溶液燃烧法制备无机材料

引言 (2)

1.溶液燃烧合成基本原理 (3)

1.1 发生燃烧合成的基本要素是 (3)

1.2 与传统工艺先比，燃烧合成技术的优点 (3)

2溶液燃烧制备过程的影响因素 (4)

2.1燃料的种类和用量 (4)

2.2 助剂 (5)

2.3pH (6)

结语 (7)

参考文献 (7)

溶液燃烧法制备无机材料

摘要：溶液燃烧法是一种新型无机材料制备工艺，介绍了该法制备机材料的特点和过程，阐述了燃料种类和用量、助剂、pH以及微波加热等因素对溶液燃烧过程及材料性质的影响，综述了制备荧光材料催化材料、电池材料、磁性材料和染料等方面的研究进展。

关键词：溶液燃烧法；无机材料；燃料

Abstract：Solution combustion(SC) is a new process to prepare various inorganic materials．In this paper，the characteristics and process of SC are introduced，and the effects of preparation conditions，such as fuel ，ratio of fuel to oxidant，promoter，pH，microwave，etc．，on SC process and nature of inorganic materials are discussed．The SC application in preparation of phosphors，catalysts，battery and electrode magnetic material and pigments are introduced as well．

Key words：solution combustion synthesis；inorganic material；fuel

引言

1967年，原苏联科学院化学物理研究所发现钛-硼混合物的自蔓延燃烧合成现象，称之为“固体火焰”。60年代末，又发现了许多金属与非金属难熔化合物的燃烧合成现象，并首先将这种靠反应自身放热来合成材料的合成技术称为自蔓延高温合成法。(Slef-propagating High-temperature Synthesis,简称SHS)。

SHS技术是利用外部提供的能量诱发，使高温放热反应体系的局部发生化学反应，形成反应前沿燃烧波，此后化学反应在自身放出热量的支持下，继续向前行进，使邻近的物料发生化学反应，结果形成一个以一定速度蔓延的燃烧波，随着燃烧波的推进，原始混合物料转化为产物，待燃烧波蔓延至整个试样时，则合成了所需的材料。SHS技术在合成过程中燃烧温度高，反应中温度梯度极大和燃烧波速度快。工艺设备简单、能耗少，可获得高纯的合成产物。但是SHS缺点是工艺可控性较差。此外，由于燃烧温度一般高于2000℃，合成的粉末粒度较粗，一般不适用于复合氧化物的合成。几年来，SHS与湿化学方法相结合，发展出主要用于合成金属氧化物的新工艺—低温燃烧合成工艺（loc-temperature combustion synthesis,LCS）。

由于自燃烧在很短时间内借助外界初始能量进行具有自蔓延性质的燃烧，大量的有机组成在短时间内迅速发生氧化=还原反应燃烧并以气体形式放出。这些热量一方面促进各反应物之间的质量传输和扩散，有利于反应的进行，同时促进反应过程中生成的碳化物的分解；另一方面迅速传递给与反应物临近的未反应物，使其温度升高从而使得反应得以自维持，因此留下的固态产物必然具有大量孔洞。LCS产物特有的多孔微结构的形貌特征，可形成比表面积高的超细氧化物粉。它既保持了湿化学法中成分原子水平均匀混合的优势，又利用了反应体系自身的氧化还原反应燃烧着一SHS的特性，在数分钟内结束反应，直接得到所需的金属氧化物粉体。

1.溶液燃烧合成基本原理

低温燃烧合成一般对于原料的要求是硝酸盐或其它可溶性的盐，以利于各种金属离子在水溶液中均匀混合或能与络合剂络合。燃烧反应常在573—773K或更低的温度下于热板上或马弗炉中进行，这样反应在比目标产物相转变温度低的温度下进行。其工艺的基本原理是：所用的氧化剂和燃料混合物具有放热的特性，在一定温度诱发下能自发发生氧化还原法应，最终得到所需产品。氧化剂和燃料的配比，根据推进化学理论进行计算，主要是原料的总还原价和总氧化价，以这两个数据作为氧化剂和燃料的化学计量配比系数。化学计量比为整数时，燃料反应释放的能量最大。燃烧反应机理很复杂。

影响反应的因素包括：燃料的种类、燃料与氧化剂的比率、过量氧化剂的使用、着火点温度、前驱体混合物的含水量。燃烧火焰温度T『受燃料的种类、燃料与氧化剂的比率以及在着火点附近前驱溶液残余水分含量的影响。

T f=T o+(△H r - △H p)／C p(1)

这里△H r和△H p分别是反应物和产物的生成焓，T o为298K，C p为产物在通常状况下的热容。实际测得的火焰温度要比计算值低，研究认为这是由于反应中热量损失的缘故。利用推进剂和爆炸场的热化学概念，用一种简单的方法计算混合物体系的氧化还原剂的比例，即分别计算两者的总还原价和总氧化价，以此来确定它们的比例。可以根据反应物和产物的生成焓和热能来计算燃烧反应的焓。

溶液燃烧合成法（Solution combustion synthesis,简称SCS）是一种新兴的湿化学合成方法。该法由于原料在溶液中反应，因而组分能达到分子、离子级别上的均匀混合，且合成温度低（＜800℃）、时间短（＜5min），合成粉体尺寸细小。

1.1发生燃烧合成的基本要素是

1.利用化学反应自身放热，完全（或部分）不需要外热源；

2. 2.通过快速自动燃烧波的自维持反应得到所需成分和结构的产物；

3.通过改变热的释放和传输速度来控制反应过程的速度、温度、转化率和产物的成分及结构

1.2 与传统工艺先比，燃烧合成技术的优点

反应时能产生高温，使低沸点的杂质挥发逸出，产品纯度高；除启动反应时不需要外热，简化设备，节省能源，工艺简单；在燃烧过程中，材料经历了很大的温度变化，非常高的加热和冷却速率。使生成物中极有可能出现非平衡或亚稳相，因此某些产物比用传统方法制造的产物更具有活性；不仅扩大了材料合成所用原料来源，降低成本，还具有很广的实用性，可以合成其它工业多不能生产的一些材料，还可以合成一些具有高熔点化合物，高温超导材料，陶瓷材料，硬质合金，复杂的氧化物，金属间化合物等。由SHS合成的化合物已吃超过500多种；不仅能生产粉末，可以与其它工艺结合，使材料的合成与致密化同时完成；过程迅速、省时；界面结合紧密、无污染；可以制造某些非化学计量比的产品、中间产