水热法合成矿物材料讲解学习
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水热法的简单介绍及其原理水热法是19 世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的。
1900 年后科学家们建立了水热合成理论,以后又开始转向功能材料的研究。
目前用水热法已制备出百余种晶体。
水热法又称热液法,属液相化学法的范畴。
是指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高温高压的条件下进行的化学反应。
水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。
其中水热结晶用得最多。
在这里简单介绍一下它的原理: 水热结晶主要是溶解———再结晶机理。
首先营养料在水热介质里溶解,以离子、分子团的形式进入溶液。
利用强烈对流(釜内上下部分的温度差而在釜内溶液产生) 将这些离子、分子或离子团被输运到放有籽晶的生长区(即低温区) 形成过饱和溶液,继而结晶。
水热法生产的特点是粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控制,生产成本低。
用水热法制备的粉体一般无需烧结,这就可以避免在烧结过程中晶粒会长大而且杂质容易混入等缺点。
影响水热合成的因素有:温度的高低、升温速度、搅拌速度以及反应时间等。
扫描电子显微镜入门1. 光学显微镜以可见光为介质,电子显微镜以电子束为介质,由于电子束波长远较可见光小,故电子显微镜分辨率远比光学显微镜高。
光学显微镜放大倍率最高只有约1500倍,扫描式显微镜可放大到10000倍以上。
2. 根据de Broglie波动理论,电子的波长仅与加速电压有关:λe=h / mv=h / (2qmV)1/2=12.2 / (V)1/2 (?)在10 KV 的加速电压之下,电子的波长仅为0.12?,远低于可见光的4000 - 7000?,所以电子显微镜分辨率自然比光学显微镜优越许多,但是扫描式电子显微镜的电子束直径大多在50-100?之间,电子与原子核的弹性散射(Elastic Scattering) 与非弹性散射(Inelastic Scattering) 的反应体积又会比原有的电子束直径增大,因此一般穿透式电子显微镜的分辨率比扫描式电子显微镜高。
水热合成法
水热合成法是指用水作为原料,在高温高压条件下,将相应的化学物质经水热反应而转化为另外一类物质的合成方法,是一种大规模用以生产石油和煤炭类矿物材料的重要工业化学反应。
水热合成发生在高温、高压、强酸碱性水溶液环境下,它壳部热,可产生高温高压的气体和液体混合物,这种特性使得水热合成可以实现高效的石油和煤炭等矿物材料的生产。
水热合成是一种无污染、生产效果好的环保技术,可以有效削减温室气体排放,节约大量能源。
此外,水热合成还可以实现有机化学合成的非常宽的应用范围,可以用于制备工业原料和医药中间体等。
早在1882年人们就开始了水热法合成晶体的研究。
最早获得成功的是合成水晶。
二十世纪上叶,由于军工产品的需要,水热法合成水晶投入了大批量的生产。
随后,水热法合成红宝石于1943年由Laubengayer和Weitz首先获得成功,Ervin和Osborn进一步完善了这一技术。
祖母绿的水热法合成是由澳大利亚的Johann Lechleitner在1960年研究成功的。
到九十年代,原苏联新西伯利亚合成出了海蓝宝石。
随后,红色绿柱石等其它颜色绿柱石及合成刚玉也纷纷面市。
一、水热法的原理、合成装置和方法特点:1、基本原理水热法是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的的物质溶解,或反应生成该物质的溶解产物,通过控制高压釜内溶液的温差使产生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体的方法。
自然界热液成矿就是在一定的温度和压力下,成矿热液中成矿物质从溶液中析出的过程。
水热法合成宝石就是模拟自然界热液成矿过程中晶体的生长。
2、合成装置水热法合成宝石采用的主要装置为高压釜,在高压釜内悬挂种晶,并充填矿化剂。
高压釜为可承高温高压的钢制釜体。
水热法采用的高压釜一般可承受11000C的温度和109Pa 的压力,具有可靠的密封系统和防爆装置。
因为具潜在的爆炸危险,故又名“炸弹”(bomb)。
高压釜的直径与高度比有一定的要求,对内径为100-120mm的高压釜来说,内径与高度比以1:16为宜。
高度太小或太大都不便控制温度的分布。
由于内部要装酸、碱性的强腐蚀性溶液,当温度和压力较高时,在高压釜内要装有耐腐蚀的贵金属内衬,如铂金或黄金内衬,以防矿化剂与釜体材料发生反应。
也可利用在晶体生长过程中釜壁上自然形成的保护层来防止进一步的腐蚀和污染。
如合成水晶时,由于溶液中的SiO2与Na2O和釜体中的铁能反应生成一种在该体系内稳定的化合物,即硅酸铁钠(锥辉石NaFeSi2O6 acmite)附着于容器内壁,从而起到保护层的作用。
矿化剂指的是水热法生长晶体时采用的溶剂。