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水熱反應(yīng)釜的應(yīng)用與研究進(jìn)展
水熱反應(yīng)釜的應(yīng)用與研究進(jìn)展
水熱反應(yīng)釜是介穩(wěn)微孔晶體材料沸石分子篩適宜的方法之一,，目前已獲得平衡缺陷晶體例如人工水晶（石英）,。而水熱或溶劑熱合成復(fù)合氧化物與復(fù)合氟化物陶瓷粉末、無機(jī)－有機(jī)雜化的硒酸鹽和亞磷酸鹽以及無機(jī)－有機(jī)納米復(fù)合材料,、固體雜化材料、金屬配位聚合物等已經(jīng)引起化學(xué)家和材料學(xué)家的廣泛關(guān)注,。水熱條件下合成的無機(jī)－有機(jī)雜化材料結(jié)構(gòu)可以是一維,，二維或三維的，其中螺旋結(jié)構(gòu)特別引人注目,。在水熱與溶劑熱條件下,，中間價(jià)態(tài)、介穩(wěn)態(tài)以及特殊物相易于生成,，因此能合成與開發(fā)特種介穩(wěn)結(jié)構(gòu),、特種凝聚態(tài)和聚集態(tài)的新物相，如特殊價(jià)態(tài)化合物,、金剛石和納米晶等,。
用水熱反應(yīng)釜可以開發(fā)出更多無機(jī)功能材料和新型無機(jī)化合物，這一合成技術(shù)的研究已經(jīng)擴(kuò)展到光電磁材料,、快離子導(dǎo)體,、鈦酸鹽鐵電壓電材料、無機(jī)微孔晶體材料,、無機(jī)發(fā)光材料以及各種氧化物粉體的合成,，在制備高純、均一,、超細(xì)的多組分納米粉體方面也顯示了很好的應(yīng)用前景,。除了以水為溶劑外，介質(zhì)溶劑也得到大大的擴(kuò)展,，眾多的非水溶劑在水熱合成中使用,。用非水溶劑代替水的合成方法稱為溶劑熱。非水溶劑熱技術(shù)對(duì)于具有優(yōu)異性能的金屬－非金屬納米材料如氮化物,、碳化物,、硼化物、硫化物等的合成更為有效,。
水熱反應(yīng)釜在無機(jī)合成中的應(yīng)用,，包括有微孔材料的水熱溶劑熱合成；納米材料的水熱溶劑熱合成,，還可制備多種功能陶瓷納米材料,；特殊結(jié)構(gòu)、凝聚態(tài)材料的水熱溶劑熱合成,，如超硬材料GaN和金剛石,、螺旋和手性結(jié)構(gòu)和特殊配位狀態(tài)化合物的合成。目前*人工合成的含五配位鈦化合物Na4Ti2Si8O22 •4H2O就是利用水熱合成方法得到的,。利用水熱和溶劑熱合成方法還可以進(jìn)行無機(jī)化合物的合成,。很多工業(yè)上重要的晶體以及具有光,、電、磁功能的復(fù)合氧化物和氟化物也可以通過水熱法生長(zhǎng),。目前,，水熱法已合成了包括磷酸鋁、磷酸鎵,、方解石,、多種寶石(如紅寶石、藍(lán)寶石,、祖母綠等) 和磷酸鈦鉀(KTP) 等近百種晶體,。利用水熱反應(yīng)釜合成的具有良好超導(dǎo)性和鐵磁性的復(fù)合氧化物包括有高溫超導(dǎo)體La(Y)－Ba－Cu－O系列，La2Ti (Mn或Sn)CuO6系列等,。水熱反應(yīng)大多在中溫進(jìn)行,，廣泛應(yīng)用于無機(jī)－有機(jī)復(fù)合材料的合成。這類化合物在對(duì)映異構(gòu)體的分離,、手性合成,、配體交換以及選擇催化有重要的用途。
制備CdS納米材料的各種工藝,，其中水熱－溶劑熱法是一種重要的方法,，倍受研究者的關(guān)注。同時(shí),，水熱反應(yīng)釜制備納米晶的過程中，也受到一定的限制,。在水為溶劑的反應(yīng)下,，有些反應(yīng)物分解或有些反應(yīng)不能發(fā)生。因此,，用非水溶劑如乙醇,、甲醇、苯等代替水作為溶劑,，通過溶劑熱反應(yīng)代替水熱反應(yīng),可以很好地制備前驅(qū)體對(duì)水敏感的納米晶化合物,。
應(yīng)用水熱反應(yīng)釜可以制備大多數(shù)技術(shù)領(lǐng)域的材料和晶體，而且制備的材料和晶體的物理與化學(xué)性質(zhì)也具有其本身的特異性和優(yōu)良性,。如美國(guó)學(xué)者在超臨界水熱體系中合成出金剛石,。我國(guó)學(xué)者在非水體系中合成出氮化鎵、金剛石以及系列硫化物納米晶,，在水熱體系中合成特種五配位鈦催化劑,。一系列中高溫高壓水熱反應(yīng)的開拓及在此基礎(chǔ)上開發(fā)出來的水熱合成、溶劑熱合成反應(yīng),，已成為目前多數(shù)無機(jī)功能材料,、特種組成與結(jié)構(gòu)的無機(jī)化合物以及特種凝聚態(tài)材料,，如納米粒子、復(fù)雜價(jià)態(tài)固體,、溶膠與凝膠,、平衡缺陷晶體、非晶態(tài),、無機(jī)膜,、單晶等合成的重要途徑。利用水熱反應(yīng)釜得到的產(chǎn)物包括有雙摻雜二氧化鈰固體電解質(zhì),、巨磁阻材料,、超導(dǎo)材料以及非線性光學(xué)材料。
無機(jī)納米材料的水熱合成及其衍生方法,，用水熱反應(yīng)釜制備的粉體已經(jīng)達(dá)到數(shù)納米的水平,。水熱合成已成功制備出許多材料，其中代表性的就是一系列的硅酸鈣水合物,。堿土金屬鈦酸鹽以其優(yōu)良的介電常數(shù)和熱參變數(shù),，被廣泛的應(yīng)用于電子陶瓷材料、半導(dǎo)體陶瓷,、壓電陶瓷,、壓電式拾音器和電子計(jì)算機(jī)的記憶元件等各種壓電材料。該材料的水熱合成研究近年來得到了廣泛的關(guān)注,。以有機(jī)溶劑代替水的溶劑熱反應(yīng)和用微波進(jìn)行加熱的微波－水熱反應(yīng)也是近年來材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),。
水熱反應(yīng)釜可用來生長(zhǎng)各種單晶，制備超細(xì),、無團(tuán)聚或少團(tuán)聚,、結(jié)晶完好的陶瓷粉體，應(yīng)用有水熱晶體生長(zhǎng),，水熱法制備粉體（微晶?；蚣{米晶粒）以及水熱法制備薄膜。
軟化學(xué)及軟化學(xué)合成法研究發(fā)現(xiàn),，使用水熱反應(yīng)釜由于具有合成溫度低,、反應(yīng)時(shí)間短、產(chǎn)物純度高,、粒度小等優(yōu)點(diǎn)而成為有效的新材料合成方法之一,。水熱法通常在較低溫度下進(jìn)行，可以有效避免高溫相變的發(fā)生,，因而眾多介穩(wěn)相可通過水熱反應(yīng)加以合成,。如CrO2用其他方法無法得到，只有用水熱反應(yīng)釜才能合成,。
水熱反應(yīng)釜在功能無機(jī)化合物的合成被廣泛應(yīng)用,，這些無機(jī)物包括固體快離子導(dǎo)體,、化學(xué)傳感材料、復(fù)合氧化物電子材料,、鐵氧體磁性材料,、非線性光學(xué)材料等。此外,，水熱合成又是特種凝聚態(tài)材料如微孔材料的重要合成途徑,。研究者對(duì)制備PZT粉體的方法進(jìn)行研究分析，指出在溫和的水熱條件下合成PZT壓電陶瓷納米粉體,，較其它PZT粉體合成方法－高溫固相合成法,、化學(xué)共沉淀法以及溶膠－凝膠法, 晶化溫度大大降低，可以得到較好晶形的PZT粉體,。
用非水溶劑如乙醇,、苯等代替水作為溶劑衍生出的使用水熱反應(yīng)釜是近年來材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。溶劑熱合成納米功能材料是一種經(jīng)濟(jì)的材料制備新途徑,。通過溶劑熱反應(yīng)已經(jīng)制備了大量前驅(qū)體對(duì)水敏感的納米晶化合物,。溶劑熱法廣泛應(yīng)用于許多無機(jī)材料的晶體生長(zhǎng)，如沸石,、石英,、金屬碳酸鹽、磷酸鹽,、氧化物和鹵化物以及Ⅲ－Ⅴ族和Ⅱ－Ⅵ族半導(dǎo)體的研制,。另外，應(yīng)用溶劑熱方法已成功地合成出許多配合物及硫?qū)僭鼗衔锖土讓僭鼗衔铩?br />有機(jī)溶劑熱法合成納米材料的研究與發(fā)展,，指出水熱反應(yīng)釜有機(jī)溶劑熱法逐漸成為納米材料的重要合成技術(shù),。目前已報(bào)道的溶劑熱合成納米材料的途徑主要包括：溶劑熱元素反應(yīng)、溶劑熱結(jié)晶,、溶劑熱沉淀、溶劑熱分解等,。隨著納米材料合成研究的需要,，溶劑熱合成已擴(kuò)展到醇類、胺類,、烷烴等眾多溶劑,。用溶劑熱合成的納米材料的種類很多，如新型沸石分子篩,、Ⅲ－Ⅴ族化合物及一維半導(dǎo)體等,。
水熱反應(yīng)釜在建筑陶瓷工業(yè)中的應(yīng)用，表示水熱法一直主要用于地球科學(xué)研究,，二戰(zhàn)以后才逐漸用于單晶生長(zhǎng)等材料的制備領(lǐng)域,。實(shí)現(xiàn)建筑陶瓷產(chǎn)品的智能化和潔凈化可以通過水熱技術(shù)和濕化學(xué)技術(shù)來進(jìn)行,。水熱合成法是對(duì)于具有特種結(jié)構(gòu)、功能性質(zhì)的固體化合物和新型材料的重要合成途徑和有效方法,。