2-水热与溶剂热法

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1、材料合成技术与方法材料合成技术与方法第二章水热与溶剂热合成方法原理参考书1、教材，第二章2.1水热与溶剂热法发展2、材料科学基础，潘金生等，清华大学出版社，P4872.2水热与溶剂热法原理3、无机材料合成，刘海涛等，化学工业出版社，2.3水热与溶剂热法合成工艺P2712.4水热与溶剂热法应用材料合成技术与方法材料合成技术与方法海底水热环境与水热合成左图为海底水热环境，上图为火上大量硫化物沉积形成纳米丝状物FromSherryLCady,Trendsinmicrobiology,9,2001材料合成技术与方法水热合成领域发展的重要日期年代姓名设备注解1845Sc

2、hathautl，Papins反应器合成石英微晶2.2水热与溶剂热法原理K．F．E1848Bunsen，R．厚壁玻璃管合成碳酸盐一、基本概念在金属反应釡放入合成了矿物碳酸盐，硫酸1851de’senarmant，H．玻璃安瓶盐，硫化物，氟化物二、基本原理1873Chrustschoff，Von贵金属衬里腐蚀性溶剂的防护装置三、适用范围1914Morey，G．W．More-型反应釡标准化的密闭体系很高的压力和温度1923Adams，Smith，内热式反应釡≥10kPa，≥1400℃1943Nachen，R．创造了工业生产水晶将水热法引人固态物理1949Tuttl

3、e，O．F．“冷封”或试管反应装置超高压和超高温1973Capponi，J．J．改进了的仪器≥10kPa，≥1500℃1材料合成技术与方法材料合成技术与方法一、基本概念二、基本原理
定义：在密闭体系中，在一定温度（100～1000℃）和压强（1～100MPa）的条件下，利用溶液中的物质化学反应所进行的合成，通常是在1、反应过程驱动力不锈钢反应釜内进行。2、反应机制
分类：反应溶剂3、反应原理水热合成反应：水溶液4、反应特点溶剂热合成反应：非水有机溶剂
目的：水热（溶剂热）合成化学侧重于研究水热合成条件下物质的反应性，合成规律以及合成产物的结构、性质与应用。材料

4、合成技术与方法材料合成技术与方法2、类型（反应机制）1、反应过程驱动力1）均匀溶液T和P↑，溶质的溶解度↓，结晶态析出最后可溶的前驱体或中间产物与最饱和和析出终产物之间的溶解度差，即反应向吉溶解：水热反应初期，前驱物微粒之间的团聚和连接破坏，以离子或布斯自由能减小的方向进行。2）溶解-结晶离子团的形成进入溶液，形核-结晶：溶质的浓度>形核所需饱和度，形核-结晶，继续溶解溶解：浓度<前驱物的溶解度，继续溶解3）原位结晶经脱去羟基或水，原子原位重排转变为结晶态材料合成技术与方法材料合成技术与方法3、反应原理•结晶过程的基础是相平衡或溶解度。实质：结晶过程•推动力：

5、溶液的过饱和度晶体生长成核晶核长大，成为宏观•分为两步：产生微观的晶粒的晶体。作为结晶的核心，1）溶解度称晶核，过程称成成核理论核2）过饱和度结晶过程的两个步骤：晶体生长理论3）形核和形核速率4）生长理论晶浆（悬浮体）：由溶液结
母液：晶浆去除了悬浮晶出来的晶体与预留下来于其中的晶体后所余留的的溶液构成的混合物晶体后所余留的溶液。2材料合成技术与方法材料合成技术与方法3、反应原理定义1）溶解度影响因素1）溶解度溶解度曲线
定义：在一定条件下平衡时的最大浓度。通溶解度关系常规定在一定温度下某物质在100克溶剂中所2）过饱和度能溶解的克数。
影响因素：3）形核和形

6、核速率–溶质溶解度与其化学性质、温度、pH值、溶剂的种类、溶剂的组成和离子强度等有关。4）生长理论–溶质只有在过饱和溶液中才能析出。材料合成技术与方法材料合成技术与方法
溶解度关系
溶解度曲线•固液相平衡的条件:
溶解度与粒度的关系:三种类型µL=µS*2Mσ快、中、小iicr()=cexpνRTrρ特征：
常用的经验公式:cr()—粒径为的溶质的溶解度，rkg/kg（溶剂）；*c—正常平衡溶解度，kg/kg（溶剂）；正溶解度特征：温度升高，溶解度增加aρ—固体密度，kg/mol；lnx=+bTM—溶质的摩尔质量，kg/mol;逆溶解度特征：温

7、度升高，溶解度下降2σ—与溶液接触的结晶表面的界面张力，J/m;折点：形成水合物的物质在其溶解度曲线上有折点lnx=A+B+ClnTν—每分子电解质形成的粒子数，对于非电解质为1。T材料合成技术与方法材料合成技术与方法
过饱和度曲线和介稳区2）饱和度•两线
基本概念–AB曲线：饱和曲线。确定一条曲线•饱和溶液：当溶液中溶质浓度=该溶质在同等–CD曲线：过饱和曲线。条件下的饱和溶解度时，该溶液称为饱和溶一丛曲线。与搅拌强度、晶种大小与多寡、冷却速率液。快慢有关•三区•过饱和溶液：溶质浓度>饱和溶解度时，该溶–稳定区，溶液尚未达到饱液称之为过饱和溶液。和，没有结晶

8、的可能初始状态为E的结晶溶液，通过–介