晶体合成的几种方法

水热法的优缺点
可生长低温固相单晶，高粘度材料；
优点：a 、可生长高蒸汽压、分解压的材料，
b、可生长高蒸汽压、分解压的材料，ZnO2，
VO2
c、晶体发育好，几何形状完美，质量好。
缺点： 设备要求高；
需要优质籽晶
（50~30天） 。
不能直接观察，生长速率慢，周期长
1994年W.Chang提出一种新的纳米微粒合 成技术——化学气相凝聚法（简称CVC法），成 功的合成了SiC、ZrO和TiO等多种纳米颗粒。化 学气相凝聚法是利用气相原料通过化学反应形成 基本粒子并进行冷凝聚合成纳米微粒的方法。
水热技术具有两个特点： 一是相对低的温度；二是在 封闭的容器中进行。近年来， 还发展出了电化学水热法和 微波水热合成法，前者将水 热法与电场相结合，而后者 用微波加热水热反应体系。 与一般湿化学法相比较，水 热法可以直接得到分散且结 晶良好的晶体，不需要做高 温烧结处理，避免了硬团簇 的出现。
上图 带搅拌高压釜装置
固相反应法是陶瓷材料晶体合成的基本 手段，也可获得单一的金属氧化物，但氧化物以 外的物质如碳化物，硅化物等以及含两种金属元 素以上的氧化物制备仅仅用烧结则是很难制备的。
烧结法除了化学反应进行以外，有两个 步骤。一是烧结，二是晶体生长，这两种现象均 在原料和反应生成物的出现。烧结和晶体生长是 完全不同于固相反应现象，烧结的粉体在低于其 熔点的温度以下的颗粒。
制作人：郝悦（10109110）
•水热法 •化学气相凝聚法 •固相反应法
水热法 (Hydrothermal Synthesis)，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。
该方法主要是通过金属有机前驱物分子 热解获得纳米晶体。利用高纯惰性气体作为载体 气体，携带有机金属前驱物。
CVC工作原理示意图
气流控 制器
载体 气体
原料
工作室
气体
粒子
漏斗 收集器
控制阀
刮 力
通往泵
六甲基二硅烷和惰性气体充入钼丝炉，炉 温为1100~1400℃，气体压力保持在100~1000Pa 的低压状态下，在此环境下原料热解成团簇，进 而凝聚成纳米粒子。最后附着在内部充满液氮的 转动衬底上，经刮刀刮下进入纳米粉收集器，晶 体在慢慢的成大。利用这种方法可以合成粒径小、 分布窄，无团簇的多种纳米晶体。
高压釜 籽晶 原料
•生长装置——高压釜； •原料—溶解区，籽晶—生长区； •一块金属挡板，置于生长区和 溶解区之间，以获得均匀的生长 区域； •容器内部因上下部分的温差而 产生对流，将高温的饱和溶液带 至籽晶区形成过饱和溶液而结晶； •冷却析出部分溶解质后的溶液 又流向下部，溶解培养料； •如此循环往复，使籽晶得以连 续 不断的生长。 •左图为原理示意图
a—水晶（a—SiO2）的水热生长
生长过程：水晶在高压釜内进行水热溶解反应，形成络 合物，通过稳定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a—SiO2条件：
培养料温度 400℃（釜外测定的温度）
籽晶温度
360℃（釜外测定的温度）
充满度
80%
压力
1500atm
同样条件下生长，氢化钠溶液所要求的温度梯度比碳 酸钠溶液大得多。
制备ZrO2和SnO2晶体的水热生长
以ZrOCl2·8H2O和YCl3作为反应前驱物制备ZrO2 晶体粒子，用金属Sn粉溶于硝酸，水热处理得分散的 四方相SnO2。也可以用SnCl4·5H2O为前驱物可水热合 成2~6nmSnO2晶体粒子。
制备NiFe2O4以及ZnFe2O4纳米晶的水热生长
以FeCl3为原料，加入适量的金属粉，进行水 热还原，分别用尿素和氨水作沉淀剂，水热制备出 80~160nm棒状Fe3O4和80nm板状Fe3O4，通过类似的反 应制备出30nm球状NiFe2O4及30nmZnFe2O4的纳米粉末。
固
相
原料
原料
烧
溶剂
结
法
称量
混合
称量
制
备
脱水、干燥
纳
米
煅烧
晶 工
艺
粉碎
流
程
结晶，生长
谢谢观赏！
感谢下 载
感谢下 载