化学-晶体生长技术案例.ppt

* 溶剂热法优点 在有机溶剂中进行的反应能够有效地抑制产物的氧化过程或水中氧的污染； 非水溶剂的采用使得溶剂热法可选择原料范围大大扩大； 由于有机溶剂的低沸点，在同样的条件下，它们可以达到比水热合成更高的气压，从而有利于产物的结晶； 由于较低的反应温度，反应物中结构单元可以保留到产物中，且不受破坏，同时，有机溶剂官能团和反应物或产物作用，生成某些新型在催化和储能方面有潜在应用的材料； * 水热与溶剂热合成方法的适用范围 制备超细（纳米）粉末 制备薄膜 合成新材料、新结构和亚稳相 低温生长单晶 * Application (1) Monocrystal Growth Monocrystal Growth 利用水热法在较低的温度下实现单晶的生长，从而避免了晶体相变引起的物理缺陷 Chapter5 Preparation of Materials * 水热法生长的单晶 水热法生长单晶装置 Chapter5 Preparation of Materials * 杜邦用来生长KTP晶体的装置 KTP单晶 Chapter5 Preparation of Materials * (2) Powder preparation 粉体晶粒发育完整； 粒径很小且分布均匀； 团聚程度很轻； 易得到合适的化学计量物和晶粒形态； 可以使用较便宜的原料； 省去了高温锻烧和球磨，从而避免了杂质和结构缺陷等。 Powder Preparation Chapter5 Preparation of Materials * (3) Film Preparation Film Preparation 可以在很低的温度下制取结晶完好的钙钛矿型化合物薄膜或厚膜，如BaTiO3、SrTiO3、BaFeO3等 Chapter5 Preparation of Materials * 优点： 可生长低温固相单晶，高粘度材料。 可生长那些熔化前后会分解、熔体蒸汽压较大、高温易升华或者只有在特殊气氛才能稳定的晶体，如ZnO2, VO2 晶体发育好，晶体热应力小、宏观缺陷少、均匀性和纯度高，质量好。 缺点： 理论模拟与分析困难，重现性差； 装置的要求高； 难于实时观察； 参量调节困难。 水热法生长的优缺点： * 水热与溶剂热合成方法应用实例 基于酒石酸调节的单分散Fe3O4的粒子的水热合成 JuanYan采用主要原料为TA（酒石酸），FeCl3，无水C2H5OH，NH4OH以及各种的分析纯试剂通过酒石酸辅助水热合成单分散Fe3O4纳米材料。 制备工艺：1ml NH4OH加入25ml的FeCl3水溶液中，搅拌得到红褐色泥浆，泥浆通过多次离心分离，得到了铁的先驱体。将不同含量的TA(0mmol， 0.2mmol， 0.5mmol，1mmol， 2mmol)加入到上述先驱体中，之后转移到100ml的聚四氟乙烯内衬的压热器中，充入去离子水搅拌，之后压热器密封并且加热，压热器在180℃下保温1小时，在空气中缓慢冷却。产物离心并用酒精和去离子水清洗，重复此过程多次，产物在真空箱中60℃干燥4h，获得最终产物。 * 在180℃下搅拌1小时，不同TA含量水热合成产物TEM照片 (a)0mmol，(b)0.2mmol，(c)0.5mmol，(d-e)1mmol，(f)2mmol * 在180℃下搅拌1小时，不同TA含量水热合成产物的XRD图 (a)0mmol，(b)0.2mmol，(c)0.5mmol，(d-e)1mmol，(f)2mmol， H：Fe2O3，M：Fe3O4 5.1.2.3 高温溶液生长法（熔盐法） 高温溶液生长法是使用液态金属或熔融无机化合物作为溶剂，在高温下把晶体原材料溶解，形成均匀的饱和溶液，故又称熔盐法。 通过缓慢降温或其他方法，形成过饱和溶液而洗出晶体。 * Chapter5 Preparation of Materials 5.1.2.3 高温溶液生长法（熔盐法） 常用溶剂： 液态金属 液态Ga（溶解As） Pb、Sn或Zn（溶解S、Ge、GaAs） KF（溶解BaTiO3） Na2B4O7（溶解Fe2O3） 典型温度在1000?C左右 利用这些无机溶剂有效地降低溶质的熔点，能生长其他方法不易制备的高熔点化合物，如钛酸钡BaTiO3 * Chapter5 Preparation of Materials * X 射线单晶体衍射仪的英文名称是 X-ray? single? crystal? diffractometer, 简写为 XRD * 非线性光学指的是光与物质相互作用时产生的光频率改变等非线性光学效应，之所以叫非线性是因为频率发生改变，而光的出射光强与入射光强不成正比例关系，一般成平方或高次方关系。大部分的晶体都有一定的非线性系数，但只有少部分晶体的非线