磁场诱导水热合成法解析
磁场辅助水热法合成α-Fe2O3粒子研究
植 入 Ｎｄ ｅ Ｆ Ｂ永 磁 体 ， ８ １ ０℃ 时磁 场 大 小 为 ０ １ ．９
Ｔ。将 ２个 反 应 釜 扣 紧 ， 入 １ ０℃ 的烘 箱 中 反 置 ８ 应 １ ， ０ｈ 反应 完 成 后 自然 冷 却 至 室 温 ， 后 进 行 然 过 滤 。将 得 到 的红 色沉 淀物 用蒸馏 水 和酒精 交替 洗涤 ３次 ， ５ Ｃ×３ｈ干燥 得 到 红 色 粉末 。将 于 ０。 所得 样 品分别 标记 Ｓ 无 外 加 磁场 ） Ｓ 有外 加 （ 和 （
动样 品磁 强计分 别 对 所 得 样 品 的结 晶性 、 貌 以 形
及 磁性 能 进行表 征 。
为此 ， 文 以氯 化 铁 （ ｅ Ｉ 本 Ｆ Ｃ 。・６ Ｏ） 反 应 前 驱 Ｈ 为
物， 采用 磁 场辅 助水 热法 合成 ａＦ 。 粒 子 ， — ｅＯ。 以期
收稿 日期 ：０ １ ５ ２ Ｈ一２１
除 了作 为研 究材 料 电子结 构 以及 磁性质 的一 种表 征 手 段 外 ， 场 也 可 以像 温 度 、 强一 样 ， 磁 压 作 为合 成 材料 的 一 个 重 要参 数 。实 际 上 ， 材 料 反 当 应 体 系在 引入 外 磁 场 的情 况 下 ， 个 体 系 的 能量 整 状 态将 增 加一 能量 项 一Ｍ ・Ｈ。磁 场对 反应 物质
样 品具 有 取 向 性 ， 晶 性 较 好 。 这 些 结 果 能 够 在 结
一
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Ｅ， ２ ６，７３（ ００ ４）：０ ２ ０ ４１ ． ４１ ４０ — ４１ １
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水热与溶剂热合成法的原理
水热与溶剂热合成法的原理水热合成是一种常用的溶剂热合成方法，其原理基于高温高压的条件下，溶剂中的溶质能够发生各种化学反应。
在水热条件下，水作为一种强溶剂，具有较高的介质极化能力和较高的溶解度，对于很多无机和有机物质都能够发挥溶剂作用。
通过水热合成方法，我们可以合成各种无机纳米颗粒、无机纤维、无机薄膜和无机杂化材料。
水热合成的原理主要涉及以下几个方面：1.高温高压条件下的介质极化效应：在高温高压条件下，水分子具有较高的极性和极大的介电常数，能够使得周围的溶质分子发生极化，达到更高的反应速度和较好的反应活性。
2.溶质溶剂间的相互作用：水作为一种强溶剂，对于溶质具有一定的溶解度，能够提高反应物质之间的接触程度，促进反应物质之间的相互作用，进而促进反应的进行。
3.溶液饱和度对反应速率的影响：在水热合成过程中，溶液中的反应物质往往在过饱和状态下存在，当反应物的浓度超过其在饱和溶液中的溶解度时，会发生结晶过程，从而生成所需的产物。
溶剂热合成是一种利用高温高压条件下的溶剂作用，促进反应物质之间发生化学反应的方法。
根据反应的需求，选择适当的溶剂，使得反应物质能够更好地溶解和混合在一起，以提高反应的速率和效率。
溶剂热合成的原理主要包括以下几个方面：1.溶液的扩散和混合效应：高温高压条件下，溶剂分子的动力学能够得到增强，分子的扩散和混合能力也会增强，有利于反应物之间的相互作用和反应的进行。
2.溶液中溶质的溶解度：溶剂作为一种溶解介质，能够使得溶质分子得到更好的散布和溶解，有利于反应物之间的接触程度和相互作用。
3.溶液中的离子活性：在高温高压条件下，溶剂分子能够极化溶质分子，使得溶质分子成为带电的离子，在反应过程中有助于离子的迁移和反应的发生。
4.溶液中的饱和度和过饱和度：在溶剂热合成的过程中，溶液的浓度往往超过了其在饱和状态下的溶解度，溶液处于过饱和状态。
当反应物质达到饱和状态时，会发生结晶过程，从而形成所需的产物。
磁场辅助水热法合成的镍纳米晶电磁与微波吸收特性
Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｉｅ ｆ ｌ ｄ — ａ ｓ ｓ ｉ ｓ ｔ ｅ ｄ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｎｉ ｎ ａ ｎ ｏ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ
８ ＧＨ ｚ处 移 向 １ ２ ＧＨｚ 。
关键词 ：镍纳米 晶；磁场 ；左手材料 ；微 波磁导 率；微 波吸收 中图分类号 ：Ｔ Ｂ ３ ８ ３ ； Ｔ Ｍ２ ５ 文献标识码 ：Ａ 文章编号：１ ０ ０ １ — ３ ８ ３ ０ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ ０ ０ ２ ８ ． ０ ３
ｓ ｈ ｉ ｔ ｆ ｓｆ ｒ ｏ ｍ ８ＧＨｚｔ ｏ １ ２ＧＨｚｆ ｏ ｒ ｈ ｅＮｉ ｔ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅｗｉ ｔ ｈ ａ ｐ ｐ ｌ ｙ ｉ ｎ ｇｍａ ｎｅ ｇ ｔ ｉ ｃｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ．
ｗｉ ｈ ｔ ｐ ａ ｒ ｔ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｐ ａ ｒ ａ ｌ ｌ ｅ ｌ ｌ ｙ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ． Ｔｈ ｅ ｌ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｅ ｘ ｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｔ ａ ｎ ｅ ｏ ｕ ｓ ｌ ｙ ｎ ｅ ｇ ￣ｉ ｖ ｅ ｐ ｅ ｒ ｍｉ ｔ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｔ ８ ＧＨｚ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ｒ ｅ ｍａ ｒ ｋ ａ ｂ ｌ ｅ ｌ ｅ ｔ－ ｆ ｈ ａ ｎ ｄ ｅ ｄ ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ．Ｍ ｏ ｒ ｅ ｏ ｖ ｅ Ｌ ｉ ｔ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｇ ｏ ｏ ｄ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｗａ ｖ ｅ ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｂ ｉ ｎ ｇ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ 。 ｗｉ ｈ ｔ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｒ ｅ ｌｅ ｆ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ｏ ｓ ｓ ｏ ｆ－ １ １ ｄ Ｂ ａ ｔ ８ ． ３ ２＂ Ｓ Ｈｚ ａ ｎ ｄ ｂ ａ ｎ ｄ ｗｉ ｄ ｔ ｈ ｌ ｅ ｓ ｓ ｈａ ｔ ｎ 一 ８ ｄ Ｂ ｃ ｏ ｖ ｅ ｉｎ ｒ ｇ ａ ｒｅ ｆ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ
水热合成技术的定义
水热合成技术的定义水热合成技术是一种利用高温高压水环境下进行化学反应的方法。
它是一种绿色、高效、环保的合成方法，广泛应用于材料科学、化学工程等领域。
水热合成技术最早应用于地质学领域，用于模拟地下水体环境中的矿物形成过程。
随着研究的深入和技术的发展，水热合成技术逐渐应用于人工合成材料的制备领域。
水热合成的基本原理是在高温高压水环境中，将溶液中的反应物与溶剂进行反应，生成所需的产物。
水热合成技术的优势在于反应速度快、产物纯度高、晶体质量好等特点。
水热合成技术主要包括溶液的制备、反应器的选择、反应条件的控制等方面。
首先，需要制备适合反应的溶液，其中包括反应物和溶剂。
反应物的选择要考虑其溶解度、反应性以及所需产物的特性等因素。
溶剂的选择要考虑其稳定性、溶解性以及对反应的影响等因素。
选择合适的反应器也是水热合成技术的关键。
一般情况下，反应器采用高压容器或者封闭反应釜。
反应器的选择要考虑到反应物的性质、反应条件的控制以及产物的收集等因素。
水热合成技术的成功与否还要依赖于反应条件的控制。
反应条件包括温度、压力、反应时间等因素。
不同的反应需要不同的反应条件，因此在进行水热合成实验时需要仔细调控这些参数。
水热合成技术在材料科学中有着广泛的应用。
例如，通过水热合成技术可以制备出具有特定形状和结构的纳米材料。
这些纳米材料在光电子学、催化剂、传感器等领域具有重要的应用价值。
水热合成技术还可以用于制备金属有机骨架材料（MOFs）、纳米晶体、金属氧化物等材料。
这些材料具有特殊的物理和化学性质，可以用于储能、分离纯化、光催化等方面。
水热合成技术是一种重要的合成方法，具有广泛的应用前景。
它不仅可以用于制备各种材料，还可以扩展到其他领域，如药物合成、环境治理等。
随着技术的不断发展，相信水热合成技术将在未来发挥更大的作用。
水热合成法用于磁性材料的研究进展
08113115 杨仁君水热合成法用于磁性材料的研究进展水热法是指在特制的密闭反应容器中，以水为介质，通过加热创造一个高温高压反应环境，使通常难溶或者不溶的物质溶解并且重结晶，再经过分离和热处理得到产物的一种方法。
水热法具有两个显著的特点：第一，在高温高压条件下，水处于临界状态，物质在水中的物性和化学反应性能均有很大改变，反应活性提高，反应是在非理想非平衡状态下进行的，因此其反应过程和机理与常态下有较大的差异；第二，水热法具有可操作性和可调变性，有利于低价态、中间态与特殊价态化合物的生成，并能均匀地进行掺杂。
水热法由于具有制得的粉体粒度小、粒度分布范围窄、结晶良好和分散性好等优点，并能较好地控制粒子大小、形貌和粒度分布而引起了人们的极大兴趣，是一种具有工业化实用前景的制备方法。
经过国内外学者的大量研究，该法在制备磁性材料方面发展迅速，取得了明显进展，研究方向主要为水热法制备氧化铁、四氧化三铁、锰锌铁氧体及其他磁性材料。
1.水热法制备氧化铁水热法制备α- Fe2O3通常是以可溶性的三价铁盐为原料经水解或以Fe(OH)3为前驱物，经相转变直接生成α- Fe2O3。
国内在这方面的研究取得了一定进展。
以Fe(NO3)3·9H20溶液和NaOH溶液为原料，采用HEDP(羟基乙叉二膦酸)作为晶体助长剂，通过水热法制备出了针形Fe2O3。
透射电镜照片表明，该粒子基本上呈针状或棒状，平均长度约为1 μm，长径比约为5:1。
国外专家提出了将初始铁的氢氧化物经水热处理转化为纯的α- Fe2O3，再通过水热法低温合成具有通道形结构的纳米棒状β-FeOOH，再通过熔烧( 于520 ℃下) FeOOH得到具有规则的孔结构的Fe2O3纳米棒。
经过电化学测试显示这些纳米棒状物相对于Li金属具有大的放电容量(275mAh/g),有可能在锂电池中用作电极材料。
由于水热法避免了高温焙烧，所以制得的产物粒径小、粒径分布比较均匀。
水热法制备及磁分离在污水处理中的应用-1110
水热法制备C@Fe3O4及磁分离在污水处理中的应用实验原理顺磁材料与磁分离图1 磁性纳米材料超顺磁性图解没有外加磁场时，超顺磁性的纳米材料不表现出磁性, 有外加磁场时，材料有很强的磁性，能够实现固液分离靶向引导水热法水等为溶剂，将反应前体物质混合后在高温、高压的反应釜中进行反应的纳米材料合成方法。
乙二醇C FeCl3NaAc磁回收和磁重复磁吸收（回收）率是指磁性纳米材料的分离性能的指标之一。
本实验通过测量“污水”样品吸光度的变化，反映吸附颗粒对染料的吸收情况。
吸收率D可以表示为：D=A A0式中A为净化完成时溶液的吸光度，A0为“污水”样品的吸光度。
本实验中，应进行五次吸附、回收，并统计每次的吸附率。
通过绘制吸附率-循环次数柱形图，可直观得到所制备吸附材料的回收性能。
实验步骤水热法制备C@Fe3O4及在污水处理中的应用20ml乙二醇0.9g氯化铁0.5g碳粉1.8g醋酸钠搅拌转入水热釜强磁铁进行磁分离去离子水、乙醇洗涤C@Fe3O4完全溶解搅拌半小时粘稠状溶液密封200℃下反应8小时溶液冷却至室温倾析法弃去上层液体两支试管，中加入等量相同浓度的甲基橙溶液其中一支试管加入少许产物对比颜色变化颜色变化更为明显震荡10min 磁性材料产物吸附能力测试对比颜色变化继续震荡20min 离心测吸光度离心测吸光度震荡时间0102030 minA甲基橙溶液A甲基橙溶液+C@Fe3O4注意事项•由于反应物中含有氨气，具有挥发性，该实验需在通风橱中进行。
•由于产物含有磁性，该实验不能使用磁力搅拌器，应使用机械搅拌器。
•使用强磁铁进行吸引时，可将其置于烧杯侧面，可倾去磁性不足的产物。
水热合成法原理
水热合成法原理水热合成法是一种常用的化学合成方法，通过在高温高压的水环境中进行反应，利用水的特殊性质来促进化学反应的进行。
在这个过程中，水扮演了溶剂、反应介质和催化剂的角色，起到了至关重要的作用。
水热合成法的原理可以概括为以下几点：1. 温度和压力的影响水热合成法通常在高温高压的条件下进行，这是因为在高温高压的环境中，水的溶解性和反应性都会显著增强。
高温可以提供足够的能量来克服反应的活化能，促进反应的进行；高压可以增加反应物之间的碰撞频率，提高反应速率。
因此，水热合成法可以在较温和的条件下实现高效的化学反应。
2. 水的溶解性和离子化程度水是一种极性溶剂，具有良好的溶解性和离子化程度。
在水热合成法中，水可以有效溶解反应物和产物，有利于反应物之间的相互作用和反应的进行。
此外，水中的离子化程度也有助于促进化学反应的进行，例如在水热合成法中，水分子可以离解为氢离子（H+）和氢氧根离子（OH-），这些离子可以与反应物发生反应，促进反应的进行。
3. 水的热稳定性和热导率水具有较高的热稳定性，能够在高温条件下保持稳定的液态状态。
这使得水能够作为反应介质和催化剂进行反应，避免了反应物因过高温度而发生分解或失活的问题。
此外，水具有良好的热导率，能够快速传递热量，使反应体系的温度均匀分布，有利于反应的进行。
4. 水的溶液酸碱性水热合成法中，水的溶液酸碱性对反应的进行也有重要影响。
水在一定条件下可自离解生成氢离子（H+）和氢氧根离子（OH-），从而形成酸碱平衡。
酸碱性对于水热合成法中的某些反应至关重要，例如在一些金属氧化物的合成中，酸碱性可以调节反应液的pH值，影响反应物的溶解度和反应速率。
总结起来，水热合成法利用水的特殊性质在高温高压的条件下促进化学反应的进行。
水作为溶剂、反应介质和催化剂，通过调节温度、压力、溶液酸碱性等因素，实现了反应物之间的相互作用和反应速率的提高，从而实现了高效的化学合成。
水热合成法在材料科学、化学工程等领域具有广泛的应用前景，为人们研发新材料、新化合物提供了一种有效的合成手段。
水热合成法
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无机 1
1
原理2分类源自目录3过程精选ppt课件
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具体应用
4
与核壳结构 的关系
2
沉淀法
水解法
制备微粉
喷雾法 氧化还原法
冻结干燥法
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要得到化合物微粉，加热处理必 不可少。 而高温易造成缺陷，不能保持组 分的均匀性。
水热合成法 提纯与合成双重 作用！
TEM image and ED pattern of CdS / ZnO nanoparticles
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五、水热合成法的具体应用
• 1.制备超细（纳米）粉末 • 2.制备薄膜 • 3.其他应用
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5.1 制备超细（纳米）粉末
• 制备金属氧化物超微粉因金属铁在潮湿空气中氧化非常慢,但是把这个氧化反 应置于水热条件下,氧化速度非常快,要得到几十到100nm左右的Fe304;,只要把 金属铁在98MPa,40℃的水热条件下反应1小时即可。
• 反应过程的驱动力是最后可溶的前驱体或中间产物与最终产物之间的溶解度差， 即反应向吉布斯焓减小的方向进行。
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二、水热生长体系中的晶粒形成可分为三种类型：
➢ “均匀溶液饱和析出”机制：由于水热反应温度和体系压力的升高，溶质在溶 液中溶解度降低并达到饱和，以某种化合物结晶态形式从溶液中析出。
• 在衬底上形成稳定结晶相薄膜
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5.3 其他应用
煤的液体化、气体化：在水热条件下,煤可以液化、气体化，产生油性状,所以 如果煤在水热条件下处理实现工业化,煤的运输,煤的有效利用,因烧煤而造成的 环境污染,将会得到较大的改变。
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报告：李牣 组员：李军雷、岳国强、顾晓红、陈梅
2007年12月27日
1-1
主要内容
• 水热法简介 • 磁场诱导磁性金属纳米粒子线
型组装 • 磁场诱导铁氧体纳米材料的取
向生长
1-2
水热法基本原理
使用特殊设计的装置，人为地创造一个 高温高压环境，由于高温高压下水的解离 常数增大、黏度大大降低、水分子和离子 的活动性增加，可使那些在通常条件下不 溶或难溶于水的物质溶解度、水解程度极 大提高，从而快速反应合成新的产物。
1 - 10
SEM micrographs of products prepared at 110℃ for 24 hours a, b) without and c) with a 0.25T external magnetic field. b) is the magnified image of a).
103 112
201 004
A
I
B
40
50
60
70
80
90
100
2/ o
1-9
a) SEM micrographs of Co wires obtained at 110℃ for 36 hours under a 0.25T external magnetic field, b) higher magnification of a), and c) HRTEM image of a particle in the wire, showing that the particle is single crystalline. The magnified SEM image shows nearly parallel wires, HRTEM suggests that the wire is composed of Co nanocrystallites.
在无外磁场的情况下，球形粒子在任意方向上通过偶极作用堆 积在一起，故没有明显的取向排列。
1 - 11
SEM images of cobalt formed under a 0.25T magnetic field for a) 12h, b) 24h, respectively. c) An enlargement of the boxed region in b) is shown in c), showing spherical particles self-assembly to form a linear chain. d) Magnified image of c), showing the connection of spherical particles in a wire.
4H2O
room temperature Mixed solutionA
C2H5OH
H2NCH2CH2NH2 was added dropwise
Mixed solutionB
80 wt% A brown solution [H4N2·H2O] of [Co(en)3]2+
vigorous stirring for 10 minutes
1-3
水热结晶：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。
●无外加磁场作用的条件下， 小球杂乱堆积，无特定形貌
在0.25T外磁场诱导下，球形粒子沿着外磁场方向通过相互偶极
定向自组装，形成线状阵列结构。
1 - 13
磁化强度和矫顽力都要明显高于没加外磁场所 获得的产物。这可能与钴纳米粒子在外磁场诱
导下呈线形排列，形成永久的磁极有关。
M [emu/cm3]
800
1 - 12
13
径●
约纳
米
微级
米 的 球 形 多 晶 颗
钴 单 晶 颗 粒 团
粒聚
。成
粒
●微米多 晶球沿着 磁场方向 有序堆积 形成球形 的链。
●微米多晶球在 无外磁场的作用 下无序堆积。
●球形的链 向光滑的线 过渡。
●在外加磁场诱导下， 球形颗粒有序堆积最终 形成几乎平行的的线阵 列。
●通过 偶极的 诱导形 成的鼓 状的链 结构
1-4
水热法装置图
密封结构 釜体 压力、温度 无机分子（反应物） 溶剂 合成添加剂 晶核、产物
1-5
磁场诱导磁性金属纳米粒子线型组装
磁场诱导钴纳米晶的组装
H N Niu, et al J. Mater. Chem., 2003, 13, 1–5
1-6
工艺流程
Co(CH3CO2)2 ·
Mixed at
A
600
B
400
200
0
-200
-400
-600
Hale Waihona Puke -800-10-5
0
5
10
H [KOe]
The hysteresis loops measured at room temperature for
produces obtained with (A) and without (B) external magnetic field。
Teflon-lined stainless steel autoclaves
1-7
THE CHEMICAL REACTION FOR THE SYNTHESIS OF COBALT NANOCRYSTALLITES
Co( AC)2 3en Co[en]32 2 AC
2Co[en]32 N 2 H 4 4OH 2Co N 2 6en 4H 2O 低温还原过程获得纯的Co 纳米晶体粒径大约10-30nm, 这些钴 纳米晶体积聚形成直径大约13μm的球形粒子以降低表面能。
1-8
XRD PATTERNS OF COBALT NANOCRYSTALLITES PREPARED AT 110℃ FOR 36 HOURS WITH A 0.25T MAGNETIC FIELD (A), AND WITHOUT MAGNETIC FIELD (B).
100 002 101
102 110