改进的水热法在无机非金属材料制备中的应用
摘要：二十世纪以来，由于电子技术、航天技术、信息技术、生物医学和环境保护等新概念、新技术的兴起，对材料提出了更高的要求，这极大促进了无机非金属材料的发展。而水热法对无机非金属材料的合成来说是不可缺少的，因此水热法的应用以及水热法技术的革新对无机非金属材料的生产具有重要意义。本文讲述了改进的水热法在无机非金属材料制备中的应用，主要包括把有机溶剂―水热法、微波―水热法以及有机溶剂―微波―水热法等改进的水热法应用到无机非金属材料的制备中去。改进水热法实际上就是把新的科学技术应用在水热法中，改进的水热法虽然已经取得了不错的成绩但仍存在许多急需解决的问题。 关键词：改进的水热法；无机非金属材料；有机溶剂水热法；微波水热法；晶体的生长 前言
随着社会的不断进步，科学技术得到了极大的发展，越来越多的新型材料出现在人们的日常生活中。无机非金属材料、有机高分子材料和金属材料是当今社会的三大材料，并且无机非金属材料在经济的发展中扮演着举足轻重的角色。而水热法，即是指在高温高压下进行的一种液相反应，由于水热法对无机非金属材料的合成具有重要的意义，因而水热法的应用以及水热法技术的改革创新越来越受到人们的重视。通过先进的水热法技术，以达到用较低的成本和较高的效率来获取无机非金属材料的目的，是当今许多企业和科学教研究的重点。改进的水热法就是利用先进的科学技术对原有的水热法进行改进，包括反应介质、加热方式、技术连用等手段对水热发的生产工艺进行改良。改进的水热法相对于传统的水热法来说具有其优势，改进的水热法将传统的水热法所不能合成的新的物相变成了可能，同时又降低了反应的条件需求。本文介绍了改进的水热法在无机非金属材料中的应用。 1、水热法的简介
水热法是十九世纪中期地质学家为模拟自然界的成矿作用而开始研究的。当时的地质学家发现，许多矿物质在特定的高温、高压条件下才被发现，普通条件下则很难发现，于是科学家们猜想这些矿物的形成一定与热的水有较密切的关
系，是否可以人工模拟环境而产生所需的矿物呢？后来科学家在实验室模拟了自然界的热水体系，果然合成了长石、石英等矿物。经过时代的发展和许多科研人员的努力，水热反应便逐渐进入到无尽非金属材料的合成研究领域。自从1900 年后科学家们建立了水热合成理论，其后水热法便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，水热技术得到了极大的发展。 2、改进的水热法 2.1 水热法的基本原理
水热法就是利用高温高压下的水溶剂让那些在一般条件下不溶或者难溶的物质，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。水热法也就是人工模拟自然界的热液成矿条件，以获取所需的目标产物。
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，把水作为溶剂，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还原、水热氧化、水热合成、水热水解、水热沉淀、水热结晶等。其中水热结晶在生产中用得最多。 2.2 改进的水热法的产生
总体上来说，改进的水热法一般有三中情况：①改进反应液相介质：即反应体系中的液相介质不再是只有水，而是水和其他的液相物质共同作为液相介质，或者是用其他效果更好的液相介质替代水。②改进加热方式：传统的水热法的加热方式是通过电炉实施的对流加热，此种加热方式有很大的弊端。而改进的加热方式应用了微波技术，通过微波来实现反应体系分子自传加热。③改进反应液相介质同时改进加热方式。另外，改进的水热法还包括了两种水热法与其他新的科技手段相结合。为何会产生改进的水热法呢？正如上诉所说，许多液相反应在常温下是不能实现的，但是却可以在高温下的“热水”中进行反应。 2.2 改进水热法的应用成果 2.2.1 有机溶剂水热法
有机溶剂水热法是指在水热反应的体系中放入一定量的有机溶剂和水共同组成反应介质，从而改变了原有水热法的反应介质。有机溶剂水热法已经被广泛用于合成水滑石等材料。如用“乙二醇―水热法”合成镁铝水滑石超分子，经过试
验发现，如果在水热体系中加入体积分数为百分之十五的乙二醇，即可得到晶形较好、板形结构明显、规整性好的具有超分子结构的镁铝水滑石。如果反应体系中不加入醇类，则反应后所得到的样品形貌远不规则，粒子没有规整的棱角，并且结晶度较低，这些结果都表明有机溶剂结合到水热法中对无机非金属材料的制备有极好的帮助。
近些年“有机溶剂―水热法”在合成其他材料方面也取得了不错的成就。许多学者通过对不同界面处化学反应的控制，采用新的科技手段，实现了许多新的无机非金属材料的合成。另外，有机溶剂还有如下作用：根据化学反应的动力学公式，晶粒的生成速率N可以表示为：
公式中，K表示反应速率常数；M表示溶质的分子量；R表示其他常数；T为体系绝对温度；S表示溶液的过饱和度。有机溶剂的加入，减少了晶粒团聚的几率，让晶粒可以有规律、有秩序的生长。另外，晶粒在过饱和溶液中形成后，晶粒生长速率的方程式是：
由上述可知，有机溶剂与水组成的体系可以很好的改进水热法，并获得不错的成果。并且“有机溶剂―水热法”仍有许多问题值得我们去研究。 2.2.2 微波水热法
微波―水热法就是讲传统水热法中的热源改用微波加热的方式。微波水热法即是利用微波作为加热工具，其原理就是利用电场对带电粒子作用力，可实现分子水平上的搅拌，具有加热速度快、加热均匀、无温度梯度、无滞后效应等优点。 3、改进的水热法的发展形势和其存在的问题
探索出更低的水热法合成条件是众多学者研究的方向，另外，先进的工程技术和水热法相结合也是水热法发展的一个重要的方向，把先进的科学技术应用到水热法中去，也可以说是水热法技术的革新。例如，科学家王东光等将超重力与水热法相结合，成功的制备出纳米绿色阻燃材料。还有许多新的技术应用到水热发展，制备出许多新的材料，这都表明了科学技术和化学技术相互依赖、相辅相成。所以说，改进的水热法就是各个学科和技术交叉运用的结果。
水热法制备无机非金属材料自上世纪七十年代兴起后，很快便受到许多国家的重视，许多国家专门成立了研究机构，这对水热法制备无机非金属材料的发展起到了极大的促进作用。水热法对无机非金属材料的制备来说是其极为重要的技
改进的水热法在无机非金属材料制备中的应用
