晶體合成的幾種方法第1頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月目錄水熱法化學(xué)氣相凝聚法固相反應(yīng)法第2頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水熱法

水熱法(HydrothermalSynthesis)，是指在特制的密閉反應(yīng)器（高壓釜）中，采用水溶液作為反應(yīng)體系，通過(guò)對(duì)反應(yīng)體系加熱、加壓(或自生蒸氣壓），創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)高溫、高壓的反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解，并且重結(jié)晶而進(jìn)行無(wú)機(jī)合成與材料處理的一種有效方法。

第3頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水熱法

水熱技術(shù)具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是相對(duì)低的溫度；二是在封閉的容器中進(jìn)行。近年來(lái)，還發(fā)展出了電化學(xué)水熱法和微波水熱合成法，前者將水熱法與電場(chǎng)相結(jié)合，而后者用微波加熱水熱反應(yīng)體系。與一般濕化學(xué)法相比較，水熱法可以直接得到分散且結(jié)晶良好的晶體，不需要做高溫?zé)Y(jié)處理，避免了硬團(tuán)簇的出現(xiàn)。

上圖帶攪拌高壓釜裝置第4頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水熱法生長(zhǎng)裝置——高壓釜；原料—溶解區(qū)，籽晶—生長(zhǎng)區(qū)；一塊金屬擋板，置于生長(zhǎng)區(qū)和溶解區(qū)之間，以獲得均勻的生長(zhǎng)區(qū)域；容器內(nèi)部因上下部分的溫差而產(chǎn)生對(duì)流，將高溫的飽和溶液帶至籽晶區(qū)形成過(guò)飽和溶液而結(jié)晶；冷卻析出部分溶解質(zhì)后的溶液又流向下部，溶解培養(yǎng)料；如此循環(huán)往復(fù)，使籽晶得以連續(xù)不斷的生長(zhǎng)。左圖為原理示意圖高壓釜籽晶原料第5頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水熱法a—水晶（a—SiO2）的水熱生長(zhǎng)

生長(zhǎng)過(guò)程：水晶在高壓釜內(nèi)進(jìn)行水熱溶解反應(yīng)，形成絡(luò)合物，通過(guò)穩(wěn)定對(duì)流從溶解區(qū)傳遞至生長(zhǎng)區(qū)，把生長(zhǎng)所需的溶質(zhì)供給籽晶。

NaOH水溶液中生長(zhǎng)a—SiO2條件：培養(yǎng)料溫度400℃（釜外測(cè)定的溫度）籽晶溫度360℃（釜外測(cè)定的溫度）充滿度80%

壓力1500atm

同樣條件下生長(zhǎng)，氫化鈉溶液所要求的溫度梯度比碳酸鈉溶液大得多。第6頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水熱法制備ZrO2和SnO2晶體的水熱生長(zhǎng)

以ZrOCl2·8H2O和YCl3作為反應(yīng)前驅(qū)物制備ZrO2晶體粒子，用金屬Sn粉溶于硝酸，水熱處理得分散的四方相SnO2。也可以用SnCl4·5H2O為前驅(qū)物可水熱合成2~6nmSnO2晶體粒子。制備N(xiāo)iFe2O4以及ZnFe2O4納米晶的水熱生長(zhǎng)

以FeCl3為原料，加入適量的金屬粉，進(jìn)行水熱還原，分別用尿素和氨水作沉淀劑，水熱制備出80~160nm棒狀Fe3O4和80nm板狀Fe3O4，通過(guò)類(lèi)似的反應(yīng)制備出30nm球狀NiFe2O4及30nmZnFe2O4的納米粉末。第7頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水熱法可生長(zhǎng)低溫固相單晶，高粘度材料；優(yōu)點(diǎn)：a、可生長(zhǎng)高蒸汽壓、分解壓的材料，

b、可生長(zhǎng)高蒸汽壓、分解壓的材料，ZnO2，

VO2c、晶體發(fā)育好，幾何形狀完美，質(zhì)量好。缺點(diǎn)：設(shè)備要求高；需要優(yōu)質(zhì)籽晶不能直接觀察，生長(zhǎng)速率慢，周期長(zhǎng)（50~30天）。水熱法的優(yōu)缺點(diǎn)第8頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)氣相凝聚法

1994年W.Chang提出一種新的納米微粒合成技術(shù)——化學(xué)氣相凝聚法（簡(jiǎn)稱CVC法），成功的合成了SiC、ZrO和TiO等多種納米顆粒?；瘜W(xué)氣相凝聚法是利用氣相原料通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成基本粒子并進(jìn)行冷凝聚合成納米微粒的方法。該方法主要是通過(guò)金屬有機(jī)前驅(qū)物分子熱解獲得納米晶體。利用高純惰性氣體作為載體氣體，攜帶有機(jī)金屬前驅(qū)物。第9頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)氣相凝聚法控制閥原料載體氣體氣流控制器針閥通往泵工作室冷或熱襯底刮力漏斗收集器爐子氣體粒子CVC工作原理示意圖第10頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)氣相凝聚法

六甲基二硅烷和惰性氣體充入鉬絲爐，爐溫為1100~1400℃，氣體壓力保持在100~1000Pa的低壓狀態(tài)下，在此環(huán)境下原料熱解成團(tuán)簇，進(jìn)而凝聚成納米粒子。最后附著在內(nèi)部充滿液氮的轉(zhuǎn)動(dòng)襯底上，經(jīng)刮刀刮下進(jìn)入納米粉收集器，晶體在慢慢的成大。利用這種方法可以合成粒徑小、分布窄，無(wú)團(tuán)簇的多種納米晶體。第11頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月固相反應(yīng)法（燒結(jié)法）

固相反應(yīng)法是陶瓷材料晶體合成的基本手段，也可獲得單一的金屬氧化物，但氧化物以外的物質(zhì)如碳化物，硅化物等以及含兩種金屬元素以上的氧化物制備僅僅用燒結(jié)則是很難制備的。燒結(jié)法除了化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行以外，有兩個(gè)步驟。一是燒結(jié)，二是晶體生長(zhǎng)，這兩種現(xiàn)象均在原料和反應(yīng)生成物的出現(xiàn)。燒結(jié)和晶體生長(zhǎng)是完全不同于固相反應(yīng)現(xiàn)象，燒結(jié)的粉體在低于其熔點(diǎn)的溫度以下的顆粒。第12頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月固相反應(yīng)法（燒結(jié)法）原料原料稱量稱量