水热法在低维人工晶体生长中的应用与发展_张勇

水热法的发展与应用水热法，也称为水热合成法，是一种在高温高压水环境下进行化学反应的方法。

它以水作为溶剂和反应介质，利用水的特殊性质，在高温高压下加速反应速率，并改变反应产物的物相和晶体结构。

水热法广泛应用于材料科学、化学合成、生物科学等领域，并取得了很多重要的研究成果和实际应用。

水热法最早起源于19世纪末的地质学领域。

当时科学家们发现，在地壳深部的高温高压环境下，岩石和矿石会发生化学反应，并形成新的矿物。

为了模拟这种地质过程，并研究天然矿物的形成机制，科学家开始使用高温高压水环境进行实验。

随着实验技术的发展，水热法逐渐成为一种独特而有效的实验方法，并在科学研究中得到广泛应用。

水热法的应用在材料科学领域特别突出。

在水热条件下，许多材料的物相和晶体结构都会发生变化，从而改变材料的性能和特性。

科学家们利用水热法可以制备出具有特殊物理和化学性质的材料，例如金属氧化物纳米晶、有机-无机杂化材料、金属-有机框架材料等。

这些材料在催化、传感、电子器件等领域具有广泛的应用前景。

水热法还被广泛应用于化学合成领域。

由于水热环境对于许多化学反应的加速作用，科学家们可以利用水热法实现一些传统合成方法无法实现的化学转化。

例如，许多有机化合物在水热条件下可以发生氧化、还原、烷基化等反应，从而合成出一些有机合成的重要中间体和目标化合物。

此外，水热法还可以用于催化剂的制备、有机废水的处理等实际应用。

除了材料科学和化学合成领域，水热法还在生物科学中发挥着重要作用。

由于水热环境对于生物分子的溶解、水解和聚合等反应具有特殊影响，研究人员可以利用水热法模拟和研究生物大分子的结构和功能。

此外，由于水热条件对于微生物的生存有一定的限制，水热法还可以用于探索极端环境下的生命起源和进化问题，并研究新型生物资源的开发和利用。

总之，水热法是一种重要的实验方法，在材料科学、化学合成、生物科学等领域具有广泛应用。

随着实验技术的不断发展和完善，相信水热法将会在更多领域中发挥重要作用，并取得更多令人瞩目的研究成果和实际应用。

水热法生长晶体新发展姓名：孙帆学号：21101711041摘要：在本篇论文中讲述了水热法晶体生长的基本原理以及水热法应用的最新发展。

水热法在发展中出现了许多新方法，有微波水热法、水热晶化法、水热沉淀法以及其他的一些方法，并且利用这些方法，一些研究者做了一系列的实验并取得了一些成果。

关键词：水热法微波水热法水热晶化法水热沉淀法在现在的高科技领域中，人工晶体作为一种功能材料被广泛用于光学、医疗生物、光电子等领域。

而用于生长晶体的方法多种多样，例如水热法，这是在高温高压下从饱和热水溶液中培养晶体的方法；还有提拉法，是一种直接从熔体中拉出单晶的方法；焰熔法也是晶体生长的一种方法，它是用氢氧火焰熔化粉料并使之结净的方法。

此外还有物理气相沉淀、低温溶液生长、坩埚下降等各种方法，都能够使得晶体生长。

其中水热法晶体生长可以使晶体在非受限的条件下充分生长，能够长出各种形态的、结晶完好的晶体，从而水热法得到了广泛的应用。

1 水热法晶体生长的基本原理水热法又称为水热反应法，它是以水为反应介质，在高压釜内高温高压条件下进行化学反应来制备所需要的晶体的一种方法。

用水热法得到的晶体位错密度较低，可以生长出极少缺陷、去想好、完美的晶体，并且能够合成与开发一系列特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产物，此外，水热法晶体具体有较快的生长速率等等优点。

水热法的实质就是一种相变过程，也就是说生长基元从周围环境中不断的通过界面而进入晶格座位的过程，水热条件下的晶体生长是在密闭很好的高温高压水溶液中进行的。

利用釜内上下部分的溶液之间存在的温度差，使釜内溶液产生强烈对流，从而将高温区的饱和溶液放入带有籽晶的低温区，形成过饱和溶液。

水热条件下晶体生长包括以下几个步骤：（1）营养料在水热介质中溶解，以离子、分子团的形式进入溶液（溶解阶段）；（2）由于体系中存在十分有效的热对流及溶解区和生长区之间的浓度差，这些离子、分子或离子团被输运到生长区（输运阶段）；（3）离子、分子或离子团在生长界面上的吸附、分解与脱附；（4）吸附物质在界面上的运动；（5）结晶（（3），（4），（5）统称为结晶阶段）。

水热法生长晶体新发展姓名：孙帆学号：041摘要：在本篇论文中讲述了水热法晶体生长的基本原理以及水热法应用的最新发展。

水热法在发展中出现了许多新方法，有微波水热法、水热晶化法、水热沉淀法以及其他的一些方法，并且利用这些方法，一些研究者做了一系列的实验并取得了一些成果。

关键词：水热法微波水热法水热晶化法水热沉淀法在现在的高科技领域中，人工晶体作为一种功能材料被广泛用于光学、医疗生物、光电子等领域。

而用于生长晶体的方法多种多样，例如水热法，这是在高温高压下从饱和热水溶液中培养晶体的方法；还有提拉法，是一种直接从熔体中拉出单晶的方法；焰熔法也是晶体生长的一种方法，它是用氢氧火焰熔化粉料并使之结净的方法。

此外还有物理气相沉淀、低温溶液生长、坩埚下降等各种方法，都能够使得晶体生长。

其中水热法晶体生长可以使晶体在非受限的条件下充分生长，能够长出各种形态的、结晶完好的晶体，从而水热法得到了广泛的应用。

1 水热法晶体生长的基本原理水热法又称为水热反应法，它是以水为反应介质，在高压釜内高温高压条件下进行化学反应来制备所需要的晶体的一种方法。

用水热法得到的晶体位错密度较低，可以生长出极少缺陷、去想好、完美的晶体，并且能够合成与开发一系列特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产物，此外，水热法晶体具体有较快的生长速率等等优点。

水热法的实质就是一种相变过程，也就是说生长基元从周围环境中不断的通过界面而进入晶格座位的过程，水热条件下的晶体生长是在密闭很好的高温高压水溶液中进行的。

利用釜内上下部分的溶液之间存在的温度差，使釜内溶液产生强烈对流，从而将高温区的饱和溶液放入带有籽晶的低温区，形成过饱和溶液。

水热条件下晶体生长包括以下几个步骤：（1）营养料在水热介质中溶解，以离子、分子团的形式进入溶液（溶解阶段）；（2）由于体系中存在十分有效的热对流及溶解区和生长区之间的浓度差，这些离子、分子或离子团被输运到生长区（输运阶段）；（3）离子、分子或离子团在生长界面上的吸附、分解与脱附；（4）吸附物质在界面上的运动；（5）结晶（（3），（4），（5）统称为结晶阶段）。

低维纳米材料的制备及其应用研究随着纳米技术的不断发展，低维纳米材料成为了当前研究热点之一。

低维纳米材料是指纵向维度比横向维度小很多的纳米材料，具有很强的表面效应和量子效应，因此在光学、电子、能源、生物医学等领域有着广泛的应用前景。

本文将从制备方法、表征技术和应用研究三个方面进行探讨。

一、低维纳米材料的制备方法制备低维纳米材料的方法非常多样，常见的有物理法、化学法和生物法三种方法。

1. 物理法物理法是最早用于制备低维纳米材料的方法之一，也是目前最为常用的方法之一。

其优点在于操作简单，成本低，生成的材料结晶度高。

其中较为常见的有微流控法、机械剥离法、氧等离子体法和物理气相沉积法等。

（1）微流控法微流控法是一种通过微细结构构造实现材料制备的新技术，可以实现高通量、高精确度、低成本的制备。

其原理是利用微流控芯片内的微通道和微结构控制流体的流动和混合，通过控制反应物的混合程度、反应时间、温度等因素得到制备的材料。

微流控法具有材料制备快速、结晶度高、精确度高、污染少等优点，已广泛应用于低维纳米材料的制备中。

（2）机械剥离法机械剥离法是指通过机械方法将大块材料剖成纳米厚度的材料，常用于制备石墨烯和石墨烯衍生物等纳米材料。

其优点在于可以得到单层和双层的石墨烯，结晶度高，但缺点在于步骤繁琐，易造成材料污染和损伤。

（3）氧等离子体法氧等离子体法是指通过等离子体反应将原材料沉积在衬底上制备低维纳米材料。

其优点在于结晶度高且可控性好，但氧化对材料的性能和稳定性有所影响。

（4）物理气相沉积法物理气相沉积法是指通过蒸发和凝华的方式，将原材料沉积在衬底上制备纳米材料。

其优点在于成本低，成品稳定性好，适用于制备单晶、多晶纳米材料。

2. 化学法化学法是指通过化学反应将原材料转化为低维纳米材料。

其优点在于制备过程中可以控制各种反应参数，可以制备出较为均匀和纯净的低维纳米材料。

其中常用的化学法有溶液法、水凝胶法、水热法等。

（1）溶液法溶液法是指通过水或有机溶剂溶解原材料，然后在加入还原剂、表面活性剂等反应物质的情况下，通过控制反应参数如温度、pH等制备低维纳米材料。

2014年7月 CIESC Journal ·2638·July 2014第65卷 第7期 化 工 学 报 V ol.65 No.7水热法制备纳米分散颗粒和晶须材料进展向兰，王靖（清华大学化学工程系，北京 100084）摘要：纳米分散颗粒和一维晶须材料性能优越、用途广泛，是近年研究热点。

液相法尤其是水热法因具有过程简单和能耗低等特点而被广泛用于制备纳米材料。

首先介绍了近年来水热技术在纳米分散颗粒制备中的进展，包括超临界水热法、连续水热法以及水热改性法，并分析了其实现纳米颗粒粒径及分散性控制的原理。

然后介绍了两种水热制备晶须材料的新思路，包括水热重结晶法和离子诱导-结构重整法，阐述了其实现晶须定向生长的机制。

关键词：纳米颗粒；晶须；水热；分散；定向生长 DOI ：10.3969/j.issn.0438-1157.2014.07.023中图分类号：O 782+.1文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2014）07—2638—07Progress in hydrothermal formation of dispersive nanoparticles and whiskersXIANG Lan ，WANG Jing(Department of Chemical Engineering , Tsinghua University , Beijing 100084, China )Abstract ：Dispersive nanoparticles and whiskers have been extensively studied owing to their unique properties and potential applications. Solution-based synthesis methods, especially hydrothermal routes, are widely employed to produce nanomaterials because of their relative simplicity and low energy consumption. Herein the recent progress of hydrothermal technologies in the synthesis of dispersive nanoparticles are introduced firstly, including supercritical hydrothermal route, continuous hydrothermal route and hydrothermal modification route. The mechanisms for controlling the nanoparticle size and dispersion are discussed. Then two novel approaches to the hydrothermal fabrication of whiskers are introduced, including hydrothermal recrystallization method and ion induction-structural reforming method, the mechanism for the oriented growth of the whiskers is also discussed. Key words ：nanoparticles ；whiskers ；hydrothermal ；dispersion ；oriented growth引 言无机纳米颗粒由于其高比表面、量子效应带来的特殊的光、电、催化等性能，在电子器件、光学器件、催化材料等领域具有广泛的应用前景，其可控制备是材料科学研究热点。

水热法研究进展范文水热法（hydrothermal method）是一种在高温高压水（通常为溶液）中进行化学反应的方法。

由于水的高极性和介质的高稳定性，水热法在无机物合成、晶体生长、有机合成等研究领域具有广泛的应用。

下面将介绍水热法在不同领域的研究进展。

1.无机材料合成水热法在无机材料合成方面取得了巨大的成功。

高温高压条件下，水分子的溶剂力可以促使离子在溶液中快速扩散和反应。

比如，水热法可以用于金属氧化物、金属硫化物、稀土材料、纳米晶体等无机材料的制备。

通过调节反应条件和前驱体的状况，可以控制反应过程中的晶体形态、尺寸和结构，从而改变材料的性质。

2.生物化学研究水热法在生物化学研究中的应用也日益增多。

由于高温高压条件下，水热反应容器中的溶液可以形成独特的微观环境，有利于蛋白质的可逆性折叠和复性。

因此，水热法被广泛用于研究生物大分子的结构性质、蛋白质纳米晶体的制备以及酶的催化机制研究。

此外，水热法还可以用于合成金属有机框架（MOF）材料，这是一类由有机配体和金属离子组装而成的介孔材料，具有广泛的应用前景。

3.资源综合利用水热法在资源综合利用方面具有潜在的应用价值。

例如，水热法可以将废弃物或废料转化为有价值的产物。

研究者们利用水热法将废塑料、废磷矿石、废玻璃等资源转化为燃料、化学品和磷肥等可再生资源。

此外，水热法还可以用于废水处理和污染物降解等环境工程领域。

4.能源储存和转换水热法在能源储存和转换方面也表现出了巨大的潜力。

通过水热法合成的纳米晶体材料在光催化、光电化学、电池和超级电容等能源领域具有重要应用。

例如，利用水热法可以合成具有高效催化性能的光催化剂，用于水分解制氢或光生电化学制氧等反应。

此外，水热法还可以用于制备铋基超导材料，提高能源传输和储存效率。

5.医药领域水热法在医药领域的应用也越来越受到关注。

水热法可以用于制备药物微晶体、药物纳米粒子、有机-无机复合材料等药物载体。

这些材料具有较大的比表面积和更好的溶解性，有利于提高药物的吸收和生物利用度。

六方相nayf_4微米棱柱晶体的水热生长近年来，传统的晶体生长方法面临着越来越多的挑战，这引起了科学家们对新晶体生长技术的关注。

一种新的晶体生长技术“水热生长”，正在受到越来越多的关注，它能够用水溶液以极其低的温度、极其低的压力快速生长出特殊的晶体，这种技术的应用已经有一定的范围。

近期发表的一篇文章中提出了一种新的水热生长技术六方相nayf_4微米棱柱晶体的水热生长。

它使用水溶液作为热源和载体，控制温度，压力，气体流量，从而实现快速、平稳的晶体生长。

本文报道了用水热生长技术制备六方相nayf_4微米棱柱晶体的研究结果。

实验中，研究人员使用3 mol/L的NaYF4溶液和3 mol/L 的添加剂KH2PO4，将NaYF4溶解液蒸发至恒定体积，得到6方相NaYF4微米棱柱晶体粉末，尺寸约为5-20m。

这些NaYF4棱柱晶体粉末经过热处理后可以形成致密的晶体棱柱，形状良好，尺寸均匀，可作为激光晶体或晶体棱镜材料。

实验结果表明，水热法制备的NaYF4棱柱晶体具有良好的结构性能，尺寸均一，无明显的缺陷；晶体的晶面棱角均为90°。

分析结果表明，水热法制备的NaYF4棱柱晶体具有高纯度，晶体中杂质含量低，密度高，表面光洁度高，可以用于激光器件制备和光学镜片的制备。

综上所述，六方相NaYF4微米棱柱晶体的水热生长是一种新的、有效的晶体生长技术。

该技术使用简单的材料和设备，操作简单，可以有效地实现快速生长，而且具有较高的晶体生长率，质量可靠，质量可控，具有更好的应用前景。

除了基本的水热生长研究，未来研究也可以将温度、压力、气体流量等参数优化，在不同的环境条件下进行控制试验，以期获得更高的晶体生长效率和更好的晶体品质。

总之，六方相nayf_4微米棱柱晶体的水热生长技术的研究表明，水热法可以有效地生长出高质量、尺寸均匀、表面光洁的晶体棱柱结构，这是一种有前景的晶体生长技术。

虽然这项技术尚未完全成熟，但随着技术的改进，未来将有更多的应用前景。

”水热”的具体用途有哪些？一、水热在化学合成中的应用1. 蒸汽水热合成法在化学合成过程中，水热扮演着重要的角色。

其中，蒸汽水热合成法是一种有效且广泛应用的合成方法。

利用高温高压条件下的水热作用，通过调节反应条件、添加催化剂等方式，可以在相对温和的条件下合成各种高纯度的化合物，例如金属氧化物、金属硫化物等。

同时，该方法还能够实现反应物的高度分散和表面活性物质的修饰，使其具备优良的性能和应用价值。

2. 离子交换水热条件下的离子交换是一种常见的化学反应方式。

通过水热处理，可以使离子交换反应在较低温度下进行，从而提高反应速率和产率。

此外，水热反应还可以调控离子交换反应的选择性，使得一些高级离子交换材料制备变得更加容易。

二、水热在材料学中的应用1. 水热晶体生长法水热晶体生长法是一种制备高质量晶体材料的重要方法。

通过将适当的晶体原料溶于水，并在高温高压的条件下进行反应，可以得到具有良好晶体形貌和结晶度的材料。

此方法不仅可以用于合成无机晶体材料，还可以用于制备有机和金属-有机晶体材料。

2. 水热制备纳米材料水热方法在制备纳米材料方面也具有重要应用价值。

通过调节反应温度、时间和反应物浓度等参数，可以控制纳米材料的尺寸、形貌和晶型。

此外，水热还可以在合成过程中掺入其他元素或添加剂，进一步调控纳米材料的性能。

三、水热在生物学研究中的应用1. 水热解细胞壁水热解细胞壁是一种常用的生物学方法。

通过在高温高压的条件下加热植物材料或细菌等生物样品，可以使细胞壁部分破裂，从而释放出细胞内的有用成分，如蛋白质、核酸等。

这种方法对于研究细胞内部结构和功能具有重要意义。

2. 水热法制备生物陶瓷利用水热方法可以制备具有生物活性的陶瓷材料，如羟基磷灰石等。

这些材料在生物医学领域中具有广泛的应用，如人工骨骼、牙科修复材料等。

水热法制备的生物陶瓷具有较高的结晶度、良好的生物相容性和稳定性，能够促进细胞生长和骨组织再生。

通过以上列举的几个方面，我们可以看出，“水热”不仅在化学合成、材料学以及生物学研究中起着重要的作用，而且具有广泛的应用前景。

第34卷第2期 人 工 晶 体 学 报 V o.l34 N o.2 2005年4月 J OURNA L O F S YNTH ET IC CRY S TALS A pri,l2005微波水热条件对氧化锌晶体的形态和粒度的影响江锦春1,程文娟1,张 阳1,2,朱鹤孙3,沈德忠1(1.清华大学化学系,功能晶体与薄膜研究所,北京100084;2.清华大学光子与电子技术研究中心,北京100084;3.北京理工大学材料中心,北京100081)摘要:利用微波水热法,以氢氧化锌为前驱物,在反应温度不小于100 的情况下,成功地制备出氧化锌微晶。

研究了水热条件对氧化锌微晶的晶粒大小和形貌的影响。

在水热环境下,当反应温度一达到100 ,氧化锌微粒就能快速形成和生长。

反应温度在100 时,延长反应时间(~4h)氧化锌微晶的形貌和晶粒大小均没有受到大的影响;然而,升高反应温度氧化锌微晶的晶粒大小会略微地减小。

另一方面,当反应前溶液中的p H值从9增大到12时,氧化锌微晶的形态从不规则的片状颗粒改变到长柱状晶粒。

另外,随着溶液中p H值的增加,氧化锌微晶的结晶性变好、粒度变大。

合理地解释了反应温度、溶液中的p H值对制得的氧化锌微晶的形态、晶粒粒度的影响。

关键词:氧化锌微晶;微波水热法;形态;粒度中图分类号:O782 文献标识码:A 文章编号:1000-985X(2005)02-0255-04Influence ofM icro wave H ydrother mal Conditions on the M orphologyand Particle Size of Z i nc O xi de CrystalliteJI ANG J in-chun1,C HE NG W en-juan1,Z HANG Yang1,2,Z H U H e-s un3,SHE N D e-zhong1(1.Ins tit u te of Functional C rystal and F il m,Che m i stry Depart m en t,T si nghua Un ivers it y,Beiji ng100084,Ch i n a;2.C en tre f or E lectron ics and Phot on i cs,Ts i nghua Un ivers it y,Beiji ng100084,Ch i n a;3.Research C enter ofM aterial Science,Beiji ng I n stitute ofT echnology,B eiji ng100081,C h i na)(Receive d14M ay2004)Abst ract:C rystallite o f zi n c ox ide has been successfu ll y prepared by the m icr ow ave hydrother m al process at te mperature 100 and using Zn(OH)2as precursor.Infl u ence of m i c ro w ave hydr o ther m a l conditions on the m orpho logy and partic le size of zinc ox ide crysta llite w ere studied.The for m ation and gro w th o f ZnO crysta llite under hydro t h er m a l env ironm en t progress rapidly as soon as the te m perature reaches100 .Pro l o ng i n g t h e reaction ti m e at100 does no t si g nifican tl y infl u ence the characteristi c s of obta i n ed crystallite;ho w ever,raisi n g the reaction te m perature the particle size is reduced sli g htly.On the other hand,as the p H o f the starting so l u ti o n i n creases fro m9to12,the m orpho logy of ZnO crysta llite m arkedly varies fro m an irregu lar flake shape to l o ng-cy lindrica l shape.In additi o n,the crysta llinity and particle size of ZnO crysta llite i n crease w ith risi n g the p H of so l u tions.The effects o f reacti o n te m perature and t h e pH o f so l u ti o ns on the m o r phology and the particle size are reasonably expla i n ed.K ey w ords:zinc ox i d e crysta llite;m icro w ave hydro t h er m a l processing;m orpho logy;particle size收稿日期:2004-05-14作者简介:江锦春(1965-),男,江西省人,博士后。

作者： 吴浪 王彤
作者机构：�科技创新与品牌》编辑部
出版物刊名： 科技创新与品牌
页码： 52-55页
年卷期： 2010年 第12期
主题词： 新材料 博士生导师 大学教授 使用性能 工艺优化 20世纪70年代 科技 北京
摘要：材料是人类赖以生存和发展的物质基础。

20世纪70年代，人们把信息、材料和能源作为社会文明的支柱。

80年代，随着高新技术的兴起，又把新材料与信息技术、生物技术并列作为新技术革命的重要标志。

现代社会，材料已成为国民经济建设、国防建设和人民生活的重要组成部分。