后在80℃下干燥8h得产物。
实验条件：硫酸钛摩尔浓度为0.5M，尿素摩尔浓度为1.0M，用水热沉淀法在140～280℃保温2～6h。
2、用X射线衍射法(XRD)确定产物的物相结构用X射线粉末衍射仪测定产物的物相，利用物质的XRD衍射数据库对照样品的结果，确定目标产物是否是TiO2。
实验结果文件转变为数据文档，利用软件origin 进行处理。
3、用扫描电子显微镜检测产物的形貌及尺寸按照扫描电子显微镜的要求，制作样品，利用SEM 观察产物的形貌及尺寸，并copy产物电镜照片的电子文档。
讨论与思考：1、水热法合成无机材料具有哪些特点？2、用水热法合成TiO2纳米粉体材料过程中，哪些因素影响产物的粒子大小及其分布？3、如何减少纳米粒子在干燥过程中的团聚？4、查阅资料比较水热法与溶剂热法合成纳米材料的异同。
粉体的合成制备方法
粉体的合成制备方法发展状况如今，粉体的合成制备经过多年的发展，制备合成方法已经变得各种各样按理论也可分为物理和化学方法等纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法。
1.物理方法(1)真空冷凝法用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。
其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。
2)物理粉碎法通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。
其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
(3)机械球磨法采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。
其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
2. 化学方法(1)气相沉积法利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。
其特点产品纯度高，粒度分布窄。
(2)沉淀法把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。
其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。
(3)水热合成法高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。
其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。
(4)溶胶凝胶法金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。
其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。
(5)微乳液法两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。
其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。
按照反应物的相可分为三类气相合成法，固相合成法和液相合成法。
一、气相合成法（1）电阻加热法是通过电阻加热来实现气相粉体制备的方法，典型工艺如蒸发冷凝工艺及化学气相沉积工艺。
前者可制备多种金属纳米粉体；后者可制备氧化物粉体，也可制备氮化物和碳化物等非氧化物粉体。
（2）电子束加热法同样有蒸发冷凝和CVD两种工艺，只是以电子束加热。
该法是从制模工艺发展而来，为避免形成薄膜材料，采用流动油面积。
水热法名词解释
水热法名词解释水热法名词解释:水热法，是指一种在密封的压力容器中，以水作为溶剂、粉体经溶解和再结晶的制备材料的方法。
相对于其他粉体制备方法，水热法制得的粉体具有晶粒发育完整，粒度小，且分布均匀，颗粒团聚较轻，可使用较为便宜的原料，易得到合适的化学计量物和晶形等优点。
尤其是水热法制备陶瓷粉体毋需高温煅烧处理，避免了煅烧过程中造成的晶粒长大、缺陷形成和杂质引入，因此所制得的粉体具有较高的烧结活性。
水热法，是指在特制的密闭反应器（高压釜）中，采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压（或自生蒸气压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。
水热法是19 世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的。
1900 年后科学家们建立了水热合成理论,以后又开始转向功能材料的研究。
目前用水热法已制备出百余种晶体。
水热法又称热液法,属液相化学法的范畴。
是指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高温高压的条件下进行的化学反应。
水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。
其中水热结晶用得最多。
在这里简单介绍一下它的原理:水热法原理及步骤: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。
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。
在水热反应中，水的存在具有多方面的作用，水不仅充当溶剂同时作为一种化学组分参与反应，另外还是一种传递压力的介质，通过控制物理化学因素和加速反应渗透，使晶体快速形成与生长。
水热法的主要优点有以下几方面：（1）水热法主要采用中低温液相控制、工艺较简单，不需要高温处理即可得到晶型完整、粒度分布均匀、分散性良好的产品，从而相对降低能耗；（2）适用性广泛，既可制备出超微粒子，又可制备粒径较大的单晶，还可以制备无机陶瓷薄膜；（3）原料相对价廉易得，同时所得产品物相均匀、纯度高、结晶良好、产率高，并且产品形貌与大小可控；（4）通过改变反应温度、压力、反应时间等因素在水热过程中可有效地控制反应和晶体生长；（5）水热合成的密闭条件有利于进行那些对人体健康有害的有毒反应体系，尽可能地减少环境污染。
BiFeO3粉体的水热法制备与表征
BiFeO3粉体的水热法制备与表征引言BiFeO3是一种具有优良性能和应用前景的多功能铁电材料，其在光催化、铁电存储器、传感器、电致变色器件等领域具有广泛的应用前景。
由于其制备方法简单、成本低廉且易于控制粒子形貌和尺寸，水热法成为制备BiFeO3粉体的热门方法之一。
本文旨在综述BiFeO3粉体的水热法制备及表征方法，以期为相关研究提供参考。
一、水热法制备BiFeO3粉体的方法水热法是将金属盐溶液在高温高压的条件下与氢氧化物或羟基化物反应生成固体产物的一种常用的合成方法。
水热法制备BiFeO3粉体一般采用Bi(NO3)3和Fe(NO3)3·9H2O作为原料，NaOH或NH3·H2O作为沉淀剂，通过控制温度、压力和反应时间，实现BiFeO3的合成。
通常的实验步骤如下：1. 按一定的摩尔比称取Bi(NO3)3和Fe(NO3)3·9H2O，并将其溶解于适量蒸馏水中，形成混合溶液。
2. 在搅拌的缓慢滴加NaOH或NH3·H2O溶液至混合溶液中，产生沉淀。
3. 转移混合物至高压釜中，加热至一定温度，在一定压力下反应一定时间。
4. 得到沉淀后，用蒸馏水洗涤并离心，最后将沉淀干燥得到BiFeO3粉体。
二、水热法制备BiFeO3粉体的影响因素水热法制备BiFeO3粉体的过程受到多种参数的影响，包括反应温度、压力、溶液浓度、沉淀剂用量等因素。
这些因素对BiFeO3粉体的形貌、尺寸和结晶度等性质具有重要影响。
一般来说，较高的温度和压力、较高的溶液浓度和适量的沉淀剂用量有利于得到较纯净、较均匀的BiFeO3粉体。
1. 反应温度在水热法制备BiFeO3粉体的过程中，反应温度是一个非常重要的参数。
适当的反应温度有利于沉淀颗粒的形貌和尺寸的控制，同时也会影响沉淀物的结晶度。
较高的温度可以加快反应速率，但如果反应温度过高，可能会导致颗粒过大或团聚，降低产物的分散性和比表面积。
2. 反应压力反应压力是水热法的另一个重要参数。
BiFeO3粉体的水热法制备与表征
BiFeO3粉体的水热法制备与表征近年来，多铁性材料因其具有的多种独特的物理性质和应用前景而受到了广泛关注。
其中一种重要的多铁性材料是铁酸铋（BiFeO3），具有同时存在的铁电性、磁电耦合性和压电性。
这使得它被广泛应用于电子、储存、传感和能源等领域。
因此，寻求一种有效的合成方法来制备高品质的BiFeO3粉体是很有必要的。
水热法因其简单、快速和低成本而成为制备BiFeO3粉体的一种有前途的方法，已经被广泛研究和应用。
水热法制备BiFeO3粉体的基本步骤包括以下几个方面：首先是反应前驱体的制备。
通常将铁酸铵和铋酸三乙酯作为BiFeO3的前驱体，分别通过酸碱中和反应制备过渡态的氧化物颗粒。
其次是水热反应。
将制备好的前驱体在水中进行水热反应，形成BiFeO3粉末。
最后是粉末处理工艺。
粉末处理过程包括粉末的分离与干燥、烧结和表面修饰等工艺。
水热法制备的BiFeO3粉体具有许多独特的物理和化学性质。
如可以通过水热条件的调整以及附加多种添加剂的方法来改变晶体结构、晶粒尺寸、形貌和取向性等。
此外，水热反应通过控制制备过程中的反应时间、温度、反应剂浓度、pH值等参数，对BiFeO3粉末的生长和形貌有显著影响。
同时，BiFeO3粉末的晶体结构和相纯度对其性能和应用也有非常重要的影响。
因此，在掌握水热法基本原理的基础上，需要对制备条件及其对BiFeO3粉末性质的影响进行详细的研究。
还需要应用多种表征技术来检测BiFeO3粉末的物理和化学性质。
如X 射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、磁性检测等技术。
这些技术能够精确地反映样品的晶体结构、晶粒尺寸和形貌等，并且可以探究样品的电学、磁学性质以及其他物理性质。
这些表征技术的应用有助于深入了解BiFeO3粉末的结构和性质，为其进一步研究和应用提供了强有力的支持。
水热反应法制备纳米粉体的研究进展
水热合成法由于其具有反应温度低、操作简单、产物纯度高、粒径小等优点， 已经成为制备纳米粉体的重要方法之一。本次演示主要对水热合成法制备钛酸钡 纳米粉体的研究进展进行综述。
3、水热反应：将溶液放入高温高压的密闭容器中，控制反应温度和压力， 使氧化锆和氢氧化钠发生反应，生成纳米二氧化锆颗粒。
4、分离和洗涤：反应结束后，将得到的固体产物用离心机分离出来，并用 去离子水洗涤数次，以去除固体表面的杂质。
5、干燥：最后将固体产物在烘箱中干燥，得到纳米二氧化锆粉体。
谢谢观看
结论：
本次演示介绍了水热反应法制备纳米粉体的基本原理和影响因素，以及其在 制备不同种类的纳米粉体中的应用。水热反应法作为一种常用的制备纳米粉体的 方法，具有环境友好、操作简单等优点。通过控制反应温度、压力、反应物浓度 等参数，可以实现对纳米粉体形貌和尺寸的调控。
制备出的纳米粉体具有优异的物理性能和化学稳定性，适用于各种高要求场 合。未来发展将更加注重水热反应法制备纳米粉体的工业化应用和可持续性发展 等方面的研究。
适当的添加剂可以调节溶液的离子强度、PH值等参数，从而影响化学反应的 过程和产物的形貌。此外，添加剂还可以起到稳定剂、分散剂等作用，有助于提 高纳米粉体制备的稳定性和分散性。
水热反应法在制备不同种类的纳米粉体中的应用：
1、金属氧化物
金属氧化物是常见的纳米粉体材料之一，具有广泛的应用前景。水热反应法 在制备金属氧化物纳米粉体中具有较高的优势。例如，水热反应法可以制备出高 质量的二氧化钛、氧化锌、氧化铁等金属氧化物纳米粉体。通过控制反应温度、 压力、反应物浓度等参数，可以实现对纳米粉体形貌和尺寸的调控。
- 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)。
在所研究的范围内，水的离子积随P和T的增大而迅速增加。
1000℃，1000MPa的条件下，-lgKw＝7.85±0.3,水的离子积 比大约比标准状态 大6个数量级；
在100~300℃的条件下，水的离子积相当标准状态的几千倍。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
② P-T图对于水热反应，水的P-T图是很重要的。 在工作条件下，压强大多依赖于反应容器中原始溶 剂的填充度。在高温高压下，水的临界温度是374℃，临界 压力是21.7MPa,临界密度是0.32g/ml。 32％为高压釜的临界填充比。在初始填充比小于32％ 的情况下，当升高温度时，气－液相的界面稍有上升；随着 温度的继续增高至某一值时，液面就转而下降，直到升至临 界温度液相完全消失为止。 如果初始填充比大于临界值，温度升高时，气－液界 面就迅速升高，直到容器被液相所充满。
⑥水热分解
ZrSiO4 NaOH ZrO2 Na2 SiO3
第二章 例
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
水热法制备ZrO2纳米粉体 1) 直接以锆盐水溶液作为前驱体进行水热反应。 锆盐为氧氯化锆(ZrOCl2) 硫酸锆[Zr(SO4)2]。
2) 在锆盐水溶液中加一定量的碱(NaOH)调节其pH值
溶质在溶液中溶解度降低并达到饱和 以某种化合物结晶态形式从溶液中析出。 例 用金属盐溶液为前驱物，随着水热反应温度和体系压力
的增大。
溶质（金属阳离子的水合物）通过水解和缩聚反应，生 成相应的配位聚集体，当其浓度达到过饱和时就开始析出晶 核，最终长大成晶粒。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
“溶解－结晶”机制。 当选用的前驱体是在常温常压下不可溶的固体粉末、凝胶 或沉淀时，在水热条件下: “溶解”是指水热反应初期，前驱物微粒之间的团聚和联 结遭到破坏，使微粒自身在水热介质中溶解，以离子或离子团 的形式进入溶液，进而成核、结晶而形成晶粒； “结晶”是指当水热介质中溶质的浓度高于晶粒的成核所 需要的过饱和度时，体系内发生晶粒的成核和生长。 随着结晶过程的进行，介质中用于结晶的物料浓度又变得 低于前驱物的溶解度，使得前驱物的溶解继续进行。
影响溶液的对流，不利于晶体生长。
第二章
④ 温度
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
在晶体生长过程中，温度的变化能改变各个面族的激活
能。晶体生长包括界面反应和扩散过程。
在不同的温度下，这两种作用是不同的。
当温度较低时，结晶过程主要是界面反应。
当温度升高后，扩散就成为主导作用。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
第二章
装置：
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
2.7.2 水热法的装置及特点
高压反应容器－高压釜。高压釜按压力来源内加压式和外 式。本实验采用内加压式，它是靠釜内一定填充度的溶媒在 高压时膨胀产生压力。 主要结构及工作原理 1)反应釜装置由1Cr18Ni9Ti不锈 钢制造的釜体、釜盖组成，釜体 和法兰为两体，以螺纹连接，釜 体和釜盖两者以8个均匀分布的合 金钢主螺栓装配紧密。
物系置于高温高压水溶液条件下来加速氧化、合成反应的进
行。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
水热法特点：
离子在水溶液状态下混合均匀性好
水随温度的升高和压力增大变为气态矿化剂，有非常大的解
聚能力和氧化能力，制备出超细理想结晶、纯度较高粉末
水热条件下离子能够容易地按化学计量反应，晶粒按结晶习
性生长，成为完整的理想晶体即自形晶。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
在高温高压水热条件下，提供一个在常温条件下无法得到的
特殊的物理化学环境，使前驱物在反应系统中得到充分的溶解，
达到一定的过饱和度，形成原子或分子生长基元，进行成核结晶
生成粉体或纳米晶。
水热法制备陶瓷粉体实质上是前驱物在水热介质中溶解，成
核、长大，最终形成一定粒度和结晶形态的晶粒的过程。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
2.7.3 水热法的基本概述 1) 水热结晶学基础
（1）反应介质水的有关性质
在水热条件下，水的性质将产生如下变化：
① 压力升高；
② 密度变小； ③ 离子积升高； ④ 粘度降低； ⑤ 介电常数降低。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
① 水的密度和电离 在1000℃，15~20GPa条件下，水的密度≈1.7~1.9 g/cm3。 在平衡状态下，水的密度随温度升高而降低，而高温溶剂 的运输能力强烈地依赖于溶剂的密度。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
水热反应釜示意图
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
水热反应釜示意图
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
2)可保证高压釜正常操作和安全运转。
3) 爆破片装置由爆破片和夹持器等装配组成的压力泄放安
全装置，当爆破片两侧压力差达到预定温度下的预定值 时，爆破片即可动作（破裂或脱落）,泄放出压力介质。 4) 电加热炉为圆筒形，炉体内装有筒形硅炉芯，加热电阻 丝串连其中，其端头自下部串出接于源插座，使用时用
⑤ 压力和溶剂填充度 压力是作为容器内的溶剂及其浓度、初始填充度、温度
的函数而存在的。
加大压力可提高晶面的生长速率，
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
2) 水热法制备粉体的反应原理
均匀溶液饱和析出机制
溶解－结晶机制
原位结晶机制
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
“均匀溶液饱和析出”机制。
水热反应温度和体系压力的升高
胶皮电缆线与控制器相连。
5) 电控部分有温度指示仪调节仪，加热电压表，电源和加 热信号灯，加热手调电钮，控制电源、电加热的开关。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
1.加热炉组 2.釜体组 3.进气阀组 4.釜盖组
5.搅拌传动组
6.电机支架组
7.压力表
8.热电偶 9.爆破安全阀 10.内冷却管 高压釜结构图
具有特殊结构或者特种凝聚态的新化合物；
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
③在水热低温条件下能使低熔点化合物、高蒸气压且不能在 融体生成的物质高温分解晶化或生成； ④水热的低温、等压、溶液条件下有利于生长具有平衡缺陷 浓度，规则取向，晶体完美的晶体材料，且合成产物高以及 易于控制产物晶体的粒度； ⑤易于调节水热条件下的环境气象，有利于低价、中间价与 特殊价化合物的生成，并能均匀地进行掺杂。
SiO2、Bi12SiO20、ZnO等可以在NaOH溶液中结晶。
ZnS和K(Ta,Nb)O3在KOH溶液中结晶；
石英、刚玉和石榴石也可以在碳酸盐溶液中结晶。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
增加矿化剂的浓度 能提高晶体的溶解度及生长速率， 溶剂浓度有一定的限度
过高的溶剂与溶液浓度使溶液的粘度与密度增加
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
用0.5mol／L的ZrOCl2水溶液直接作为前驱体，水热反应 (200℃静置反应)，得到单斜相纳米ZrO2粉体。
在ZrOCl2水溶液中加人适量的碱，调节其pH值，溶液中
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
水在一定填充比下,温度与压力的关系图
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
③ 粘度 水的粘度随温度升高而下降。 在500℃，100MPa的条件下，水的粘度仅为常温常压条 件下的10%，在超临界区域内分子离子的活动性大为增加。 ④ 介电常数
以水为溶剂时，介电常数随温度升高而下降，却随压力升 高而升高，然而，前者的影响是主要的。
水的较高的介电常数局限在低及高密度（即高压）的小区 域内，电解质在水溶液中完全离解，然而随温度的上升，电 解质趋于重新结合。 对于大多数物质， 这种转变常在200～ 500℃之间发生。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
（2）水热结晶动力学基础 ① 水热体系中的成核驱动力 水热法能直接反应生成结晶性好的晶粒，水热体系中的 高的压力能加速晶粒的成核和长大。 水热体系中高压能促进生长基元向晶粒的转变，即加速了 晶粒的成核与长大。
2.7.1 水热法合成原理及特点 水热法（热液法） 在密闭容器中，以水作为溶媒（也可是固相成分之一）， 在一定的温度（＞ 100℃）、压力（＞ 9.8MPa ）下，即在超 临界流体状态下研究、制备、加工和评价材料的一种方法。
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
水热法研究的温度范围： 在水的沸点和临界点（374℃）之间，通常使用的是 130～250℃之间，相应的水蒸汽压是0.3～4Mpa。 水热法原理： 把在常温常压下不容易被氧化、合成的物质，通过将其
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
③ 矿化剂 可分为五类：
a. 碱金属的卤化物。
b. 碱金属的氢氧化物。
c. 弱酸以碱金属形成的盐类。
d. 强酸的盐类。
e. 酸类（无机酸）。
碱金属的氯化物及氢氧化物是最有效的
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
TiO2、ZrO2等可在KF、NH4F或NaF的水溶液中结晶；
Al(OH )3 Al2O3 H 2O
第二章
特种陶瓷粉体的物理性能及其制备
③ 水热沉淀 水热沉淀是指通过在高压釜中的可溶性盐或化合物与加 入的各种沉淀剂反应，形成不溶性氧F2
④ 水热合成 水热合成是一元金属氧化物或盐在水热条件下反应合成 二元甚至多元化合物。
H2TiO3 和 Ba(OH)28H2O 为原料，水热合成钛酸钡粉体。
合成了 CaZrO3 ， SrTiO3 ， ZrSiO3 ， BaZrO3 ， CaSnO3 等电子陶瓷粉体。
FeTiO3 KOH K2O FeTiO2