水热合成PZT
水热法合成锆钛酸铅PZT纳米线
ｌ Ｉ ６／ ｘ ｍ尺寸 的 Ｐ Ｚ Ｔ纳米 线 。Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ｌ ｉ ｎ Ｗａ ｎ ｇ ＿ ４ 等采 用两 步
水热 法 ，以 Ｐ ＶＡ 和 Ｐ ＡＡ 为 表 面活 性 剂 协 同作 用 分 别 在 Ｎ ｂ和 Ｆ ｅ 掺杂 的 Ｓ Ｔ Ｏ表 面 生长 Ｐ Ｚ Ｔ纳 米 阵列 ，并 组装 成 最高输 出电压为 ０ ． ７ Ｖ 的能 量转 换器 。这项 研究 成 功地 运 用 Ｐ Ｚ Ｔ材料在纳米尺度 范围内将 机械能转 换成 电能 ，掀 起 了纳米尺度发 电机研究 的巨大热潮 。
钾 （ Ｋ （ ） Ｈ） ，分析纯 的氨水 （ ２ ５ ～２ ８ ） （ 实验 中所 用化 学试剂均来 自国药集 团化学试剂有 限公 司） 。
１ ． ２实 验 流 程
水热法合成 Ｐ Ｚ Ｔ粉 体的实验流程如图 １ 所示。
首先按 照 Ｚ ｒ （ ） Ｃ １ ２・ ８ Ｈｚ Ｏ： （ ｃ ４ Ｈ。 Ｏ） Ｔｉ ： Ｐ ｂ（ ＮＯ３ ） ｚ
这与 文 献 中 用 水 热 法 合 成 Ｐ Ｘ相 Ｐ ｂ Ｔ ｉ Ｏ ３的 报 道 相 类 似 ］ 。经过退 火处理 ，可 以实现纳 米线 晶形从体 心 四方
结 构到钙钛矿结构的转变 。
压 电性 、铁 电性 的复合 功能材料 ，Ｐ ２ ｜ Ｔ系列 陶瓷居 里点 较
高 ，机 电耦合 系数 Ｋ 以及 机械 品质 因素 Ｑ 大 ，温度 稳 定 性和耐久性好 ，并 且其形 状可 以任意选 择 ，便 于工业 化 生
Ｇ ａ ｏ ｒ ｏ ｎ ｇ Ｈａ ｎ ［ ３ ］ 等以 Ｐ ＶＡ 和 Ｐ ＡＡ 为表 面活 性 剂协 同 作用 ，采 用水 热法 合成 直 径为 １ ５ ０ ～１ ７ ０ ｎ ｌ ｎ 、长 度 为 ｌ ～
８ Ｈｚ Ｏ） 、分析纯的硝酸铅 （ Ｐ ｂ（ ＮＯ 。 ） ｚ ） ，分析纯 的氢氧化
水热合成——精选推荐
水热合成摘要：水热合成已成为无机合成化学的一个重要分支。
水热反应主要以液相反应机理为其特点，水热与溶剂热条件下反应物反应性能的改变、活性的提高，水热与溶剂热合成方法可代替固相反应以及难于进行的合成反应，并产生一系列新的合成方法。
关键词：水热合成高温高压水热合成水热合成概述水热合成已成为无机合成化学的一个重要分支。
水热合成化学是研究物质在高温和密闭或高压条件下溶液中的化学行为与规律的化学分支。
水热合成是指在一定温度（100—1000℃）和压强（1—100MPa）条件下利用溶液中物质化学反应所进行的合成。
水热合成化学侧重于研究水热条件下物质的反应性、合成规律及产物的结构与性质。
反应需耐高温高压与化学腐蚀的设备。
体系处于非平衡状态，需用非平衡热力学理论研究合成化学问题。
水热化学也侧重于水热条件下特殊化合物与材料的制备、合成和组装，及固相反应无法制得的物相或物种，或使反应在相对温和的水热条件下进行。
水热反应主要以液相反应机理为其特点，而固相反应主要以界面扩散为特点。
机理上的不同可导致不同结构的材料生成，如液相条件能生成完美晶体、固相合成能获得非整比化合物等，即材料的微结构、性能等与材料的来源密切相关。
水热合成化学的特点①水热与溶剂热条件下反应物反应性能的改变、活性的提高，水热与溶剂热合成方法有可能代替固相反应以及难于进行的合成反应，并产生一系列新的合成方法。
②水热与溶剂热条件下中间态、介稳态及特殊物相易于生成，因此能合成与开发一系列特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产物。
③能够使低熔点化合物、高蒸气压且不能在融体中生成的物质、高温分解相在水热与溶剂热低温条件下晶化生成。
④水热与溶剂热的低温、等压、溶液条件，有利于生长极少缺陷、取向好、完美的晶体，且合成产物结晶度高以及易于控制产物晶体的粒度。
⑤由于易于调节水热与溶剂热条件下的环境气氛，因而有利于低价态、中间价态与特殊价态化合物的生成，并能均匀地进行掺杂。
水热合成的分类（按温度分类）①亚临界合成多数沸石分子筛晶体的水热即为典型的亚临界合成反应。
水热合成技术
水热合成技术水热合成技术是一种利用高温高压水环境下进行化学合成的方法。
它是一种重要的合成技术，可以用于制备各种无机材料、有机化合物和纳米材料等。
本文将介绍水热合成技术的原理、应用以及未来的发展方向。
水热合成技术的原理是利用高温高压水环境下的化学反应。
在水热合成中，水起到了溶剂和反应介质的作用。
通过调节反应条件，可以控制反应的速率、产物的形貌和结构等。
水热合成具有温度和压力可控、反应物溶解性高、反应速率快等优点，因此被广泛应用于材料合成领域。
水热合成技术在无机材料的合成中有着广泛的应用。
例如，通过水热合成可以制备金属氧化物、金属硫化物和金属氢氧化物等无机材料。
这些材料在电子器件、能源储存和催化剂等领域具有重要的应用价值。
此外，水热合成还可以制备一些特殊结构的材料，如纳米材料和多孔材料。
这些材料具有较大的比表面积和特殊的物理、化学性质，因此在催化、吸附和传感等方面具有广泛的应用。
在有机化合物合成方面，水热合成技术也发挥着重要的作用。
水热合成可以用于有机反应的加速和改善产物的选择性。
通过调节反应条件，可以实现特定官能团的引入和化学键的形成。
此外，水热合成还可以应用于有机催化剂的合成和有机小分子的转化等方面。
这些研究有助于开发新的有机合成方法，并为有机合成化学提供了新的思路。
水热合成技术在纳米材料合成方面有着广泛的应用。
通过水热合成可以制备出各种形状和结构的纳米材料，如纳米颗粒、纳米线和纳米片等。
这些纳米材料具有较小的尺寸和特殊的物理、化学性质，因此在光学、电子和生物医学等领域具有重要的应用价值。
例如，通过水热合成可以制备出具有荧光性质的纳米材料，用于生物成像和荧光标记等方面。
此外，水热合成还可以制备出具有可控形貌和结构的纳米材料，用于催化和传感等领域。
水热合成技术在材料科学和化学工程领域具有广阔的发展前景。
未来，随着人们对新材料和新技术的需求不断增加，水热合成技术将得到更广泛的应用。
同时，人们还将进一步研究水热合成技术的原理和机制，以实现更精确的合成控制和产物设计。
矿化剂对水热法合成PZT纳米粉体的影响研究
５
３ ． ５ １ ５
３ ． ２ ３ ８ ２ ． ９ ７ ７
１ ０
５ ５
１ ｏ ０
实验仪器 ： 高压 釜（ Ｆ Ｙ Ｘ ０ ． ５ 型永磁旋转搅 拌高压釜 ） 、 抽 滤瓶 、 布什 漏斗、 磁力搅 拌器等。 测试仪 器 ： ｓ Ｅ Ｍ（ 英 国剑桥 ） ； Ｘ Ｒ Ｄ（ 日本 理学 ） 。 实验 原 料 ： Ｋ Ｏ Ｈ、 正 丁醇 、 盐 酸、 冰乙酸、 Ｐ ｂ （ Ｎ Ｏ ） 、 Ｚ ｒ Ｏ Ｃ １ ・ ８ Ｈ ： Ｏ 、 Ｔ ｉ Ｏ 、 Ｎａ ＯＨ等。 １ ． ２ 水热法 制备 Ｐ Ｚ Ｔ 纳米粉体的实验过程 将Ｔ ｉ Ｏ ： 粉体用去离 子水搅拌分 散 ， 将Ｐ ｂ （ Ｎ Ｏ ３ ） ： 和Ｚ ｒ Ｏ Ｃ １ ・ ８ Ｈ Ｏ以及 Ｋ Ｏ Ｈ粉末分别配制成一定浓度 的溶 液备用 。将配好的 Ｚ ｒ Ｏ Ｃ １ ： 溶液慢慢 加人 到分散后 的 Ｔ ｉ Ｏ 中， 搅拌均 匀后慢慢加 入配好 的Ｐ ｂ （ Ｎ Ｏ ， ） 溶液 ， 边 加边 搅拌 ， 待 溶液均匀后 ， 再慢慢加 入配好 的矿化 剂溶液 ， 用玻 璃棒搅 拌溶 液 ， 溶液 颜色慢慢地 由 白色逐渐 变黄 ， 最后 成棕黄色悬浊 液 ， 之后 强 烈搅拌 ５ 分钟 ， 装 入反应 釜 ， 填充 度为 ８ ０ ％， 进 行反应 。水热反 应结 束， 对所 得沉 淀过滤后 ， 用去离子水多次洗涤 ， 再用正丁醇分散 ， 于８ Ｏ ℃ 下干燥 ２ ４ ， ＇ ｂＢ Ｊ ＇ ＂ ， 用 ＸＲ Ｄ进 行测试 。 １ ＿ ３ 矿化剂研究 实验 （ １ ） 矿化 剂ＫＯ Ｈ浓度 的影响实验 准确称 量Ｐ ｂ （ ｒ ￣ ｏ３ ） ２ ： ４ ． ４ ７ ｇ ； Ｚ ｒ Ｏ Ｃ １ ２ ・ ８ Ｈ２ ０： ２ ． ２ ６ ｇ ； Ｔ ｉ ｏ ２ ： Ｏ ． ５ ２ ｇ ； Ｋ Ｏ Ｈ： ５ ． ０ ５ ｇ ， 分 别 配制 成 水 溶 液 ， 按 上述 合 成 方法 ， 在２ ０ ０ ℃， ２ ｈ ， Ｐ ｂ ／ （ Ｚ ｒ ＋ Ｔ ｉ ） ＝ １ ． ０ ， Ｃ （ Ｐ ｂ ） ＝ ０ ． １ ５ ｍｏ ｌ ／ Ｌ的条件下 ， 在Ｋ Ｏ Ｈ浓度分 别为 １ 、 ３ 、 ５ 、 ７、 ９ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ时 ， 进 行水 热反 应 ， 得到Ｐ Ｚ Ｔ 粉体样 品 ， 其 编号依 次是 ： Ｋ １ — １ 、 Ｋ １ — ２ ＃ 、 Ｋ １ — ３ 、 Ｋ １ — ４ 、 Ｋ １ — ５ ， 用Ｘ Ｒ Ｄ对粉体进行 测试 ， 分 析其对 Ｐ Ｚ Ｔ 粉体制备 的影响 规律 ， 并选择适 宜的 Ｋ Ｏ Ｈ浓度。 （ ２ ） Ｉ （ 十 和Ｎ ａ 的影响实验 准确称量 Ｐ ｂ （ Ｎ Ｏ ３ ） ２ ： ４ ． ４ ７ ｇ ； Ｚ ｒ Ｏ Ｃ １ ２ ・ ８ Ｈ ２ ０ ： ２ ． ２ ６ ｇ ； Ｔ ｉ Ｏ ２ ： Ｏ ． ５ ２ ｇ ； Ｎ ａ Ｏ Ｈ ： １ ８ ． ０ ０ ｇ 分别 配制 成水溶 液 ， 按 上述合 成方 法 ， 在２ ０ ０ ℃、 ２ ｈ 、 Ｐ ｂ ／ （ Ｚ ｒ ＋ Ｔ ｉ ） ＝ １ ． ０ 、 Ｃ （ Ｐ ｂ ） ＝ Ｏ ． １ ５ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ 的条 件下 ， 用Ｎ ａ Ｏ Ｈ 代替Ｋ Ｏ Ｈ， 其浓度 为 ５ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ ， 进行水 热反应 ， 得 到粉体样 品Ｎ ２ ～ １ 、 Ｎ ２ — ２ ， 用Ｘ Ｒ Ｄ 对合成粉体 进行测 试， 分析 矿化剂阳离子对 Ｐ Ｚ Ｔ粉体制备的影响规律 ， 并确 定适宜的矿化 剂。 ２ ． 样 品 分 析 ２ ． １ Ｘ射线衍射分析 （ １ ） 矿化剂浓度 的影 响 Ｋ Ｏ Ｈ 作为水热合成的矿化剂 ， 可促进反应 的进行。实验发现 当反应 温度 、 反应时间等一定 时， Ｋ Ｏ Ｈ 浓度对所得产物的结 晶性有较大的影响。 图１ 是Ｔ ＝ ２ ０ ０ ℃、 ｔ ＝ ２ ｈ、 Ｃ （ Ｐ ｂ ） ＝ Ｏ ． １ ５ ｍｏ ｌ ／ Ｌ、 Ｐ ｂ ／ （ Ｚ ｒ ＋ Ｔ ｉ ） ＝ １ ． ０时 ， 不 同 Ｋ Ｏ Ｈ浓度下所得 Ｐ Ｚ Ｔ 粉体 的ｘ射线衍射 图。表 １ 为在此条 件下合成 的 Ｐ Ｚ Ｔ 样 品的 ｘ 一 射线衍射 数据 。由图 １ 和表 １ 可知 ， 当Ｋ Ｏ Ｈ浓度为 ｌ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ 时， 水 热合成的 固相产物为无定型粉体 ； 当Ｋ Ｏ Ｈ 浓度 为 ３ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ 时， Ｐ Ｚ Ｔ 晶体 各 主要 晶面的衍 射峰均 已 出现 ， 即合 成 了钙钛矿 型 Ｐ Ｚ Ｔ 粉体 ； 当 Ｋ Ｏ Ｈ 浓 度增加到 ５ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ 时， 各 晶面的衍射峰继续增强 ， Ｔ ｉ Ｏ ： 的衍射峰强 度减 弱 ， 这表 明反应进行 的 比较彻底 ； 当介质浓 度增加到 ７ ｍｏ ｌ ／ Ｌ时 ， 峰 强 无 明 显变 化 ， Ｐ Ｚ Ｔ晶体 的 结 晶度 无 明 显 改善 ， 但通过对比Ｊ Ｃ Ｐ Ｄ Ｓ ７ ５ — １ ６ ０ ７ 号卡 片可知此 时合成 的 固相 产物 中含有 Ｐ ｂ Ｚ ｒ Ｏ ， 杂质； 当介质 浓 度增 加 到 ９ ｍ ｏ Ｕ Ｌ 时， 合 成 的 固相产 物 Ｐ ｂ Ｚ ｒ Ｏ 和Ｔ ｉ Ｏ ： 的量 在 增加 而 Ｐ Ｚ Ｔ粉体 的量在 迅速减 少 ， 这表 明矿化 剂 Ｋ ＯＨ浓度过 高 ， 倾 向于 生成 Ｐ ｂ Ｚ ｒ Ｏ ， ， 而非有利于合成 Ｐ Ｚ Ｔ晶体 ， 因此对于矿化剂 ＫＯ Ｈ浓度必须精确
PZT陶瓷制备
PZT陶瓷制备一、PZT陶瓷制备的工艺流程压电陶瓷生产的工艺流程（以传统固相烧结为例）为：配料→球磨→过滤、干燥→预烧→二次球磨→过滤、干燥→过筛→成型→排塑→烧结→精修→上电极→烧银→极化→测试。
1、原料处理首先，根据化学反应式配料。
所用的原料大多数是金属氧化物，少数也可以是碳酸盐（预烧时可分解为氧化物）。
为使生成压电陶瓷的化学反应顺利进行，要求原料细度一般不超过2μm（平均直径）。
提高原料纯度有利于提高产品质量。
通常使用转动球磨机或震动球磨机进行原料混合及粉碎。
另外，在生产中往往还使用气流粉碎法，用高压气流的强力破碎作用，使粉料形成雾状，由于不用球石，可以避免杂质混入，且效率高。
2、预烧中的反应过程预烧过程一般需要经过四个阶段：线性膨胀（室温—400℃）固相反应（400—750℃）收缩（750—850℃）晶粒生长（800-900℃以上）在固相反应过程中，反应可分为四个区域，如图1[1]所示，分别对应于如下的化学过程：区域Ⅰ：未反应；区域Ⅱ：Pb+TiO2→PbTiO3；区域Ⅲ：PbTiO3+PbO+ZrO2→Pb(Zr1-x Ti x)O3；区域Ⅳ：Pb(Zr1-x Ti x)O3系统的反应区域+PbTiO3→Pb(Zr1-x’Ti x’)O3(x＜x’)。
图1 2PbO-TiO2-ZrO2系统的反应区域●—X射线测得点；○化学分析测得点，旁边数字代表已反应的PbO的百分数，烧结时间为零指刚到炉温的时刻；P—正交PbO；Z—单斜ZrO2；T—四方TiO2；PT—四方PbTiO3；PZT—Pb(Zr1-x Ti x)O3固定保温时间2h，改变预烧温度，随着温度的升高，在540℃左右，进入区域Ⅱ，形成PbTiO3；在650℃左右，进入区域Ⅲ，TiO2消失，Pb（Zr,Ti）O3形成；在710℃左右，进入区域Ⅳ，PbO和ZrO2消失；到1200℃时，PbTiO3消失，成为单相的Pb（Zr，Ti）O3。
锆钛酸铅_PZT_粉体合成的研究进展
钛矿 PZT相的形成 ,经 500 ℃热处理得到了纯相 PZT粉体 。
Sol - Gel法合成的 PZT粉体组分均匀 、化学 计量比准确 、超纯 、超细 ,且易于实现均匀掺杂 , 能实现 PZT压电陶瓷的低温烧结 ,可以制备出性 能优良的 PZT压电陶瓷 。但同时存在原料昂贵 , 配料时需考虑烧结过程中铅的挥发及溶胶的制 备须在干燥气氛中进行等不足 。 212 共沉淀法合成 PZT粉体
现 代 技 术 陶 瓷 2009年第 2期 (总第 120期 )
综述与述评
锆钛酸铅 ( 博 255040)
摘 要 : 锆钛酸铅 ( PbZrx Ti1 - xO3 , PZT)陶瓷是一类重要的铁电 、压电 、介电材料 ,其粉体的相组成 、 化学组成 、热稳定性和烧结活性影响着陶瓷制品的铁电 、压电和介电性能 。本文详细综述了合成 PZT粉 体的固相反应法和湿化学方法的发展现状 ,并对几种合成方法的特点进行了评介 ,为低温合成纯相 PZT 粉体和 PZT一维纳米结构指出了可能的方法 。
从狭义上说 ,溶胶是一种可流动的液相 ,足 够小的胶质状固体颗粒 (一般不大于 100 nm )依 靠布朗运动分散在该液相中 ;凝胶是一种至少包
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现 代 技 术 陶 瓷 2009年第 2期 (总第 120期 )
综述与述评
含有两相的固体 ,其中固相形成网络并将液相包 裹和固定 。 Sol - Gel法是湿化学方法中合成粉体 的新兴方法 ,一般是利用金属醇盐或可溶性无机 盐溶于溶剂中 ,在液相中均匀混合并反应 ,形成 稳定且无沉淀的液相 (溶液 )体系 ,通过放置一定 时间或升高温度实现胶体化 ,形成凝胶 ,再经过 干燥和煅烧合成所需要的晶相粉体 。
但是 PZT陶瓷属于含铅类压电陶瓷 ,铅在烧 结过程中易于挥发 , 难以保证准确的化学计量 比 ,导致在结构中产生缺陷 ,影响陶瓷材料的最 终性能 。因此 ,欲得到性能优良的 PZT功能陶 瓷 ,不仅要使得陶瓷烧结致密 ,而且要防止氧化 铅的挥发 。而实现 PZT陶瓷的低温烧结 ,是防止 氧化铅挥发的有效途径 。为此材料工作者对 PZT 的合成进行了大量研究 ,设法合成具有高纯 、超 细 、粒度分布均匀 、分散性好 、化学计量准确 、掺 杂均匀等特性的 PZT粉体 ,提高粉体的烧结活 性 ,降低陶瓷的烧结温度 ,以得到性能优良的 PZT 陶瓷材料 。
第三章-水热法ppt课件
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2021/4/11
P 固
B 超临界 流体
液
C
A 气
O
T
图 2.2 超临界流体相图
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2021/4/11
超临界水(SCW)是指温度和压力分别高于其临 界温度(647K)和临界压力(22.1MPa)，而密度 高于其临界密度(0.32g/cm3)的水。
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2021/4/11
超临界流体拥有一般溶剂所不具备的很多重要 特性。SCF的密度、溶剂化能力、粘度、介电常数 、扩散系数等物理化学性质随温度和压力的变化 十分敏感，即在不改变化学组成的情况下，其性 质可由压力来连续调节。能被用作SCF溶剂的物质 很多，如二氧化碳、水、一氧化氮、乙烷、庚烷 、氨等。超临界流体相图，如图2.2。
• 复 合 氧 化 物 ： BaFe12O19 、 BaZrO3 、 CaSiO3 、 PbTiO3、LaFeO3、LaCrO3、NaZrP3O12等；
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2021/4/11
• 羟基化合物、羟基金属粉：Ca10(PO4)6(OH)2、 羟基铁、羟基镍；
• 复合材料粉体：ZrO2-C、ZrO2-CaSiO3、TiO2C、TiO2-Al2O3等。
的物理化学性质极大地扩大了所能制备的目
标产物的范围；
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2021/4/11
✓ 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；
水热法制备PZT纳米粉体物理化学环境
Ａｂｔａｔ Ｐ （ｒ５ ｉ４ Ｏ （Ｚ ） ａ ｏｐｗｄｒ Ｓ ｒｐｒｄｅ ｃ ｎｌ ｙｈ ｄｏｈｒ ｌ ｍｅ ｏ， ｔ ｅ ｓ ｃ ｂＺｏ２ ０８ ３Ｐ Ｔ ｎｎ－ｏ ｅ ｅ ａｅ ｆ ｉ ｔ ｂ ｙ ｒｔｅｍａ ｔ ｄ Ｗｉ ｔ ｒ ．Ｔ ．） Ｗａ ｐ ｉ ｅ ｙ ｈ ｈｈ
Ｌ Ｔ ｏａ ｄＰ ＮＧ￣ ｎ －ａ ｇ Ｉ ａ ｎ Ｅ ｇｊ ｉ ｎ
（ｎｉｅｒ ｇ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ｅｔｒＳ ｕｈ ｓ ｉｅ ｉ ｆ ｃ ｎｅａｄＴｃｎ ｌｇ Ｍｉ ｙｎ ｉ ｕ ６ １ １） Ｅ ｇｎ ｅｉ ｄ ｃｎｌ ｙ ｎｅ ｏ ｔ ｔ ｖｒｔ ｏ Ｓ ｉ ｃ ｅｈｏｏ ｙ ｎａ Ｔ ｏ Ｃ ， ｗｅ Ｕｎ ｓｙ ｅ ｎ ｎ ａ ａｇＳｃ ａ ｈｎ ２ ００
水热 法 是一 种制 备 无机 材料 的重要湿 化学 法 ，
压力 ，采 用 内置 热 电偶 测量 反应 液 的温度 。 １２ 制备 工 艺 ．
被广泛地用来制备和生长一些功能晶体材料。近年 来 ，国内外采用水热法来制 多种超细陶瓷粉体，如 Ｐ Ｔ、Ｂ ＴＯ３ 功 能陶瓷 粉体 和ＺＯ 、ａＡｌ０ 等结 Ｚ ａｉ 等 ｒ２ － ２３ 构 陶瓷 粉体 Ｉ 。水 热法 制备 的Ｐ Ｔ陶瓷粉 体具 有分 Ｚ 散 性好 、无 团 聚或 少 团聚 、 晶粒 结 晶 良好 、 晶面显 露完整等 特 点 ， 大地 改善 了相 应 陶瓷材 料 的性质 ， 极 使水热条件下研究Ｐ Ｔ Ｚ 陶瓷粉体的合成机理与其反 应物理化学环境成为了研究热点【 。 ２ 本文通过实验 ． 引
ｃ ａａｔ ｉ ｉ ｆｇ ０ ｉ ｅｓ ｎ ｓ ｌ ｇａ ， ｉ ｉｔ ｉｇ ａｔ ｉ ｄ Ｓ ｎ Ｆ ｏ ｔｅｔｅ ｒ ｆｅ ｃ ｏｙｃ ｈ ｃｅ ｓ ｃ ｏ ｏ ｄｄｓ ｒ ｏ ， ｍａ ｒｉ ｈｇ ｓ ｅ ｎ ｃｉ ｔ ａ Ｏｏ ． ｒｍ ｏｙｏ ｌ 廿 ｌｔ ｒ ｒ ｔｓ ｐ ｉ ｌ ｎ ｈ ｎ ｒ ｖ ｙｎ ｈ ｈ ｅ ｓｌｔ ｎａ ｄｔｅｉｅ ｙｔｌ ｇａ ｈ ， ｅｐｒ ｃ ｌ ｉ ｆ ｈ ｓ ａ ａ ｄｃ ｅ ｃ ｎ ｉ ｎ ｎ ｒ ｒ ａｉｇＰ Ｔ ｏｕ ｏ ａｏ ｃ ｓ ｌ ｒｐ ｙ ｔ ａｔ ｕａ ｔ ｏ ｙ ｉｌ ｎ ｈ ｍｉ ｅ ｖ ｏ ｍｅ ｔｏ ｅ ｒ ｎ Ｚ ｉ ｎ ｈ ｄ ｆ ｒ ａｏ ｈ ｉ ｒ ｙ ｐ ｃ ｌ ａ ｒ ｆ ｐ ｐ
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2018/10/15
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水热合成PZT 纳米粉体的机制通常有两种：
1. 溶解/ 沉淀机制：当悬浮在溶液中的反应物粒 子被溶解在溶液中，形成过饱和溶液相，过饱和粒 子相互作用生成PZT 晶核，晶核在悬浮液中相互碰 撞，小的晶核逐渐溶解，大的晶核慢慢长大，大到 一定程度就从溶液中沉淀出来。这一过程的反应驱 动力是反应物在溶液介质中溶解度的不同。由于反 应物在水溶液中并不是完全溶解，因此需加入适量 强碱作为矿化剂来提高反应物在水溶液中的溶解度。
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2 . 原位化合机制：在溶液中加入适量的强碱作 为矿化剂，溶液中的反应物水解后，Ti 和Zr的水合 离子随着溶液的浓缩，优先形成, Ti—O—Ti 和 Zr—O— Zr的联结体，而Pb离子由于保持了规则的 几何的形状，因此没有参与Ti和Zr的水合离子的联 结。但 Pb 却随机地占据了无定形 Ti和Zr 凝胶体中 的位置。在水热条件下，PZT 晶核最可能通过原位 化合机制形成，与 Ti和Zr 凝胶体不成一体化的 Pb 元素，在凝胶体中做相对移动，最后形成钙钛矿结 构的长程有序物。在这过程中矿化剂的作用，可被 认为是起模板作用，而在水热处理过程促使 Ti— O—Ti 和 Zr—O— Zr 的联结体的破裂，从而形成 PZT纳米陶瓷粉体，形成粉体的化学成分是由凝胶 体的化学成分所决定的。矿化剂阳离子的半径越小， 越容易进入凝胶体的内部，促使凝胶体破裂 2018/10/15 8
PZT是PbZrO3和PbTiO3的固溶体，具有钙钛矿型结 构。PbTiO3和PbZrO3是铁电体和反铁电体的典型代表， 因为Zr和Ti属于同一副族，PbTiO3和PbZrO3具有相似 的空间点阵形式，但两者的宏观特性却有很大的差异， 钛酸铅为铁电体，其居里温度为492℃，而锆酸铅却是 反铁电体，居里温度为232℃，如此大的差异引起了人 们的广泛关注。研究PbTiO3和PbZrO3的固溶体后发现 PZT具有比其它铁电体更优良的压电和介电性能，PZT 以及掺杂的PZT系列铁电陶瓷成为近些年研究的焦点。
2018/10/15 2
水热合成的应用
钛酸钡粉体
良好的光催化活性的纳米TiO2粉体 铁酸镧(LaFeO_3)三维立方体 （对CO表现
出良好的气敏性能。） 氧化硅晶体
2018/10/15
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PZT (锆钛酸铅)：其中P是铅元素Pb的缩写，Z是锆元 素Zr的缩写，T是钛元素Ti的缩写。
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图
XRD
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不同时间下的SEM照片
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3. Pb 过量的程度 ： 当Pb过量20%时比低于 20%时峰强增强，当过量40%时就会出现杂相。 （然而不同的碱度下,Pb 过量的影响程度也不同， 下图碱度为0.5mol/L .想要得到好的晶型，碱度越 大，Pb过量应该越多。但是都是有限度的，直到出 现杂相为止。）
2018/10/15 15
5. 水热合成所使用的氧化物、氯化物原料相对于
பைடு நூலகம்
有机醇盐来讲较为便宜。 6. 水热合成法提供了成本低、规模大、重复性较 好、生产高质量PZT 纳米粉体的技术。 7. 所得的产物纯度高，分散性好、粒度易控制。
2018/10/15
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参考文献：
1.李涛,彭同江,锆钛酸铅纳米陶瓷粉体的水热合成技术 [J].纳米材料与纳米科技,2004（2）. 2.朱孔军, 朱仁强, 董娜娜, 顾洪汇, 裘进浩, 季宏丽, PZT 陶瓷粉体的水热合成[J].无 机 材 料 学 报,2012， 27（5）. 3. Liu Haitao, Cao Maosheng, Zhou Yongqiang, Liang Xiaojuan, Li Longtu, Hydrothermal Synthesis and Characterizationof Nanocrystalline PZT Powders [J].稀有金属材料与工程,2008，37（2）.
2018/10/15 17
Thanks !
2018/10/15
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2.水热反应 将配制好的前驱体装入反应釜中，装满度控制 在80%左右，通过自动控制仪来控制合适的反应温 度与压力以及反应时间，使反应进行。
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3. 粉体后期处理 水热反应完毕后，控制温度与压力快速降为常态 后，开釜取出纳米粉浆体，进行过滤、洗涤、干燥 等处理，即得所需的PZT纳米多晶粉体。
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在水热合成PZT 纳米粉体工艺中，常用的原料 主要有硝酸盐、氯化物、氧氯化物、醋酸盐、氢氧 化物等。其制备工艺过程可分为3个步骤。 1. 反应前驱体的制备 由原材料(如硝酸铅、氧氯化锆、四氯化钛等). 按比例配制反应前驱体，在前驱物中加入适量的强 碱(NaOH或KOH) 作为矿化剂，来调节反应溶液的 酸碱度。
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不同碱度下所得的产物的XRD图
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不同碱度下的SEM照片
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2.反应时间：由图可知，当反应时间较短(0.5 h), 产物的结晶度很低, 但结晶产物为PZT 晶体, 没有其 它结晶杂相出现. 随着反应时间的延长, PZT 结晶度 逐渐增强. 当反应时间达到4 h 时, XRD衍射峰强基 本达到最大, 继续延长反应时间, 产物(101)峰位衍射 峰强无明显变化, 这说明反应时间达到4 h 后, PZT 基本结晶完全, 继续延长反应时间对产物结晶总量 影响不大. 不 同 时 间 下 的
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不同Pb 过量度条件下所得产物的XRD 图谱
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不同Pb 过量程度条件下所得产物的SEM 照片
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1. 在众多湿法制备PZT 纳米粉体的方法中，水热
法真正实现了低温合成。 2. 低温制备条件能有效地减少挥发性物质 的挥发， 能保证反应生成物的化学计量比，保证高纯度纳 米多晶粉的生成；低温环境可有效地避免传统固 态反应或沉淀法预处理过程中粉体的过度团聚； 低温条件还有利于节约能源，降低成本。 3. 封闭的反应装置，使过剩的化学物质可以回收 再利用，从而实现环保的良性循环。 4. 水热法合成的PZT 纳米粉体具有很好的反应活 性，不需要预烧，可直接烧结制备PZT陶瓷。这 一点对于制备高质量、性能稳定的PZT 压电陶瓷 特别重要。
内容简介
1. 水热合成以及PZT ? 2.水热合成PZT工艺 3.水热合成PZT纳米粉体的机制 4. PZT的表征 5. 从PZT的合成总结水热 合成的优点
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水热合成是指温度为100～1000 ℃、 压力为1MPa～100MPa 条件下利用水溶 液中物质化学反应所进行的合成。在亚 临界和超临界水热条件下,由于反应处于 分子水平,反应性提高,因而水热反应可以 替代某些高温固相反应。又由于水热反 应的均相成核及非均相成核机理与固相 反应的扩散机制不同,因而可以创造出其 它方法无法制备的新化合物和新材料。
在整个PZT粉体合成工艺过程中，主要影响因素 及其表征： 1. 碱度（温度与其共同作用，温度高，碱度可以 低一些。温度一般在150摄氏度左右）：由图可知, 0.5、1 和2 mol/L 碱度条件下水热反应得到的粉体 均具有钙钛矿结构, 而在过低碱度(0.2 mol/L)和过 高碱度(4 mol/L)的条件下均没有明显晶相的生成.