溶液燃烧合成理论
溶液燃烧合成
溶液燃烧合成的介绍
1967年，原苏联科学院化学物理研究所Borovinskaya等人发现钛-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技术称为自蔓延高温合成法（Self-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（low-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。
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。
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）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。
与传统工艺先比，燃烧合成技术有很多优点：
（1）反应时能产生高温，使低沸点的杂质挥发逸出，产品纯度高；（2）除启动反应时不需要外热，简化设备，节省能源，工艺简单；（3）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；（4）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；（5）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；（6）过程迅速、省时；（7）界面结合紧密、无污染；（9）可以制造某些非化学计量比的产品、中间产物以及亚稳定相等。但它也有其缺点。如过程难控制，产物多孔疏松。粉末粒度不均匀等。
燃烧合成的基础理论
燃烧合成时一种特殊条件下的化学反应，其燃烧过程是典型的非均匀燃烧体系（相对于均匀燃烧体系而言，其特点为：燃烧宏观部均匀，燃烧速率受物质传输的限制，化学反应一般发生在相界面）。近30年以来，SHS燃烧现象的理论得到了更广泛的研究，并显示出了其在SHS中的重要作用。SHS基础理论的研究主要包括SHS热力学和SHS动力学。
A。燃烧合成热力学
对燃烧体系进行热力学分析室研究燃烧合成的基础。在此方面，绝热燃烧温度（Tad）是描述SHS反应特征的最重要的热力学参量，是指燃烧合成反应进行时所放出的热量全部用于体系的升温而使体系所能达到的最高温度，是一个理论极限值，它体现了反应过程放热的多少。因此，Tad的高低是决定反应能否自发蔓延下去的关键。它不仅可以作为判断燃烧反应能否自我维持放热定性依据。化学反应生成焓（∆H298ˊ）是一个决定化学反应能否自发进行的重要参量。当反应的生成焓较大时，反应才能自发完成。在忽略散热散失条件下，反应放出的热量全部用于使反应产物的温度升高，由此可以求得产物所达到的最高温度，及绝热温度Tad。
Merzhanov提出了一下经验判断。当Tad≥1800K时，SHS反应才能自我持续进行。
考虑到燃烧合成反应多为高放热反应，并且在瞬间完成，热量向周围空间传播的时间较短，因此体系可视为绝热体系。并且假定产物与反应物的比热不随温度变化，反应物按100%化学计量发生反应，且不可逆，当在298K发生反应时。则有以下平衡方程：
000298iT298iHnHH（）=0 （1）
化学反应生成焓∆H2980，是常温下物质的标准生成热，即反应在常温下的热效反应，此处视为所有生成物与反应物的生成热之差。（∆HT0−∆H2980）为各生成物在T温度下的相对焓,ni为反应式中生成物的摩尔系数。
在最复杂的情形，即反应产物在升温过程中经历了相变。（相变温度Ttr，相变热∆Htr），熔化（熔点Tm，熔化热∆Hm），汽化热（沸点TB，汽化热∆HB），生成物的相对摩尔焓可表达为
trmBtrmBTTTTad00T298pppp298TTTHHCTCTCTCTdddd （2）
式中Cp、Cp‘、Cp″、Cp‴——分别为反应产物的低温固态、高温固态、液态和气态的摩尔热容。
由（1）、（2）式可以算出绝热燃烧温度Tad，通过反应绝热燃烧温度的计算可以进行以下分析：（1）反应能否自我维持的热力学判据 根据热力学原理，任何一个反应，只要自由能变化为负值，反应就能发生。即
TTTiiGnGnG0ii生成物反应物（）（） （3）
式中∆GT——温度T时的自由能变化，ni——物质I的摩尔质量，( GT)i——物质i在温度T时的自由能。
（2）工艺设计的依据
当Tad＜Tm时，产物为固相；当Tad﹥Tm时，产物为液相；当Tad=Tm时。产物部分为液相。产物熔化系数可由下式计算：
adiT0TipmTHnCT+Hdr生成物（）（）=0 （4）
式中Hm——产物的熔化潜热
根据热力学计算在已知反应物化学成分及配比条件下，计算出产物的平衡化学成份与燃烧温度。目前俄罗斯结构宏观理学研究所已对二元、三元和多元系进行了计算，建立了世界上最权威的SHS数据库。
B。燃烧合成动力学
SHS动力学主要包括两方面的内容，一是燃烧波自蔓延动力学，主要研究SHS过程，燃烧波自动蔓延的机制及影响因素；二是SHS过程中相结构形式动力学，主要研究在SHS过程的各个阶段，初始相、中间相及最终产物相的析出、转变及结构形式等机制。其参量主要有反应速率、燃烧波速率、质量燃烧速率、能量释放速率等。
SHS燃烧波自蔓延动力学及其SHS图的提出：通常用燃烧波推进速度V作为对SHS过程表象描述的动力学参量。燃烧波速V系指原始压坯在一端面被点燃后，燃烧波面向另一端自动蔓延程度，它由燃烧波面的热通量决定。由傅叶热传导方程，根据以下假设：（1）忽略对流和热辐射损失的能量；（2）反应区比预热区要狭窄的更多；（3）反应物和产物之间的热流可以忽略。利用适当的边界条件，得到稳态燃烧的绝热燃烧速度：
22p0VfnCk/qRTEKexpERT（）（）（/）（-/） （5）
式中V——燃烧波速度法f(n)——级数为n的反应动力学函数Cp、k——分别为产物的热容和热导分数 R——气体常数 K0——常数 T、E——燃烧温度和过程激活能
（5）式即为Merzhaov方程式，由此式可以看出，燃烧波速V与燃烧温度T密切相关，一般燃烧温度越高，燃烧波推进速度越大。因此，上述影响燃烧温度的工艺因素或措施均会对燃烧波产生影响，其中尤以原始坯料的预加热温度和稀释剂浓度两个参数对燃烧波波速的影响最大，而燃烧波速的大小又对燃烧的稳定性和模式有很大影响。基于这些特点，Z.A.Munir在研究了多种材料的合成体系后，提出了SHS图的构想（其示意图见图1）即分别以坯料的起始浓度和稀释剂浓度作为纵坐标和横坐标，根据这两个参数的变化，将燃烧波的传播方式分为三个区域。即稳态SHS区、非稳态SHS区和非SHS区。
图1 SHS相结构图
实验过程：初始原料为A、B、C（分析纯），按a：b化学计量配比，用分析天平精确称取上述试剂。在烧杯中，首先用浓盐酸（AR）将A充分溶解，然后将称取的B、C放入其中，最后加入适量的去离子水并不断搅拌，直至原料充分溶解，获得均匀混合的澄清透明溶液。将溶液移入小坩埚中，放入马弗炉进行燃烧合成。
（因为产物中有钠离子和氯离子，所以要用去离子水充分洗涤烘干，得产物。）
将合成产物研磨后，采用瑞士ARL公司制造的X'TRA型号的X-射线衍射仪测定样品的晶体结构。铜（K，=1.54056nm）靶，扫描范围在15º～85º之间。工作电压50KV，工作电流150mA。采用日本Hitachi公司制造的S-3400N II型号的扫描电子显微镜观察样品的颗粒形貌。和其配套使用的X-射线能量色散谱仪是HORIBA公司生产的EX-250能谱仪。
固体原料均匀混合度差，需要非常高的温度和长的时间，使反应物获得足够大的动力来克服其迁移势垒达到反应区域。
采用溶液燃烧合成法在点燃温度X℃时就能制备出比较纯的ATO/ITO，它是在液相中通过离子、分子扩桑达到微观均匀混合，前驱体中反应物间迁移路径短，甚至可以说是原位反应，因此在较低温度下即能制备出高结晶性的ATO/ITO。
热分析
In(NO3)3·nH2O Te Tg Tm Tc 失重TG
第一个吸热峰 62.8 83.6 142.9 143.3 32.62%
第二个 152.2 155.3 184.8 189.9 20.01%
第三个 251.4 258.3 267.5 288.1
11.51%
SbCl3 Te Tg Tm Tc 失重TG
第一个吸热峰 59.4 77.5 109.2 128.9
18.82%
第二个 187.5 193.5 205.1 206.2 57.17%
SnCl4·5H2O Te Tg Tm Tc 失重TG
一个吸热峰 107.0 107.7 145.5 167.2 62.99%
文献综述-参考模板
文献综述
LaFeO3的制备及其应用研究现状
08092410 张三
摘 要：LaFeO3作为钙钛矿型复合氧化物，是一种具有独特物理性质和化学性质的新型材料，对LaFeO3的制备及其应用的研究具有重要意义。本文主要综述了溶胶-凝胶法、低温熔盐法、共沉淀法、柠檬酸法、固-液界面法、固相反应法和燃烧法等制备LaFeO3的方法，概述了LaFeO3在光催化、汽车尾气处理、燃烧催化和复合固体推进剂等方面的应用。
关键词：钙钛矿、LaFeO3、光催化
1. 引 言
随着工业技术的飞速发展，环境污染问题日益突出。目前国内常用的有机物废水处理技术难以达到有效的治理。大量研究表明，光催化氧化法去除水中有机污染物具有方法简单、氧化能力极强的特点。最近10年来，半导体光催化剂在应用中得到了飞快的发展。光催化降解有毒污染物质已成为比较热门的研究课题之一。目前研究较多的是TiO2、WO3、ZnO等氧化物半导体材料，对钙钛矿型复合氧化物ABO3光催化活性的研究处于起步阶段[1]。
钙钛矿型氧化物是一类容易形成阳、阴离子缺陷的化合物，其丰富的氧缺陷，很容易活化吸附氧分子。根据光催化原理，当催化剂处于溶液中时，在光的照射下激发出光致电子和光致空穴，使催化剂表面吸附氧、水等转化为高活性的·OH自由基，与表面有机物分子发生氧化还原反应，使有机物降解[2]。具有典型ABO3型钙钛矿结构的具有LaFeO3此特性。
近年来，由于LaFeO3具有好的晶体结构、磁性、电导性、压电和电光性质，在固体电解液、固体燃料电池、发动机、电化学器件、传感器等领域得到应用[3]。它的研究成为材料科学新的发展方向，但在光催化降解有机物方面研究较少。
2. LaFeO3的结构
钙钛矿型（ABO3）复合氧化物是一种具有独特物理性和化学性质的新型无机非金属材料，其结构示意图如图1所示。A位一般是稀土或碱土元素离子，B位为过渡元素离子，A位和B位皆可被半径相近的其他金属离子部分取代而保持其晶体结构基本不变。其中A位位于12个氧原子组成的十四面体的中央，与12个氧原子配位，而B位离子一般占据一个八面体结构中心，位于6个氧原子组成的八面体中央，A位离子和氧离子组成一个面心立方格子。
氧化镍合成方法
氧化镍（NiO）是一种常见的镍的氧化物，它在催化、光催化、磁性材料和电子器件等领域有着广泛的应用。合成氧化镍的方法有多种，以下是一些常见的合成方法：
1. 燃烧法：
将镍粉和氧气在高温下反应，可以得到氧化镍。这个过程通常在炉子中进行，需要控制氧气流量和温度，以确保反应完全进行。
2. 湿法冶金：
这是一种利用溶液中的化学反应来合成氧化镍的方法。例如，可以将镍盐溶液与碱或氧化剂反应，通过控制pH值和温度，促使镍离子转化为氧化镍沉淀。
3. 溶胶-凝胶法：
这种方法涉及将镍的前体盐溶液与氧化物前体混合，通过水解和缩合反应形成溶胶，随后溶胶经干燥和热处理形成凝胶，最终在高温下煅烧得到氧化镍。
4. 直接热分解法：
使用镍的氢氧化物或其他镍的含氧酸盐作为前体，在高温下直接热分解，可以得到氧化镍。
5. 化学气相沉积（CVD）：
在CVD过程中，镍和氧气的混合气体通过一个反应室，在催化剂的作用下，镍和氧原子在基底表面沉积并形成氧化镍薄膜。
6. 电化学法：
通过电化学反应，在含有镍离子的溶液中，利用电流使镍离子在电极表面还原并氧化形成氧化镍。
每种方法都有其特点和适用范围，选择合适的合成方法需要根据目标应用、成本和产量等因素来决定。在实际应用中，合成氧化镍时还需要考虑产品的纯度、粒径、形态和结构等特性。
有机燃料对合成大比表面积La0.8Sr0.2CoO3性能的影响
第２０卷第３期 ２００８年３月 化学研究与应用 Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｖｏｌ＿２０．Ｎｏ．３ Ｍａｒ．．２０ｏ８
文章编号：１００４—１６５６（２００８）０３－０２３９－０５
有机燃料对合成大比表面积
Ｌａ０
．８ Ｓｒｏ
．２ ＣｏＯ３性能的影响
刘 伟，罗来涛 ，闵雯雯
（南昌大学化学系应用化学研究所，江西南昌３３００３１）
摘要：采用溶液燃烧合成法（ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，简称ｓｃｓ）制备了 ８Ｓｒｏ ２ＣｏＯ３钙钛矿复合氧化物， 考察了丙氨酸、氨基乙酸和丙三醇等有机燃料对催化剂结构和ＣＨ 催化燃烧活性的影响，并运用ＸＲＤ、ｎ—
ＴＲ、ＢＥＴ、ＴＰＲ等技术进行了表征。结果表明，不同有机燃料所制Ｌａ。。Ｓｒ０：ＣｏＯ，复合氧化物均具有较大比表 面积，有机燃料对催化剂的结构和性能有较大的影响，其中以丙氨酸有机燃料制备的复合氧化物活性最好， 其 和 。。分别为４７０￣Ｃ和５５０￣Ｃ。该法所制 。Ｓｒｏ：ＣｏＯ，复合氧化物的平均晶粒度较小，比表面积和晶格 畸变率较大，表面和氧空穴处的化学吸附氧较易移动，表观活化能较低。 关键词： 。Ｓｒ０：ＣｏＯ，；有机燃料；溶液燃烧合成法；甲烷催化燃烧 中图分类号：０６４３．３６４ 文献标识码：Ａ
随着人们对环境污染和能源短缺问题的日益
重视，天然气以储量丰富、价格低廉、使用方便、热
效率高和污染小等优点被认为是目前最清洁的能
源之一，其中占总量一半左右的天然气将用于发
电，在甲烷常规燃烧的可燃范围内（５％～１５％）
火焰绝热温度超过１６００ｏＣ，这将促使空气中的Ｎ
与０ 发生反应，导致大量热力ＮＯ 的生成，同时
由于空／燃较低，甲烷不完全燃烧还将产生大量的
ＣＯ而污染环境，催化燃烧被认为是解决这一问题
最有效的途径之一 】 。贵金属催化剂是性能较
好的燃烧催化剂，在低于３５０℃时仍有良好的催
氯化氢合成反应原理
同学们大家好，今天我们一起来学习一下氯化氢的生产原理
由电解工序来的氢气，经水分离器、氢气除雾器、阻火器与电解送来的原氯以（1.05:1）-（1.1:1）的摩尔比，在“二合一”蒸汽炉内燃烧，生成氯化氢气体，经冷却后通过氯化氢缓冲罐分离冷凝酸，纯度大于94%的气体氯化氢送往聚氯乙烯合成工段。
（一）合成反应的基本原理
氯气和氢气只有在加热或阳光照射下或氯化汞催化剂的存在下，才会迅速反应生产氯化氢，主反应为：氢气和氯气生成氯化氢，氢气在氯气中燃烧大量放热，燃烧时最高温度可达2000 ℃。必须将此热量移走，否则可能发生爆炸。
主反应发生的同时还伴有下列副反应发生。副反应会影响氯化氢的纯度，还会影响温度的控制。
合成反应属于自由基反应机理，自由基连锁反应，可分为链引发、链传递和链终止三个过程。
1、链引发 氯分子吸收热或光量子的能量后，首先受激发而被解离为两个活性氯自由基，成为连锁反应的开始。
2、链传递
活性氯自由基Cl·与氢分子作用，生成氯化氢分子和活性氢自由基H·，后者再与氯分子作用，生成一个氯化氢分子和一个活性的氯原子，就如接力赛跑一样一个一个地传递下去，构成连锁反应，如此继续，即一个光量子可使数以万计的分子化合，同时放出大量热。
3、链终止 当受到外界能与Cl·或H·结合的物质或基团影响时，则使自由基失去活性而发生链终止。
如原料气带入氧气、或自由基自身结合为气体分子，活性自由基与合成炉的壁面碰撞也会发生链终止。
（二）氢气、氯气纯度对反应的影响
1.氢气纯度对反应的影响
根据电解生产经验，若氢气纯度低，氢气中必定含有较多的空气和水分。当氢气中含氧量达到5%以上时，则会形成氢气与氧气的爆炸混合物，不利于安全生产。当氢气中含有少量水分时，虽然有利于氢气和氯气的合成反应，但水分的存在会造成合成炉等设备的腐蚀。空气中惰性气体的存在会影响氯化氢纯度及氯乙烯合成和精馏系统的收率，造成精馏尾气放空惰性气体量和含氯乙烯与乙炔浓度的增加。
含能材料的合成及应用现状
含能材料的合成及应用现状
含能材料是指在其化学结构中带有可产生巨大热量和气体产生的化学键的物质。这种物质常被用于火箭发动机、武器、炸药等领域。本文将介绍含能材料的合成与应用现状。
一、 合成方法
含能材料的合成方法与其结构相关。通常含能材料的结构需要包含燃烧时所需的氧化铵和燃料基元，如硝基、氨基、亚甲基等。同时，这些元素需要组成一个稳定的结构，以确保燃烧过程中不会发生突然爆炸。
目前用于合成含能材料的主要方法有以下几种：
1. 直接硝化法
这种方法是将硝酸与燃料基元直接反应，生成含能材料。这种方法优点在于简单快速，但需要使用高浓度的硝酸，存在较大的安全风险。
2. 溶液热合成法
这种方法是将药物基元溶于有机溶剂中，然后加入氧化剂反应生成含能材料。这种方法能够精确控制反应速率和生成含能材料的结构，但需要消耗大量的有机溶剂。
3. 反应浸渍法
这种方法是在小分子化合物中添加含能团，使其成为含能材料。这种方法的优点在于可以在常规条件下进行，不需要使用大量溶剂，但是反应时间较长。
二、 应用现状
含能材料通常被用于火箭发动机、武器、炸药等领域，但由于其强烈的爆发性质，使用含能材料的过程存在一定的安全危险。
因此，在当前的应用中，针对含能材料的使用和储存，需要进行严格的管理和监测。目前，一些高级实验室使用封闭式设备，以保证实验安全。
同时，随着绿色化和环境保护意识的增强，许多科学家正在开发新型的低毒、低噪声和更环保的含能材料。这些新材料通常不需要使用高浓度硝酸，不会产生大量的废弃物，并且具有较高的燃烧能力和稳定性。这将有助于降低含能材料的安全风险和环境污染。
总结
含能材料是一种具有广泛应用前景的物质。其合成方法和应用现状的了解，对于合理使用和管理含能材料具有重要的意义。在将来，对于含能材料环保、低毒、低噪污，新型含能材料有望成为研究重点和应用方向。
氧化铝结晶的制备工艺研究
氧化铝结晶的制备工艺研究
氧化铝是一种重要的陶瓷材料，广泛应用于电子、光学、电力等领域。制备氧化铝结晶的工艺研究一直是材料科学领域的热点之一。
目前，常用的氧化铝结晶制备工艺包括溶胶-凝胶法、水热合成法和燃烧合成法等。
溶胶-凝胶法是一种常用的氧化铝结晶制备方法。首先，将适量的铝盐与溶剂混合，在适当的温度下形成胶体溶胶。然后，在一定温度和湿度条件下，通过水解和凝胶过程将溶胶转化为凝胶。最后，将凝胶进行干燥和煅烧，形成氧化铝结晶体。
水热合成法是一种通过高温高压水热条件下合成氧化铝结晶的方法。首先，在适量的铝盐溶液中加入一定量的沉淀剂和调节剂，形成混合溶液。然后，将混合溶液放入高温高压釜中，在一定的温度和压力下反应一定时间。最后，将反应产物进行分离、洗涤和干燥，得到氧化铝结晶。
燃烧合成法是一种通过燃烧反应合成氧化铝结晶的方法。首先，将适量的铝粉和氧化剂混合，形成混合物。然后，在适当的条件下进行燃烧反应，产生高温和高压的气体。最后，通过气体的冷却和固化，得到氧化铝结晶。
除了上述提到的方法外，还有其他一些新型的氧化铝结晶制备工艺，例如磁场辅助合成法、微波辅助合成法和等离子体辅助合成法。这些新型工艺能够在短时间内制备出高纯度和高结晶度的氧化铝材料。
总的来说，氧化铝结晶的制备工艺研究是多方面的，涉及材料物理化学、工艺参数控制等多个方面。通过不断的研究与改进，可以制备出具有良好性能的氧化铝结晶材料。
常用化学制备方法简介
1.溶胶—凝胶法
溶胶—凝胶法是一种湿化学合成方法,是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶,溶质聚合凝胶化,再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分,最后得到无机材料。此法几乎适用于所有发光材料的合成。传统的溶胶—凝胶法可分为水溶液溶胶—凝胶法和醇盐溶胶—凝胶法两种,后者更为常见。目前溶胶—凝胶法的起始原料比较灵活多变,许多无机盐也可作为先驱物。与传统的高温固相反应相比,溶胶—凝胶法有以下优点:产物的均匀性好,使激活离子能均匀地分布在基质晶格中;烧结温度低,节能;产物纯度高,溶剂在后处理过程中易被除去,能最大程度抑制副反应。此法缺点是原料成本高,处理工序长
,高温热处理时颗粒容易团聚,并且醇盐对人体有害,对环境造成污染。
2 燃烧合成法
燃烧合成法又称为“自蔓延高温合成法”[31]。在燃烧合成反应中,反应物达到放热反应的点火温度时,以某种方法点燃,随后依靠原料燃烧释放出的热量,来维持反应系统处于高温状态,使合成过程独自维持下去直至反应结束,燃烧产物即为目的产物。常用的燃料有尿素、氨基酸等。此法主要优点:节能省时,反应速度快,通常在秒分级;反应过程中可蒸发掉挥发性杂质,产物纯度高;升温和冷却速度很快,易获得高活性的亚稳态产物;燃烧过
程中产生大量气体,便于制得超细粉体;设备简单,操作方便。主要缺点是点火温度难以控制,单釜产量很小,不易进行大规模工业化;产生烟雾和粉尘,造成环境污染。
3.微波合成法
微波合成技术发展迅速,已被广泛用于制备不球磨无机粉体发光材料。微波加热热惯性小,可快速升温与降温,并可在不同深度同时加热,且加热均匀;装置构造简单,成本低廉:热转换效率高,节能:能在短时间、低温下合成纯度高、粒度细、分布均匀的材料;加热不受样品尺寸影响,可减小过程中引起裂纹的热应力,设备本身不辐射热能,不会造成高温工作环境[46]。但目前微波加热的某些机理还不太清楚,有待进一步研究。
纳米稀土氧化物的制备与应用
科技论坛 中国科技信息２００６年第５期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｍａｒ．２００６ 纳米稀土氧化物的制备与应用 霍建振’魏明真 （１．临沂师范学院物理系；２．山东大学材料科学与工程学院） 摘要：本文对纳米稀土氧化物的制备及应用作了综述，介绍了液相法 固相法厦气相法的特点，并简要介绍了纳米稀土氧化物在功能材料、催 化剂材料等领域的应用。 关键词：纳朱材料；嫦土氧化物 制备方法；应用领域 引言 纳米材料科学是从２０世纪８Ｏ年代发展起来 的・门新的学科，纳米微粒由于具有明显 同于 个体材料羊ｕ单个分干的弛特性质，如小尺寸效应、 表 效应 体积效应 量子尺寸效应、宏观 千 隧道效应等，使兑任电学、光学、化＿ｌ：、陶瓷、生 物和医药等领域可有广泛的应用。 稀土元素特殊的电子构型使其有特殊的光、 电、磁性质，稀土氧化物是稀土化合物中蕈耍 的…类，用途， 泛，而纳米稀土氧化物可表现 山更加优越的性能。本文就纳米稀土氧化物的 制备方法做－综述，并总结ｒ稀土化合物在一 业中的应用。 １。纳米稀土氧化物的制备方法 稀土纳术材料的制备方法按制造上艺的性质 －－ｒ分为物理法和化学法，常用的化学方法按物质 形态可分为固相法、液相法和气相法，下面介绍 各种方法。 １．１固相法 固相法丰要包括固相热分解法 高温固相 化学反应法、窑温固相化学反应法。 室温固相化学反应法是近几年发展起来的一 种新型合成方法。该法在室温下对反应物 接 进行研磨，合成一些中１日１化合物，再对化合物 进行适当处理得到最终产物。由ｌｒ它从根本上 消除了溶剂化作用，使反应住一个垒新的化学 环境下进行，因而有可能获得在溶液中不能得 到的物质 徐宏等…利用该法合成了Ｎｄ Ｏ ，埘 微观结构研究结果表明，所得产物粒径均小 于ｌ ００ｎｍ，且微粒的分散性较好，团聚现象 明显。 １．２澉相法 液柏法是目前实验室和Ｊ二业上最为广泛心用 的合成高纯纳米粒子的方法。液相法具有制备 形式多样、操作简便和粒度可控等优点，ｕ 以 进行产物组分含量控制，便于掺杂。能实现分 子／原子尺度水平上的混合，且．制得的扮体材料 表面活性高 】。常见的用于制备稀七氧化物纳米 粉末的｝夜相法有溶胶一凝胶法、溶液燃烧合成 法、沉淀法、水热合成法、热解法、水解法 等。 １．２．１溶胶凝胶法 溶胶 凝胶技术足以无机盐或余属有机醇盐 为原料，在均相溶液中进行水解缩聚反应，溶 胶逐渐凝胶，将凝胶下燥、煅饶，得到纳米粉 体Ｉ 。这种制备能增进多元组分体系的均匀性， 均匀度可达分子或原子尺度，反也过程易于控 制，可制得表面积很人的凝胶或粉术。溶胶 凝胶技术｝盅广泛应用１ 制备陶瓷、纳米材料、 复合材料等，涉及的产物形状有块体、纤维 粉体 薄膜等，使材料的力、光、电、磁等 性质得到更好的发挥。侯文华Ｉ ‘等采用柠檬酸为 配体制备出了ＣｅＯ，超细粒子，此法得到的ＣｅＯ 超细粒子平均粒径为１Ｏｈｍ，比表面５７ｎｌ ／ｇ。 １．２．２溶液燃烧合成 征制备纳米材料的反应巾常通过某些化合物 热分解反应，在热分解过程巾，有 化合物的分 解产物本身也参与反应同时放出大量的热，维持 ｊ豆应温度，这就是燃烧合成法。燃烧台成法包括 自蔓延高温合成法（ＳＨｓ）和低温燃烧合成法（ＬＣＳ） 两种。ＳＨＳ是近年来迅速兴起的材料制备技术，已 同冶金、机械 陶瓷制备等传统技术结合，广泛 用ｆ制造粉末 多孔材料、致密材料及复合材料 和梯度材料。但是ＳＨＳ的缺点是工艺可控性差， 此外，由于燃烧温度一般高于２０００℃，合成的粉 末粒度较粗。低温燃烧合成法在一定程度上弥补 了ＳＨＳ的不足。 人们利用燃烧工艺已成功地制备出了高质量 的Ｙ，０ 以及氧化钇基粉末，这种工艺是制备许 多氧化物粉较为简单的方法。Ｐａｔｉ１ 和Ｃｈｉｃｋ￣ 等 人对该工艺进行了．深入细致的研究，他们通过 燃烧工艺制备出了高活性的Ｙ，Ｏ 粉。 １．２．３沉淀法 沉淀法是指包括一种戎多种离了的可溶性盐 溶液，当加入沉淀剂于一定温度下使溶液发生 水解，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或 盐类从溶液中析出，将溶剂和溶液中原有的阳 离子洗去，经热解或热脱即得到所需的氧化物 粉料。沉淀法包括共沉淀法、直接沉淀法、均 相沉淀法等。沉淀法是液相化学反应合成纳米 金属氧化物颗粒的普遍方法，广泛用来合成 一或复合氧化物纳米微粒。该法具有原料成本 低、工艺简 、操作简便、对设备要求低等优 点，能够制备山多种纳米氧化物。王小兰、李 历历、段学臣＂ 利用草酸作沉淀剂，采用液相沉 淀法成功制备ｒ氧化钇纳米级粉末。 １．２．４水热法 水热法是在特制的密 反应容器（高 釜） 里，采用水溶液作为介质，通过对反应容器加 热。创造一个高温、高压的反应环境。使得通 常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶。按设备 的差异，水热法又可分为普通水热法和特殊水 热法。所谓特殊水热法指任水热条件反应体系 上冉添加其他作用力场，如直流电场．磁场、 微波场等。水热法不仅住实验室里得到了应用 和持续研究。而且已实现ｒ产业规模的人工水 晶水热生长。水热合成法 Ｊ｛｛于制备稀土氧化 物纳米粉未。 １．２．５水解法 水解法叉称水解沉淀法，包括醇盐水解 法、强迫水解法、微波水解法等。醇盐水解法 ９５－， 是利用金偶醇盐的水解和缩聚反应，产生与构 成醇盐的金属元素相应的氧化物、氢氧化物或 水合物沉淀，再经过液围分离、干燥、煅烧等Ｔ＝ 艺，即可得到所需材料。其优点是纳米颗粒分布 均匀，纯度高，形状易控制。Ｆｖｍｔｏｚｍｏｔｏ￣ 等使 ｊｆｊ泼法制备的Ｙ，０ 粉末含有人量高反』・ 活性、 易碎的软闭聚体，这些软冈聚体经球磨后制各出 细，Ｊ、均匀的超细Ｙ ｏ 粉末。法法的缺点存十需 球磨，容易使粉未不纯。 １．３气卡Ｈ法 气相法是直接利用气体或通过等离子体活 化、激光活化、电 束加热、电流加热等方式 将物质变成气体，使之在气态下发生物理变化 或化学变化，最后在冷凝过秤中凝聚长人形成 纳米粒子的方法。气相法的特点是粉体纯度 高、颗粒尺寸小（一般为儿纳米） 团聚少、组 分易控，较适于氧化物纳米粉末的合成。近年 来，科技Ｔ＝作者 气相法的基础上不断引进新 技术，成功地制备了Ｙ，Ｏ 等多种金属氧化物纳 米颗粒。 ２。纳米稀土氧化物的应用领域 ２．１纳米稀土氧化物住功能材料领域的应用 稀—ｔ氧化物作为发光材料、磁性材料、超导 体、高性能陶瓷 紫外线吸收剂、精密抛光材料 等在功能材料的各个领域得到ｌｒ广泛的应用。 稀｛：独特的光谱性质是其住荧光粉和颜料中 应用的基础。在荧光粉中添加微量的稀土就能 起到有效的作用，激发某种稀ｔ：时，能发射Ⅲ 电磁波谱中波长极精确的光，铈发射紫外光， 镝发射 光，铥发射红光，铽发射绿光，钕发 射红外光。荧光粉为钇、铕和铽等高纯稀ｆ：化 物提供・个重要市场。 使用纳米Ｙ，Ｏ 制备的ＹＢＣＯ超导体，特别 是薄膜材料，性能稳定，强鹰 奇，易加工，接 近实川阶段，前景广阔。 稀土用于磁存储器、磁流体，巨磁阻等， 性能人人提高，使器件变得高性能小型化，如 氧化物巨磁靶材（ＲＥＭｎＯ 等） 先进陶瓷原料组成中，添加少量高纯稀 士，产品可使陶瓷获得附力¨的性能。例如。氧 化铝中掺入氧化钇和氧化镧，所制成的陶瓷的 高温力学性能夫人改善，加入量只钉０．１％时就 可使陶瓷蠕变速度降低ｌ ００余倍，且【ＪＪ使最高使 州温度提高２０ｏ ３００℃。 纳米Ｃｃ０ 粉对紫外线的ｕ厦收极强．被用于 『；方晒化妆品、防晒纤维、汽午玻璃等。另外纳米 Ｃ ｅ ０，还有较高的抛光精 鹰， 用干液品显 示、硅 品 、玻璃存储等。 ２．２稀上氧化物 催化领域的应川 稀ｉ 冗柰的最外屡电于结构为：４ｆ ５ ｄ”
pH调节剂对溶液燃烧法制备纳米LaFeO_3的影响
第２３卷第６期 ２０１１年６月 化学研究与应用 Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｖｏ１．２３，Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．，２０１１
文章编号：１００４－１６５６（２０１１）０６－０７７９－０５
ｐＨ调节剂对溶液燃烧法制备纳米ＬａＦｅＯ３的影响
姚莹莹，李小慈，周俊艺，叶 帆，杨 骏
（暨南大学化学系，广东广州５１０６３２）
摘要：以硝酸镧和硝酸铁为氧化剂，柠檬酸为燃料，采用溶液燃烧法制备了钙钛矿型１．ａＦｅＯ 。通过ＸＲＤ和 ＳＥＭ表征，分别研究了以乙二胺和Ｎａ０Ｈ溶液为ｐＨ调节剂，前驱物溶液在不同ｐＨ值条件下，对制备的纳米
ＬａＦｅＯ，粉体的晶相组成和微观形貌的影响。结果表明：前驱物溶液ｐｎ值对燃烧产物的晶相组成、晶粒大小 和微观相貌都有显著的影响。乙二胺调节前驱物溶液ｐＨ值为３至１２时，在３００￣Ｃ燃烧条件下获得为无定形 产物，而在６ＯＯ℃均可制得纯相ＬａＦｅＯ，纳米晶体。ＮａＯＨ溶液为ｐＨ调节剂，前驱物溶液在ｐＨ值５至１３范围
内，在３００￣Ｃ的条件下均能制得纯相ＬａＦｅＯ，纳米晶体；其中ｐＨ＝７的中性环境中产物为蓬松多孔网状纳米结 构，具有最大的晶粒尺３０．５ ｎｍ，而在酸性和碱性环境中制得的产物均为无规则颗粒的聚集体。
关键词：ｐＨ调节剂；溶液燃烧合成；ＬａＦｅＯ３ 中图分类号：Ｏ６１４．３ 文献标识码：Ａ
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐＨ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ ｏｎ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ＬａＦｅＯ３ Ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ
ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ
ＹＡ０ Ｙｉｎｇ—ｙｉｎｇ，ＬＩ Ｘｉａｏ－ｃｉ，ＺＨＯＵ Ｊｕｎ—ｙｉ，ＹＥ Ｆａｎ，ＹＡＮＧ Ｊｕｎ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｊｉｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０６３２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ＬａＦｅＯ３ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｕｓｉｎｇ ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｎｉｔｒａｔｅ ａｎｄ ｆｅｒｒｉｃ ｎｉｔｒａｔｅ ａｓ ｏｘｉｄａｎｔｓ，ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ ａｓ ｏｒｇａｎｉｃ ｆｕｅ１．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐＨ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｎ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ＬａＦｅＯ３ ｅｍｐｌｏ－ ｙｉｎｇ ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅ ａｎｄ Ｎａ０Ｈ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｓ ｐＨ ｒｅｇｕｌａｔｏｒ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ）ａｎｄ ｓｃａｎ－
【精品文章】纳米镁铝尖晶石(MgAl2O4)的制备方法
纳米镁铝尖晶石（MgAl2O4）的制备方法
镁铝尖晶石（MgAl2O4）是一种熔点高、热膨胀系数小、热导率低、
抗热震性好、抗碱侵蚀能力强的材料，主要应用于钢包内衬、平炉炉顶、
水泥回转窑烧成带衬砖。镁铝尖晶石单晶体是一种高熔点、高硬度的晶体
材料。在 10GHz 以上的微波段上，镁铝尖晶石单晶的声衰减比蓝宝石或
石英低得多，可作为介质制作微波声体波器件。镁铝尖晶石还具有优良的
电绝缘性，且与Si的匹配性能好，其线膨胀系数与 Si 相近，因而其外延 Si 形成膜的形变小，是一种重要的集成电路衬底材料。
目前，纳米镁铝尖晶石制备方法主要有：金属醇盐法、化学共沉淀法、
溶液燃烧合成法和溶胶-凝胶法等。 1、金属醇盐法
金属醇盐法是将金属作为起始原料，分别和一定的醇反应生成金属醇
盐，然后将金属醇盐经减压蒸馏、提纯、分馏即可得到纳米尺寸的粉末。 工艺过程如下：
该方法缺点是工艺比较复杂，且容易引入杂质离子，如 Na+、Si、C，从
而降低了纳米镁铝尖晶石综合性能。 2、化学共沉淀法
化学共沉淀法是指在含有多种金属阳离子的溶液中加入沉淀剂后，可使
所有阳离子完全沉淀，再煅烧沉淀物可得到氧化物粉体。该方法关键点在
于调节控制溶液的pH值，使得溶液中的Mg2+和A13+同时沉淀成为Mg(OH)2和Al(OH)3，然后再煅烧沉淀物，可以实现在相对低的温度下得
到 MgAl2O4纳米颗粒粉体。