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晶体合成的几种方法
制作人:郝悦(10109110)
目录
水热法
化学气相凝聚法
固相反应法
水热法
水热法(Hydrothermal Synthesis),是指在特制的密闭反应器(高压釜)中,采用水溶液作为反应体系,通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气压),创造一个相对高温、高压的反应环境,使得通常难溶或不溶的物质溶解,并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。
水热法
水热技术具有两个特点:一是相对低的温度;二是在封闭的容器中进行。近年来,还发展出了电化学水热法和微波水热合成法,前者将水热法与电场相结合,而后者用微波加热水热反应体系。与一般湿化学法相比较,水热法可以直接得到分散且结晶良好的晶体,不需要做高温烧结处理,避免了硬团簇的出现。
上图带搅拌高压釜装置
水热法
生长装置——高压釜;
原料—溶解区,籽晶—生长区;
一块金属挡板,置于生长区和溶解区之间,以获得均匀的生长区域;
容器内部因上下部分的温差而产生对流,将高温的饱和溶液带至籽晶区形成过饱和溶液而结晶;
冷却析出部分溶解质后的溶液又流向下部,溶解培养料;
如此循环往复,使籽晶得以连续不断的生长。
左图为原理示意图
高压釜
籽晶
原料
水热法
a—水晶(a—SiO2)的水热生长
生长过程:水晶在高压釜内进行水热溶解反应,形成络合物,通过稳定对流从溶解区传递至生长区,把生长所需的溶质供给籽晶。
NaOH水溶液中生长a—SiO2条件:
培养料温度 400℃(釜外测定的温度)
籽晶温度 360℃(釜外测定的温度)
充满度 80%
压力 1500atm
同样条件下生长,氢化钠溶液所要求的温度梯度比碳酸钠溶液大得多。
水热法
制备ZrO2和SnO2晶体的水热生长
以ZrOCl2·8H2O和YCl3作为反应前驱物制备ZrO2晶体粒子,用金属Sn粉溶于硝酸,水热处理得分散的四方相SnO2。也可以用SnCl4·5H2O为前驱物可水热合成2~6nmSnO2晶体粒子。
制备NiFe2O4以及ZnFe2O4纳米晶的水热生长
以FeCl3为原料,加入适量的金属粉,进行水热还原,分别用尿素和氨水作沉淀剂,水热制备出80~160nm棒状Fe3O4和80nm板状Fe3O4,通过类似的反应制备出30nm球状NiFe2O4及30nmZnFe2O4的纳米粉末。
水热法
可生长低温固相单晶,高粘度材料;
优点:a 、可生长高蒸汽压、分解压的材料,
b、可生长高蒸汽压、分解压的材料,ZnO2,
VO2
c、晶体发育好,几何形状完美,质量好。
缺点: 设备要求高;
需要优质籽晶
不能直接观察,生长速率慢,周期长(50~30天) 。
水热法的优缺点
化学气相凝聚法
——化学气相凝聚法(简称CVC法),成功的合成了SiC、ZrO和TiO等多种纳米颗粒。化学气相凝聚法是利用气相原料通过化学反应形成基本粒子并进行冷凝聚合成纳米微粒的方法。
该方法主要是通过金属有机前驱物分子热解获得纳米晶体。利用高纯惰性气体作为载体气体,携带有机金属前驱物。
化学气相凝聚法
控制阀
原料
载体气体
气流控制器
针阀
通往泵
工作室
冷或热衬底
刮力
漏斗
收集器
炉子
气体
粒子
CVC工作原理示意图