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1、低热固相反应在材料合成中的应用中国材料科技与设备(双月刊)材料综述2006年?第3期低热固相反应在材料合成中的应用蒋呈奎,唐新村,潘春跃',金乐,刘宗耀(1.中南大学化学化工学院,湖南长沙410083;2.湖南大学环境科学与T程学院,湖南长沙410082)摘要:介绍了低热固相反应机制的研究进展,反应特点及影响低热固相反应的一些因素.重点阐述了低热固相反应在纳米材料,有机合成,电池材料,气敏材料以及其它一些功能材料中的应用.阐明低热固相反应确实是新型材料制备的一种简便,有效并有光明前景的方法.关键词:低热固
2、相反应;反应机制;材料合成0引言材料是指包括金属,无机非金属和有机高分子在内的各类化学物质,主要是固态物质,它们构成了现代发达社会的物质基础.以前,人们认为具有品格结构的固体物质是较难进行化学反应的,因此通常用呈液态的化学物质进行化学反应合成来得到我们所需的材料.上个世纪20年代,人们开始研究有固体物质参与的化学反应,但由于课题有限及试验手段的缺乏,固相反应的发展较缓慢.到了60年代,随着一些新技术领域的兴起及试验手段(如各种能谱,波谱和电镜等)的发展,固相反应的研究才开始了一个蓬勃发展的新阶段.人们所说
3、的固相反应通常指的是高温固相反应.高温固相反应已是制备新型固体材料的主要手段之一.但长期以来,由于传统的材料主要涉及一些高熔点的无机同体,如硅酸盐,氧化物,金属合金等,通常合成反应多在高温进行,所得的是热力学稳定的产物,而那些介稳中间物或动力学控制的化合物往往只能在较低温度下存在,它们在高温时分解或重组成热力学稳定产物.为了得到介稳态固相反应产物,扩大材料的选择范围,有必要降低固相反应温度.低热固相反应叉叫室温固相反应,指的是在室温或近室温(≤100"12)的条件下,同相化合物之间所进行的化学反应….它是
4、上世纪8O年代末发展起来的一种新的合成方法.忻新泉等做了较为开创性的工作.1988年忻新泉等开始报导"固态配位化学反应研究"系列,探讨了室温或近室温条件下的固一固态化学反应.1990年开始合成新的原子簇化合物,并测定了数以百计的晶体结构.如今.室温固态化学反应在材料合成领域已经得到许多成功应用.正逐步发展成为合成领域的一个小分枝.在固相反应中,各固相反应物的晶格是高度有序的,晶格分子的移动较嗣难,只有合适取相的品面上的分子足够靠近才能提供合适的反应中心,使反应得以进行.这是固相反应特有的拓扑化学控制原理.
5、因此为了使反应进行或加速进行,有时需升高温度,机械研磨,光辐射,超声波甚至高压等手段.提高反应温度,这是高温固相反应的基本思路,而在低热条件下人们大多通过机械研磨来满足反廊要求.因此就有了机械低热固相化学反应这一概念.1低热固相反应机制进展在传统高温固相反应研究的基础上,人们通常将固相反应机制分为扩散控制型,相界反应型,形核长大型,幂定律型,自催化和化学反应型几大类,在这几类中叉分为若干种具体的形式与过程.Sestak等人还研究了反应动力学过程与各种反应机制之间的关系.在较长一段时间里,人们对低热同相反应
6、机制的理解也是通过和高温固相反应一样的方法,即先获得动力学参数,然后进一步推测与判断反应机制.然而,由于低维固体与三维固体结构上的差异及一些试验现象表明低热固相反应必然有其独特的扩散机制.90年代中期,Kaupp等通过原子力显微镜观察有机固相反应,提出了三步反应机理:相重建(Phaserebuil—ding),相转变(Phasetransformation),晶体分解或分离(Crystaldisintrtationordetachment).我国学者在低热固相反应这一领域也做了大量丁作.忻新泉等…,贾殿赠
7、和盂继本等对无机化合物体系和有机化合物体系的低热固相反应进行了大量的研究,通过低热固相反应合成了大量液相条件下无法得到的化合物.并总结了低热固相反应的一些影响因素,如反应物的结构,反应温度,反应物的酸碱度和结晶水等.忻新泉等认为低热固相反应的机理为扩散一反应一成核一产物晶粒生长四个过程.其中每一过程都可能成为决定反应速率的关键步骤.这一机理在宏观层次上概括了低热固相反应的一些规律,有助于低热固相反应研究的发展.最近,唐新村等针对低热条件下固态反应物分子如何克服固相物质扩散障碍而碰到一块进行固一固反应以及反
8、?作者简介:蒋呈奎(1982一),男,硕士研究生,主要从事无机材料及低热固相反应方面的研究.通讯联系人:唐新村(1972一),男,副教授.电话:0731—8836961,E-mail:tangxincun@163.com?18?赴—.!.!(中国材料科技与设备阿)2006年?第3期低热固相反应在材料合成中的应用中国材料科技与设备(双月刊)应到底遵循一个什么样的规律这两个问题,提出了低热固相反应的冷融熔机理和冷溶熔机理,其中冷融
