改進的水熱法在無機非金屬材料制備中的應用

王娟 羅旋

摘 要：水熱法在無機非金屬材料的制備過程中有著十分廣泛的應用，由于種類繁多，在實際應用中，對于不同溶劑的作用也是不同的，在無機非金屬材料制備中，將改進的水熱法所蘊含的優勢充分的體現出來，能有效提升材料制備的效率。在目前相關領域發展狀況來看，改進的熱水法在無機非金屬材料制備中的應用取得良好效果。本文主要分舉例析了改進的熱水法在無機非金屬材料制備中的應用。

關鍵詞：改進的熱水法；無機非金屬材料；應用；問題

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.043

在密封的壓力容器中，以粉體經溶解和再結晶、水作為溶劑制備材料的方法稱之為水熱法。通過水熱法制備需要高溫煅燒處理的物質，如陶瓷粉體毋，避免了晶粒在煅燒過程中長大、形成缺陷和引入雜質，因此所制得的粉體具有較高的燒結活性，將一定形式的前驅物放置在高壓釜水溶液中，在高溫、高壓條件下進行水熱反應，再經分離、洗滌、干燥等后處理的制粉方法。高效率低成本獲取優質無機材料的水熱技術，仍然是當今學者研究的重點對象[1]。改進的水熱法在反應介質、加熱方式等方面進行改良，取得了新的突破，不僅能夠合成新的物相，而且還可以降低水熱法的溫度和壓力。本文舉例說明了改進的熱水法在無機非金屬材料制備中的應用，同時也說明了其發展前景和面臨的主要問題。

1 改進的水熱法相關概述

最初，水熱法主要是合成水晶。水熱法已被廣泛地用于材料制備、化學反應和處理，并成為十分活躍的研究領域。水熱技術在合成晶體方面，知名度越來越高，基于社會不斷發展的需要，改進的熱水法在更多領域內都得到了有效的利用，提高了利用效率[2]。將其定義概括為：水熱過程是指在高溫、高壓下在水、水溶液或蒸汽等流體中所進行的有關化學反應的總稱。改進水熱法的產生主要有以下幾個方面：（1）主要采用微波加熱，逐漸淘汰了傳統的加熱方式。（2）不同水熱法能夠一起使用，一起反應，擴大了應用范圍，提高了反應效率。相比改進之前的水熱法，其節省了反應時間、降低了能源的消耗、對于溫度沒有過高的要求、反應速度也大大增加。相對于其他粉體制備方法，水熱法制得的粉體有很多優點：晶粒發育完整、粒度小且分布均勻、顆粒團聚較輕、易得到合適的化學計量物和晶形等[3]。

2 改進的熱水法在無機非金屬材料制備中的應用

首先是微波水熱法：在研制無機非金屬材料的時候采用微波水熱法，確保了水分粒子產生作用力，使其遷移或旋轉而產生的偶極轉向極化，使溫度不斷增加，進而發生化學反應[4]。微波加熱法實現了分子水平上的攪拌，使加熱更加均勻、物質升溫迅速，更好的提高能源利用率。例如：納米沸石的合成通常以水熱法為主，此外尚有模板法、氣固相法和微波加熱法等不同方法合成的范例[5]。結果表明，微波水熱法使單壁碳納米管具有更好的分散性和穩定性。以乙酸鋅和六次甲基四胺（HMT）為前驅體制成水溶液（n（乙酸 鋅）∶n（HMT）=1∶5），將紙質文物浸泡后放入微波爐低火加熱.通過對處理前后紙樣的外觀、抗張強度等性能檢測，發現外觀更加優美，規整性好，抗張強度更強；采用微波水熱法制備了優質堿式硫酸鎂晶須，結果發現，采用變頻微波加熱的方法，使獲得的優質堿式硫酸鎂晶須晶形好、分散性好，晶體表面光滑。

其次是水熱沉淀法：隨著水熱過程時間的推移，應用沉淀原理獲取沉淀劑，并且將該過程中產生的金屬氧化物加以提取。例如：在研制化合物ZrO2 的時候，在反應過程中加入適量的尿素，可以使反應體系速率得到提升，保證了最終產物的純度[6]。尿素隨著反應過程中溫度的不斷升高，被分解為氨氣和二氧化碳等物質，氨氣可以調節PH值，二氧化碳作為緩沖劑的構成部分對于堿溶液中不易溶解的沉淀物起到穩定作用，由此產生了優質的粉體：顆粒大小均勻，在實際生產中得到良好利用。

3 改進的熱水法的發展前景和存在問題

現階段，非金屬無機材料的應用已經滲透到人類生產中的各個方面，早期，國外一些先進學者對水熱法制備非金屬無機材料有所研究，我國雖然對于水熱法制定無機材料的相關研究起步較晚，與發到國家有所差距，但研究前景依然廣闊。另外，雖然水熱法在非金屬無機材料制備中占據重要地位，但是仍然存在較多問題：一方面，水熱法一般只能制備氧化物粉體，關于晶核形成過程缺乏科學的研究，對于晶體生長過程影響因素的控制等很多方面缺乏經驗；另一方面，水熱法需要高溫高壓步驟，使其對生產設備的依賴性比較強，這也影響和阻礙了水熱法的發展。

綜上所述，改進的水熱技術成本低、效率高、能耗少，并且突破了無機材料傳統水熱技術的研制模式，有很大的創新，實用性更好。在研制上，要不斷采用新的工藝和技術，盡可能完善該項技術自身存在的缺陷，使改進的熱水法在無機非金屬材料制備中的應用更加廣泛。

參考文獻：

[1]呂彥萍.改進的水熱法在無機非金屬材料制備中的應用[J].室內設計與裝修，2016，32（05）：66-68.

[2]舒一盟.改進的水熱法在無機非金屬材料制備中的應用初探[J].科學家，2017，68（14）：76-77.

[3]喻本明.改進的水熱法在無機非金屬材料制備中的應用研究[J].商情，2016，58（34）：89-92.

[4]梁曉夏，李鳳月，邢文文等.水熱法制備陶瓷粉體的研究現狀及進展[J].山東陶瓷，2016，39（04）：16-20.

[5]李月英，郭偉華，郝洪順等.TiO2/SrTiO3核殼結構光陽極制備及其光電化學性能[J].材料工程，2016，44（03）：60-65.

[6]楊術莉，邱琳琳，杜平凡.水熱法制備TiO2致密層及其在鈣鈦礦太陽電池中的應用[J].浙江理工大學學報，2017，37（04）：475-479.

作者簡介：王娟（1983-），女，福建人，本科，助教，研究方向：無機非金屬材料。