改進(jìn)的水熱法在無(wú)機(jī)非金屬材料制備中的應(yīng)用研究

黨參 歐陽(yáng)政

摘? 要：改進(jìn)水熱法是改良原有水熱法中技術(shù)聯(lián)用、加熱方式、反應(yīng)介質(zhì)的一個(gè)過(guò)程，基于此，文章將從當(dāng)前水熱法的概況出發(fā)，分析制作無(wú)機(jī)非金屬材料過(guò)程中改進(jìn)水熱法的運(yùn)用，探究改進(jìn)水熱法在未來(lái)的發(fā)展方向，希望為相關(guān)人員提供一些幫助和建議，更好地制作無(wú)機(jī)非金屬材料，發(fā)揮改進(jìn)水熱法的重要作用。

關(guān)鍵詞：材料制備;無(wú)機(jī)非金屬;水熱法

中圖分類號(hào)：TB321? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）09-0178-02

Abstract： Improving hydrothermal method is a process of improving the combination of technology， heating mode and reaction medium in the original hydrothermal method. Based on this， this paper will analyze the application of improved hydrothermal method in the process of making inorganic non-metallic materials from the general situation of hydrothermal method at present. To explore the development direction of improved hydrothermal method in the future， hoping to provide some help and suggestions for relevant personnel， better production of inorganic non-metallic materials， play an important role in improving hydrothermal method.

Keywords： material preparation; inorganic nonmetal; hydrothermal method

引言

所謂水熱法，指的是以壓力密閉容器為載體、以水為容器，將晶體溶解并再次結(jié)晶來(lái)制作無(wú)機(jī)非金屬材料的一種方法，和其它類型的制備方法相比較，通過(guò)水熱法生成的晶體具有很輕的顆粒團(tuán)聚、均勻的分布、較小的力度、完整的顆粒發(fā)育，能夠使用相對(duì)便宜的原材料，可以獲得理想的晶形與化學(xué)計(jì)量物，特別是水熱法可以防止制作材料時(shí)出現(xiàn)的雜質(zhì)、缺陷、晶粒過(guò)大等問(wèn)題。近年來(lái)，相關(guān)學(xué)者開始對(duì)水熱法進(jìn)行改進(jìn)。因此，研究改進(jìn)水熱法的運(yùn)用具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1 當(dāng)前水熱法的概況

從十九世紀(jì)中葉便出現(xiàn)了水熱法的概念，當(dāng)時(shí)非金屬材料是科學(xué)家們研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，因此水熱法一經(jīng)提出便廣泛用于材料制備中。水熱法能夠使不溶解、很難溶解的一些物質(zhì)在高壓反應(yīng)釜的高溫條件下產(chǎn)生溶解，然后讓物質(zhì)重新結(jié)晶。當(dāng)處于高溫條件時(shí)，水將出現(xiàn)增加離子積、減小密度等多種變化，其電離常數(shù)也會(huì)不斷增大，這使得晶粒的多種缺陷得以彌補(bǔ)。水熱法用到的主要設(shè)備為高壓釜，該裝置具有較強(qiáng)的高壓、高溫承受力，能夠承受住109帕高壓與11000攝氏度高溫，而且其防爆裝置與密封系統(tǒng)也十分可靠、穩(wěn)定。高壓釜在制作時(shí)應(yīng)根據(jù)1比16的比例來(lái)進(jìn)行，這樣能夠通過(guò)合理的比例對(duì)反應(yīng)中各階段的溫度進(jìn)行充分控制，使制作無(wú)機(jī)非金屬材料的過(guò)程順利完成。

2 制作無(wú)機(jī)非金屬材料過(guò)程中改進(jìn)水熱法的運(yùn)用

2.1 影響水熱法制作無(wú)機(jī)非金屬材料的主要因素及改進(jìn)內(nèi)容

（1）影響因素

制作無(wú)機(jī)非金屬材料時(shí)，采用水熱法會(huì)受多種因素的影響，具體表現(xiàn)在四個(gè)方面。

首先，水熱法會(huì)受壓力因素與溫度因素的影響。根據(jù)動(dòng)力學(xué)的基本原理，壓力、溫度和微粒的生長(zhǎng)速度、運(yùn)動(dòng)速度間存在正相關(guān)的關(guān)系，即填充度一定時(shí)，若增加反應(yīng)速度，則生成晶體的速度便會(huì)加快[1]。并且反應(yīng)溫度一定時(shí)，若增加填充度，則晶體就會(huì)加快其成長(zhǎng)速度。而溫度如果太高，壓力便會(huì)越來(lái)越大，使得結(jié)晶過(guò)程中出現(xiàn)晶粒缺陷。

其次，水熱法會(huì)受處理時(shí)間的影響。一般來(lái)說(shuō)，溶液加熱時(shí)間基本上等同于水熱處理時(shí)間，但是普通加熱和水熱二者過(guò)程存在一定的差異，使用水熱法加熱時(shí)，工作人員可以更加便捷地對(duì)其進(jìn)行控制，從這里我們可以看出，生成晶體時(shí)間和水熱處理時(shí)間也具有正相關(guān)的關(guān)系。經(jīng)過(guò)越長(zhǎng)時(shí)間的水熱，生成出的晶粒會(huì)越好、越完整。

再次，水熱法會(huì)受溶液pH值的影響。相關(guān)學(xué)者經(jīng)過(guò)一系列研究發(fā)現(xiàn)，如果溶液pH值在反應(yīng)過(guò)程中越高，則磁化飽和度強(qiáng)度也會(huì)變得更大，不過(guò)其存在中間的分界值，在pH值為10.5時(shí)，就會(huì)不斷降低磁化飽和度當(dāng)前強(qiáng)度。從這個(gè)角度來(lái)看，工作人員在采用水熱法的過(guò)程中，應(yīng)充分、合理地調(diào)節(jié)溶液當(dāng)前pH值，只有這樣，才可以讓水熱法的化學(xué)反應(yīng)處于正常狀態(tài)。

最后，水熱法會(huì)受加料方法與分散劑的影響。水熱法的整個(gè)水熱過(guò)程中，需要將一定量分散劑加入其中，發(fā)揮對(duì)粉末晶化流程的促進(jìn)作用，使不同顆粒間相互吸附力大大減少，并增加產(chǎn)出的晶體均勻、細(xì)小的程度。

（2）改進(jìn)內(nèi)容

伴隨科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，水熱法也在不斷升級(jí)、更新與改良，以此為背景，改進(jìn)水熱法得到了部分領(lǐng)域的大量應(yīng)用，獲得了業(yè)界的一致肯定與認(rèn)同。整體來(lái)看，改進(jìn)水熱法內(nèi)容如下。首先，改進(jìn)水熱法反應(yīng)過(guò)程中，比起原有的液相介質(zhì)，當(dāng)前液相介質(zhì)發(fā)生了較大改變，改進(jìn)水熱法能夠支持多種液相介質(zhì)和水反映，使反應(yīng)的整體速度大大加快。其次，改進(jìn)水熱法在加熱時(shí)不會(huì)采用原有加熱方法，主要以微波加熱法來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱，通過(guò)微波的加熱，可以對(duì)整個(gè)反應(yīng)體系的加熱分子狀態(tài)起到促進(jìn)作用。再次，改進(jìn)水熱法具有較強(qiáng)共通性，工作人員可以在同一時(shí)間使用多種類型的水熱法，讓它的使用范圍的得以拓展。在長(zhǎng)期應(yīng)用實(shí)踐也表現(xiàn)出顯著的效果[2]。最后，原有水熱法不能在常溫時(shí)作出液相反應(yīng)，采用改進(jìn)水熱法能夠使這一問(wèn)題得到有效解決，并加快生成晶體的速度。與此同時(shí)，比起原有水熱法，改進(jìn)水熱法具有更低的條件要求、更好的利用率、更短的反應(yīng)時(shí)間等多種優(yōu)點(diǎn)。

2.2 改進(jìn)水熱法的具體應(yīng)用

目前，微波水熱法、凝膠溶膠水熱法、水熱沉淀法等多種改進(jìn)水熱法都在制作無(wú)機(jī)非金屬材料中得到了人們的應(yīng)用。

（1）微波水熱法

微波水熱法是多種改進(jìn)水熱法其中之一。工作人員在運(yùn)用該方法制作無(wú)機(jī)非金屬材料時(shí)，能夠均勻地加熱材料，使其受到溫度與壓力等負(fù)面因素影響的程度降低，有效提高無(wú)機(jī)非金屬材料產(chǎn)出率[3]。與此同時(shí)，微波水熱法使原有加熱方法產(chǎn)生了較大的改變，該方法的熱量主要通過(guò)損耗相關(guān)電磁場(chǎng)介質(zhì)而產(chǎn)生。從這里我們不難發(fā)現(xiàn)，微波水熱法對(duì)熱量的充分利用使制備無(wú)機(jī)非金屬材料的整體效率全面提升，逐漸變成現(xiàn)階段制作無(wú)機(jī)非金屬材料的主要目標(biāo)。另外，微波水熱法具有制作效率高、方便工作人員操作、適用范圍廣泛、實(shí)用性強(qiáng)等諸多特點(diǎn)。

（2）凝膠溶膠水熱法

制作無(wú)機(jī)非金屬材料時(shí)，凝膠溶膠水熱法是工作人員使用較多的一個(gè)方法。凝膠溶膠水熱法具有較高的安全性能與較強(qiáng)的穩(wěn)定性能，可以充分確保產(chǎn)出質(zhì)量的可靠性，讓顆粒中沒(méi)有雜質(zhì)并且分布得十分均勻。工作人員在對(duì)該方法進(jìn)行使用時(shí)，首先應(yīng)進(jìn)行合格凝膠與溶膠的制作，制作過(guò)程中應(yīng)確保溫度符合有關(guān)規(guī)定，并處于一定范圍中，然后借助水熱法來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。這樣一來(lái)，不但可以高效制作無(wú)機(jī)非金屬材料，還能增強(qiáng)無(wú)機(jī)非金屬材料整體質(zhì)量。從這里我們能夠發(fā)現(xiàn)，將凝膠溶膠水熱法應(yīng)用于制作無(wú)機(jī)非金屬材料，可以增加粉體的均勻性，簡(jiǎn)化工藝流程，讓工作人員操作更加方便。但是，該方法還有許多不足之處，需要進(jìn)一步優(yōu)化。

（3）水熱沉淀法

除了上述的兩種改進(jìn)水熱法外，還有一種近年來(lái)新型的水熱法，那就是水熱沉淀法，該方法和其他兩種改進(jìn)水熱法相比，具有更短的生產(chǎn)時(shí)間、更簡(jiǎn)單的工作流程、更便捷的操作方法，使得無(wú)機(jī)非金屬材料得以快速、有效地制作。所謂水熱沉淀法，指的是水熱整個(gè)過(guò)程中，借助相關(guān)沉淀原理，使用特定量沉淀劑，隨后提取出包含的金屬氧化物，從而實(shí)現(xiàn)制作無(wú)機(jī)非金屬材料的過(guò)程。

3 改進(jìn)水熱法在未來(lái)的發(fā)展方向

在未來(lái)，水熱法在更低的合成壓力與更低的合成溫度上的探索依舊是一個(gè)主要研究方向，并且水熱法和其他類型技術(shù)的有機(jī)結(jié)合也是一個(gè)熱門發(fā)展方向，能夠使水熱法實(shí)現(xiàn)一定程度的革新與改進(jìn)。例如，我國(guó)某個(gè)知名學(xué)者經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，水熱法和超重力之間可能存在良好的配合效果，通過(guò)一系列理論分析，表明了二者結(jié)合的可行性，然后進(jìn)行了具體實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中，該學(xué)者充分結(jié)合了水熱法和超重力，制作出了一種綠色阻燃?xì)溲趸X的納米材料，得到了業(yè)界的肯定和認(rèn)同。從這個(gè)案例中我們能夠看出，有機(jī)化學(xué)和無(wú)機(jī)化學(xué)存在相輔相成、依存促進(jìn)的關(guān)系，化學(xué)科學(xué)和工程技術(shù)之間也有密不可分的內(nèi)在聯(lián)系，因此，多學(xué)科的綜合技術(shù)交叉運(yùn)用有利于改進(jìn)水熱法的發(fā)展。

在中國(guó)，改進(jìn)水熱法能夠充分用于制作鈦鹽、鎂鹽、陶瓷等非金屬的材料和銀、鈷、銅、金、鎳等金屬材料，部分材料制備逐漸步入擴(kuò)大生產(chǎn)時(shí)期，從事無(wú)機(jī)非金屬的改進(jìn)水熱法制備企業(yè)也在不斷增多，不過(guò)我國(guó)和西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比較依然有很大差距存在，仍有多種問(wèn)題需要解決。例如，國(guó)內(nèi)某學(xué)者進(jìn)行了制作無(wú)機(jī)非金屬材料的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中，該學(xué)者發(fā)現(xiàn)在鋅鋁水滑石規(guī)整程度相同時(shí)，改進(jìn)水熱法和原有水熱法相比會(huì)降低45攝氏度左右的溫度，該問(wèn)題對(duì)科學(xué)、高效地制作無(wú)機(jī)非金屬材料產(chǎn)生了一定負(fù)面影響。改進(jìn)水熱法的應(yīng)用，一方面需要高壓和高溫，阻礙材料的擴(kuò)大化生長(zhǎng)，另一方面難以對(duì)晶體具體生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地分析與觀察，使得相關(guān)人員研究晶體生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程較為困難。因此，應(yīng)積極將多學(xué)科交叉的全新技術(shù)引入到改進(jìn)水熱法中，持續(xù)地優(yōu)化、完善和改進(jìn)傳統(tǒng)水熱法，使其得到更好地應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，研究制作無(wú)機(jī)非金屬材料過(guò)程中改進(jìn)水熱法的運(yùn)用具有十分重要的意義。相關(guān)人員應(yīng)對(duì)當(dāng)前水熱法概況有一個(gè)全面的了解，掌握影響水熱法制作無(wú)機(jī)非金屬材料的主要因素，將原有水熱法科學(xué)、合理地改進(jìn)成微波水熱法、凝膠溶膠水熱法、水熱沉淀法等，使改進(jìn)水熱法能夠更加全面、深入、有效地運(yùn)用到無(wú)機(jī)非金屬材料的制作，不斷推動(dòng)水熱法朝著更好的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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