热 法 的 应 用 与 发 展.doc

热 法 的 应 用 与 发 展 施 尔 畏 夏 长 泰 王 步 国 仲 维 卓 ( 中 国 科 学 院 上 硅 酸 盐 研 究 所 上 海2 0 0 0 5 0) 摘 要 水 热 法 可 简 单 地 描 述 为 使 用 高 温、高 压 水 溶 液 使 得 通 常 难 溶 或 不 溶 的 物 质 溶 解 和 重 结 晶 水 热 法 已 被 广泛 地 用 于 材 料 制 备、化 学 反 应 和 处 理,并 成 为 十 分 活 跃 的 研 究 领 域,本 文 对 水 热 物 理 化 学、水 热 技 术 和 水 热 反 应 设 备 作 了 简 要 的 综 述. 关 键 词 水 热 法 1 引 言 他水 热 法 是 在 特 制 的 密 闭 反 应 容 器 ( 高 压 釜 ) 里,采 用 水 溶 液 作 为 反 应 介 质,通 过 对 反 应 容 器 加 热,创 造 一 个 高 温、高 压 反 应 环 境,使 得 通 常 难 溶 或 不 溶 的物 质 溶 解 并 且 重 结 晶 1 ].按 研 究 对 象 和 目 的 的 不 同,水 热 法 可 分 为 水 热 晶 体 生 长、水 热 合 成、水 热 反 应、水 热 处 理、水 热 烧 结 等,分 别 用 来 生 长 各 种 单 晶,制 备 超 细、无 团 聚 或 少 团 聚、结 晶 完 好 的 陶 瓷 粉 体,完 成 某 些 有 机 反 应 或 对 一 些 危 害 人 类 生 存 环 境 的 有 机 废 弃 物 质 进 行 处理,以 及 在 相 对 较 低 的 温 度 下 完 成 某 些 陶 瓷 材 料 的 烧 结 等.按 设 备 的 差 异,水 热 法 又 可 分 为“普 通 水 热 法”和“特 殊 水 热 法”.所 谓“特 殊 水 热 法”指 在 水 热 条 件 反 应 体 系 上 再 添 加 其作 用 力 场,如 直 流 电 场、磁 场 (采 用 非 铁 电 材 料 制 作 的 高 压 釜 )、微 波 场 等·作 为 一 种方 法,水 热 法 不 仅 在实 验 室 里 得 到 了 应 用 和 持 续 的 研 究,而 且 已 实 现 了 产 业 规 模 的 人 工 水 晶 水热 生 长· 本 文 根 据 有 关文 献 资 料 和 作 者从 事 多年 水 热 法 研 究 实 践,从 基本 理 论、工 艺 设 备、技 术 手 段 三 个 层 次,对 水 热 法 的 应 用 和 发 展 作 一 简 要 的 评 述.. 2 水 热 物 理 化 学 水 热 物 理 化 学 的 主 要 研 究 内 容包 括 水 热 条 件 下 相 平 衡、溶 解 度 与 温 度 的 关 系、水 热 反 应 热 力 学 和 反 应 动力 学 等.本 节 将 着 重 介 绍 水 热 介 质 一 水 的 基 本特 性、各 类 物 资 在 水 热 介 质 中 溶 解 度、水 热 反 应机 理 等 方 面 的 研 究 结 果. 2.1 水 热 条 件 下 的 特 性[1一 4 } 水 热 介 质 一 水 的 特 性 是 指 在 水 热 条 件 下 水 的 粘 度、介 电 常 数 和 膨 胀 系 数 的 变 化.图 1给 出 了 水 的 粘 度 与 水 的 密 度 和 温 度 的 关 系.从 图 可 看 到:在 稀 薄 气 体 状 态,水 的 粘 度 随 温 度 的 升 高 而 增 大,但 被 压 缩 成 稠 密 液体 状 态 时,其 粘 度 却 随 温 度 的 升 高 而 降 低.曲 线 中 存 在 一 个 区 域 ( 此 时 水 的 密 度 约 为 0.8x1 03k g一”)在此 区 域 里,水 的 粘 度 不 因 温 度 的 改变 而发生 很 大 的 变化·假 设 水 热 溶 液 ( 例 如:IM NaOH,或 NaZC O3,或 N H4F,或 KH p O;等) 的性质 与水 热 条 件 下 纯 水 的性 质 相 似;假 设 水 热 体 系 的 填 充 度 为 10%,即 水 热 体 系 完 全 被 溶液 充 满·此 时,水 热 溶 液 的 密 度 范 围 约 是 0.7 、 . 0 9x1 0“k g·m一 ”.在 通 常 所 选 用 的 水 热 反 应温度:30、 5 0o 0c 时,水 热 溶 液 的 粘度 约 为 9 ~4x10 一 P . as.与 室 温 下 水 的 粘 度:x1 0 刁 P . as和 1 00 maO H 水 溶 液 的 粘 度 与 纯 水粘 度 的 比 值: * 19 9 5年4 月2 日 收 到 初 稿,5 月 1 9 日 收 到 修 改 稿 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 η(sol)/ η.(