水热与溶剂热合成方法的概念水热法ppt课件.ppt

水热与溶剂热合成水热与溶剂热合成方法的发展
水热与溶剂热合成方法原理
水热与溶剂热合成工艺
水热与溶剂热合成方法应用实例3水热合成方法的发展(2)水热合成方法的发展一些地质学家采用水热法制备得到了许多矿物，到1900年已制备出约80种矿物，其中经鉴定确定有石英，长石，硅灰石等；1900年以后，G.W.Morey和他的同事在华盛顿地球物理实验室开始进行相平衡研究，建立了水热合成理论，并研究了众多矿物系统。
用这种方法可以合成水晶、刚玉(红宝石、蓝宝石)、绿柱石(祖母绿、海蓝宝石)、及其它多种硅酸盐和钨酸盐等上百种晶体。水热法（hydrothermal）（高压溶液法）溶剂热合成方法的发展溶剂热法优点水热与溶剂热合成方法的概念溶剂热法（SolvothermalSynthesis），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，水热生长体系中的晶粒形成可分为三种类型：“均匀溶液饱和析出”机制“溶解-结晶”机制“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，这使得前驱物的溶解继续进行。如此反复，只要反应时间足够长，前驱物将完全溶解，生成相应的晶粒。“原位结晶”机制将水热条件下纳米晶粒的形成过程可分为三个阶段：生长基元与晶核的形成：环境相中由于物质的相互作用，动态地形成不同结构形式的生长基元，它们不停的运动，相互转化，随时产生或消灭。当满足线度和几何构型要求时，晶核即生成。生长基元在固-液生长界面上的吸附与运动：在由于
对流、热力学无规则运动或者原子吸引力，生长基
元运动到固-液生长界面并被吸附，在界面上迁移运
动。生长基元在界面上的结晶或脱附：在界面上吸附的生长基元，经过一定距离的运动，可能在界面某一适当位置结晶并长入晶相，使得晶相不断向环境相推移，或者脱附而重新回到环境相中。水热与溶剂热合成方法的适用范围24水热与溶剂热合成的生产设备（1）按密封方式分类：自紧式高压釜，外紧式高压釜；
（2）按密封的机械结构分类：法兰盘式，内螺塞式，大螺帽式，杠杆压机式；
（3）按压强产生方式分类：内压釜（靠釜内介质加温形成压强，根据介质填充度可计算其压强），外压釜（压强由釜外加入并控制）；
（4）按设计人名分类：如Morey釜，Smith釜，Tuttle釜（也叫冷封试管高压釜），Barnes摇动反应器等；（5）按加热方式分类：外热高压釜（在釜体外部加热），内热高压釜（在釜体内部安装加热电炉）；
（6）按实验体系分类：高压釜（用于封闭体系的实验），流动反应器和扩散反应器（用于开放系统的实验，能在高温高压下使溶液缓慢地连续通过反应器，可随时提取反应液）。简易高压反应釜实物图水热反应釜带搅拌高压反应釜装置图水热与溶剂热反应的基本类型热处理反应通过数种组分在水热或溶剂热条件下直接化合或经中间态发生化合反应。
利用此类反应可合成各种多晶或单晶材料。沸石阳离子交换；硬水的软化、长石中的离子交换；高岭石、白云母、温石棉的OH-交换为F-。例如SiO2单晶的生长，反应条件为0.5mol/LNaOH、温度梯度410~300℃、压力120MPa、生长速率1~2mm/d；若在0.25mol/LNa2CO3中，则温度梯度为400~370℃、装满度为70％、生长速率1~2.5mm/d。Cr+H2OCr2O3+H2
Zr+H2OZrO2+H2
Me+nLMeLn(L=有机配体)(15)水热热压反应高温高压水热合成实验温度已高达1000℃，压强高达0.3GPa。它利用作为反应介质的水在超临界状态下的性质和反应物质在高温高压水热条件下的特殊性质进行合成反应。可溶性金属盐溶液
固体粉末，即制备多元氧化物粉体时，可直接选用相应的金属氧化物和氢氧化物固体粉末作为前驱物
胶体，即制备金属氧化物粉体时，在相应的金属可溶性盐溶液中加入过量的碱得到氢氧化物胶体，经反复洗涤除去阴离子后作为前驱物
胶体和固体粉末混合物（1）相似相容原理所谓相似相容原理就是“溶质分子若与溶剂分子的组成结构、物理性质及化学性质相近则其溶解度大这两种作用都必须消耗很大的能量，因此溶质和溶剂的作用必须很大才能使溶质溶解于溶剂，这种溶质和溶剂的相互作用就是溶剂化能。其中△G表示一个离子从真空迁移到溶剂中自由能的改变，即溶剂化能。方程中假定r1为离子结晶学半径，带Ze电荷的离子刚性小球，溶剂的相对介电常数εr不因离子电场而改变。形成离子溶液溶剂水热与溶剂热合成存在的问题水热与溶剂热合成方法应用实例水热与溶剂热合成方法应用实例水热与溶剂热合成方法应用实例溶剂热技术正好弥补了水热合成的缺点。从本质