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水熱合成概述
水熱合成生長晶體,，是19世紀(jì)中葉地質(zhì)學(xué)家模擬自然界成礦作用而開始研究的,，地質(zhì)學(xué)家Murchison使用“水熱”一詞,，1905年水熱合成開始轉(zhuǎn)向功能材料的研究,。自l9世紀(jì)7O年代興起水熱合成制備超細(xì)粉體后很快受到世界許多國家的重視訝,。水熱法(Hydrotherma1),，屬液相化學(xué)的范疇,，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)行無機(jī)合成與材料處理的一種有效方法。在常溫常壓下一些從熱力學(xué)分析看可以進(jìn)行的反應(yīng),，往往因反應(yīng)速度極慢,，以至于在實(shí)際上沒有價(jià)值，但在水熱條件下卻可能使反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn),。這主要因?yàn)樵谒疅釛l件下,，水的物理化學(xué)性質(zhì)(與常溫常壓下的水相比)將發(fā)生下列變化：①蒸汽壓變高,；②粘度和表面張力變低；③介電常數(shù)變低,；④離子積變高,；⑤密度變低；⑥熱擴(kuò)散系數(shù)變高等,。在水熱反應(yīng)中,，水既可作為一種化學(xué)組分起作用并參與反應(yīng)，又可是溶劑和膨化促進(jìn)劑,，同時(shí)又是壓力傳遞介質(zhì),，通過加速滲透反應(yīng)和控制其過程的物理化學(xué)因素，實(shí)現(xiàn)無機(jī)化合物的形成和改進(jìn),。水熱合成法既可制備單組分微小單晶體,，又可制備雙組分或多組分的特殊化合物粉末，克服某些高溫制備不可克服的晶形轉(zhuǎn)變,、分解,、揮發(fā)等。并且用水熱合成制備出的納米晶,，晶粒發(fā)育完整,、粒度分布均勻、顆粒之間少團(tuán)聚,，原料較便宜,，可以得到理想的化學(xué)計(jì)量組成材料，顆粒度可以控制,，生成成本低,。水熱法在合成配合物方面具有如下優(yōu)勢(shì)：①明顯降低反應(yīng)溫度(100℃一250℃)；②能夠以單一步驟完成產(chǎn)物的合成與晶化(不需要高溫?zé)崽幚?,、流程簡單,；③能夠很好地控制產(chǎn)物的理想配比；④制備單一相材料,；⑤可以使用便宜的原材料,，成本相對(duì)較低；⑥容易得到好取向,，更完整的晶體,；⑦在成長的晶體中，比其他方法能更均勻地進(jìn)行摻雜,；⑧能調(diào)節(jié)晶體生長的環(huán)境,。水熱合成法也存在著一些缺點(diǎn)。由于水熱反應(yīng)在高溫高壓下進(jìn)行，因此對(duì)高壓反應(yīng)釜進(jìn)行良好的密封成為水熱反應(yīng)的先決條件,，這也造成水熱反應(yīng)的一個(gè)缺點(diǎn)：水熱反應(yīng)的非可視性,。只有通過對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的檢測(cè)才能決定是否調(diào)整各種反應(yīng)參數(shù)。前蘇聯(lián)科學(xué)院Shubnikov結(jié)晶化學(xué)研究所的Popolitov等人在 1990年報(bào)道了用大塊水晶晶體制造了透明高壓反應(yīng)釜吲,，使得人們*次直接看到了水熱反應(yīng)過程,，實(shí)現(xiàn)根據(jù)反應(yīng)隨時(shí)調(diào)節(jié)條件的理想。另外,，水熱合成往往只適用于氧化物功能材料或少數(shù)一些對(duì)水不敏感的硫?qū)倩锏闹苽渑c處理,。這些缺陷已被溶劑熱法所彌補(bǔ)。