水热法制备粉体

Hefei University题目：水热法制备纳米陶瓷粉体技术专业：11级粉体材料科学与工程（1）班姓名：施学富学号：1103011002二O一三年六月摘要：文章较为系统地概述了水热法制备纳米陶瓷粉体的技术方法、特点和研究进展。

认为水热法是一种极有应用前景的纳米陶瓷粉体的制备方法关键词：水热法，纳米，陶瓷粉体1 引言现代陶瓷材料的性能在一定程度上，是由其显微结构决定的，而显微结构的优劣却取决于制备工艺过程。

陶瓷的制备工艺过程主要由粉体制备、成型和烧结等三个主要环节组成。

其中，粉体制备是基础，若基础的粉体质量不高，不但烧结条件难以控制，也绝不可能制得显微结构均匀、致密度高、内部无缺陷、外部平整的瓷坯。

显微结构，尤其是陶瓷材料在烧结过程中形成的显微结构，在很大程度上由原料粉体的特性决定。

因此粉体性能的优劣，直接影响到成型和烧结的质量。

粉体的尺寸大小决定了作用于粉体上的单位体积的表面积，进而又决定了粉体的最终行为。

粉体达到纳米级时，可以生产出优于普通材料的纳米特异功能。

目前，制备纳米粉体的方法可分为三大类：物理方法、化学方法和物理化学综合法。

化学方法主要包括水解法、水热法、溶融法和溶胶一凝胶法等。

其中，用水热法制备纳米粉体技术越来越引起人们的关注⋯。

本文拟对近年来水热法制备纳米陶瓷粉体作一概要介绍。

2 水热法制备纳米陶瓷粉体的原理及特点2．1水热法概述水热法(hydrothermal preparation)是指密闭体系如高压釜中，以水为溶剂，在一定的温度和水的自生压力下，原始混合物进行反应的的一种合成方法。

由于在高温，高压水热条件下，能提供一个在常压条件下无法得到的特殊的物理化学环境，使前驱物在反应系统中得到充分的溶解，并达到一定的过饱和度，从而形成原子或分子生长基元，进行成核结晶生成粉体或纳米晶。

根据化学反应类型的不同，水热法制备粉体有如下几种方法：(1)水热氧化(Hydrothermal Oxidation)利用高温高压，水、水溶液等溶剂与金属或合金可直接反应生成新的化合物。

目录水热法制备超细二氧化钛粉体1.1 超细二氧化钛粉体的性能超微粉体由于粒度小、比表面积大、化学反应活性高而具有一系列特殊的性能,引起了人们的普遍关注,目前已开发出多种微粉体材料。

二氧化钛微粉体的制备报道不多。

二氧化钛微粉体具有良好的耐候性、耐化学腐蚀性、抗紫外线能力强、透明性优异、粒度分布均匀等特点,可用于紫外线吸收剂、化妆品原料、包装材料、涂料、精细陶瓷等行业。

二氧化钛是一种价格便宜且应用极广的材料,制备简单并且无毒、稳定,且抗腐蚀性能好。

日本钛工业公司和日本帝国公司相继开发了超细二氧化钛,已进行工业化生产,并把开发二氧化钛微粉体新产品列为重要课题之一[1 2]。

1.2 超细二氧化钛粉体的应用工业作用二氧化钛是世界上白色粉体，l克二氧化钛可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。

它比常用的白颜料一—锌钡白还要白5倍，因此是调制白油漆的最好颜料。

世界上用作颜料的二氧化钛，一年多到几十万吨。

二氧化钛可以加在纸里，使纸变白并且不透明，效果比其他物质大10倍，因此，钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。

为了使塑料的颜色变浅，使人造丝光泽柔和，有时也要添加二氧化钛。

在橡胶工业上，二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。

半导体二氧化钛的光化学性能已使其可用于许多领域，如空气、水和流体的净化。

以碳或其他杂原子掺杂的光催化剂也可用于具有散射光源的密封空间或区域。

用于建筑、人行石板、混凝土墙或屋顶瓦上的涂料中时，它们可以明显增加对空气中污染物如氮氧化物、芳烃和醛类的分解。

此外还广泛应用于生产防晒霜，无毒性，对人体无害。

超细二氧化钛具有优异紫外光屏蔽性和透明性。

被广泛用在化妆品、木器保护、食品包装塑料、耐久性家用薄膜、人造纤维和天然纤维、透明涂料中。

在金属闪光涂料中的特殊光学效应,使之在高级轿车漆中得到重视和应用。

[2] TiO2粉体的制备作为一种21世纪的新型多功能材料，广泛应用于环境保护、化妆品、涂料、特殊材料的制备以及医药等方面。

水热法制备batio3纳米粉体原理
水热法制备BaTiO3纳米粉体的原理是通过在高温高压的水热条件下，利用水分子和溶剂分子的高度活跃性，使得反应物中的离子在水热反应的过程中重新排列和结合，最终形成目标产物。

具体原理如下：
1. 水热环境：水热反应一般在高温高压下进行，典型的反应条件是温度在100-200摄氏度之间，压力在1-3 MPa左右。

这样的环境使得反应物能够在水分子的催化下更快地进行反应。

2. 溶解反应物：将所需的反应物，如钛酸铅和钡盐溶解在适当的溶剂中，形成反应物溶液。

溶剂通常选择对反应物具有较好的溶解性，如酸、碱或氢氧化钠等。

3. 反应：将制备好的反应物溶液加入到高压釜中，加热至设定的温度并保持一定的时间。

在高温高压的条件下，溶液中的离子发生迁移和重排，形成新的晶体。

4. 沉淀：经过一定时间的反应后，将高压釜冷却至室温，产物会经历一个从溶液中析出的过程。

这是因为溶解度随温度的下降而降低，导致产物退火结晶生成固态的BaTiO3纳米粉体。

通过水热法制备的BaTiO3纳米粉体具有高度纯净性、均匀性好、粒径小等优点，适用于丰富光电、催化及传感等领域的应用。

水热沉淀法制备TiO2纳米粉体的研究黄 晖 罗宏杰 杨 明(西北轻工业学院材料工程系,咸阳 712081)刘 江(咸阳陶瓷研究设计院,咸阳 712081)摘 要 以T i(SO4)2水溶液为前驱物,尿素为沉淀剂,采用水热沉淀法制备TiO2纳米粉体。

利用XRD、TEM、DTA等分析测试手段对所得TiO2粉体的晶相组成、晶体形貌等性质进行了研究,讨论了晶粒尺寸与前驱物摩尔比、反应温度、保温时间之间的关系。

结果表明,前驱物摩尔比为1 2~1 4,在140~ 200 保温2~6h的水热条件下,可制得粒径为十几纳米的锐钛矿型TiO2晶体。

实验得出,随着前驱物摩尔比减少、反应温度升高、保温时间延长,晶体粒径增大。

关键词 二氧化钛 水热沉淀法 纳米粉体1 引言TiO2粉体具有湿敏、光催化等功能,可应用于传感器[1]、光分解水和光降解有机物[2]以及太阳能电池[3]等领域。

TiO2纳米粉体的制备方法主要有以TiCl4为主要原料的化学气相沉积(C VD)法[4,5]、钛醇盐水解法[6,7]、以钛酸丁酯为原料的溶胶 凝胶法(So-l Gel)[8,9]、以钛的有机金属挥发性化合物为原料的激光热解法[10,11]等。

气相沉积法对设备要求很高,产量低;钛醇盐水解法、溶胶 凝胶法及激光热解法需用大量有机试剂,生产成本很高,得到的TiO2粒子在制备初期为无定形,还需一定温度的晶化热处理。

水热法制备TiO2粉体在高温高压下一次完成,无需后期的晶化处理,所制得的粉体粒度分布窄,团聚程度低,成分纯净,而且制备过程污染小。

用水热法制备TiO2粉体的研究较多,汪国忠等人以TiCl4水解胶液为前驱物,采用水热法制得了锐钛矿相结构的TiO2粉末[12];陈代荣等以偏钛酸为前驱物水热合成TiO2微粉[13,14];李燕等人以钛酸丁酯的水 乙醇混合液为前驱物,用水热晶化法制备了TiO2纳米粉体[15]等。

水热法制备TiO2纳米粉体多采用钛的有机化合物或难以制得的中间产物作为前驱物,成本较高,制备工艺也较复杂。

纳米粉体水热制备机理的原位研究近年来，纳米粉体的设计和制备已经成为纳米材料研究中的一个重要领域。

在稳定的水环境中，纳米粉体的分散性和组装均能获得较好的控制。

水热法是一种常用的工艺，它能有效控制粒度和形貌，并改变纳米粉体的分散性和组装。

在水热法制备纳米粉体材料时，受到温度和pH值等多种因素的影响，纳米粉体形成的机理变得更加复杂。

因此，对水热法制备的纳米粉体材料的机理的研究具有重要的意义，为纳米粉体的制备提供了理论指导。

随着计算机技术的发展，基于原位研究的理论研究已成为纳米材料研究中不可或缺的一部分。

原位研究能够提供有关材料表面和表面之间相互作用的全面信息，从而有助于了解制备过程中纳米结构形成的机理。

本文以纳米粉体水热制备机理的原位研究为核心，综述了水热法制备纳米粉体的分散性和组装的原位研究的最新进展。

首先，本文简要介绍了水热法的原理，包括原位测量的原理，基于计算机模拟的原理，以及水热法的分散性和组装的影响因素。

其次，本文探讨了水热粉体的制备机理，以及水热粉体的考察结果。

最后，本文探讨了纳米粉体水热制备机理的原位研究，并讨论了以水热法制备纳米粉体的发展趋势。

首先，水热法是一种常用的制备纳米粉体材料的方法，它具有简单、快捷、可控、低成本等优势。

水热法制备纳米粉体的最大特点是能够有效控制纳米粉体的粒径和形貌，从而改变纳米粉体的分散性和组装。

原位测量方法是研究纳米粉体形成机理的重要手段，通过观察粒子形成、规律变化和相互作用，可以获得关于粒子表面和表面之间静态和动态相互作用的定量信息。

其次，原位研究也可以应用于计算机模拟技术，即原子力学模拟。

使用原子力学模拟，能够精确的模拟纳米粉体材料中分子之间的相互作用，从而获取有关分子表面和表面相互作用的定量信息。

基于原子力学模拟的研究揭示了纳米粉体的分散性和组装过程，并为纳米粉体的制备提供了理论指导。

最后，本文探讨了水热法制备纳米粉体材料的发展趋势。

虽然基于原位研究的理论研究已成为研究纳米材料的重要方法，但水热法制备纳米粉体材料仍然存在一定的不足。

汤黎辉,张群飞,马金明,肖长江,栗正新(河南工业大学材料科学与工程学院,郑州450001)BaTiO 3纳米粉体的合成方式及合成粉末的样本表征,采取水热法合成方法,合成得到钛酸钡。

通过X 射线衍射、扫描电子显微镜表征手段以及JADE 、Origin 等软件的分析,得出其物相、晶体结构、颗粒大小以及外观形貌。

经过实验,使用水热法合成方式,能够制备出高品质的钛酸钡纳米粉末。

结果表明:用水热法得到了纯的钛酸钡粉体,粉体的晶粒大小较均匀,晶粒尺寸约为39.51nm,粉体的晶体结构为四方结构,形貌为类球形。

;纳米粉体;水热法;晶体结构;晶粒尺寸由于具有出色的介电性能，钛酸钡（BaTiO 3）已经成功地发展出了各种电子器件，如多层陶瓷电容器、正温度系数热敏电阻、动态随机存储器、声呐传感器、压电换能器以及各种光电子元件，从而在电子领域发挥着重要的作用，并且已经成为电子陶瓷领域的主要原材料[1,2]。

目前制备钛酸钡粉体最常用的方法主要有固相法、共沉淀法、微乳液合成方法、水解溶胶-凝胶法等。

固相法作为一种传统的合成工艺，具有制备产率高，操作简单等优点，但是，这种合成方法在制备过程中存在合成温度高、合成的粉体颗粒粗大、较高的杂质含量以及组分均匀度不高等缺点，一般作为低端产品合成时的首选工艺。

共沉淀法制备钛酸钡粉体难以形成均匀的沉淀物，而且颗粒容易团聚，粒径分布宽，产品质量不稳定[3]。

微乳液合成方法制备产物需要大量助剂、改性剂和有机剂，导致成本较高，而且还易引入杂质且产能有限，所以该合成方法目前还没有被广泛的使用，仅仅处于实验室研究中[4]。

凝胶法虽然可行，但由于技术复杂、时间较久，使得它的水解效果不易掌握。

相比之下，水热法更加经济实惠，可以在较短的时间内完成钛酸钡的生产，同时也能够保证产品的质量，能够满足更严格的质量标准[5]。

水热法合成粉体，能够在低温水溶液中得到分散性好的BaTiO 3超细粉体，合成的粉体晶粒发育比较完整，并且在水热法实验过程中，不需要经历高温的煅烧以及后期的球磨过程，进而可以避免了杂质的引入和球磨对粉体结构的破坏，从而有效地消除了杂质及其他形态问题，故文章实验采用水热法制备BaTiO 3纳米粉体，并对其进行深入研究。

《水热法合成TiO2纳米粉体材料》实验目的：1、了解水热法制备纳米氧化物的原理及实验方法2、研究TiO2纳米粉制备的工艺条件3、学习用X射线衍射法(XRD)确定产物的物相结构4、学习用扫描电子显微镜检测产物的形貌及尺寸实验原理：在水热体系中，TiO2晶体的结晶过程包括成核过程和生长过程。

随着体系温度的升高，尿素缓慢分解，(NH2)2CO + H2O = 2NH3 + CO2，尿素的分解使溶液的pH值增大。

前驱物中的Ti4+发生如下水解反应：Ti4+ + (n+2) H2O↔TiO2·nH2O + 4H+，溶液的pH值增大，碱性增强，有利于上述水解反应向右进行。

随钛离子水解过程的进行，在形成的晶核上逐渐长大成为水合二氧化钛颗粒。

随着水热体系温度的进一步升高，水合二氧化钛的结晶水脱去，生成纳米二氧化钛微晶。

实验仪器：电子天平，不锈钢压力釜（高温型），恒温箱（带控温装置），离心机，X射线粉末衍射仪，扫描电子显微镜，玻璃仪器若干等。

实验试剂：硫酸氧钛，硫酸钛，尿素，硝酸钡，无水乙醇等。

实验步骤：1、TiO2纳米粉的合成将尿素加入到Ti(SO4)2水溶液中，搅拌至尿素完全溶解后，将溶液加入到高压釜中进行水热沉淀反应，填充度为80%。

所得产物用去离子水反复洗涤，至滤液中不再检出SO42-，最后在80℃下干燥8h得产物。

实验条件：硫酸钛摩尔浓度为0.5M，尿素摩尔浓度为1.0M，用水热沉淀法在140～280℃保温2～6h。

2、用X射线衍射法(XRD)确定产物的物相结构用X射线粉末衍射仪测定产物的物相，利用物质的XRD衍射数据库对照样品的结果，确定目标产物是否是TiO2。

实验结果文件转变为数据文档，利用软件origin 进行处理。

3、用扫描电子显微镜检测产物的形貌及尺寸按照扫描电子显微镜的要求，制作样品，利用SEM 观察产物的形貌及尺寸，并copy产物电镜照片的电子文档。

讨论与思考：1、水热法合成无机材料具有哪些特点？2、用水热法合成TiO2纳米粉体材料过程中，哪些因素影响产物的粒子大小及其分布？3、如何减少纳米粒子在干燥过程中的团聚？4、查阅资料比较水热法与溶剂热法合成纳米材料的异同。