材料的化学合成与制备技术.ppt

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1、第二章第二章 材料的化学合成与制备技术材料的化学合成与制备技术沉淀反应沉淀反应沉淀反应的理论基础是难溶电解质的多项离子平衡。沉淀反沉淀反应的理论基础是难溶电解质的多项离子平衡。沉淀反应包括沉淀的生成、溶解和转化，可根据应包括沉淀的生成、溶解和转化，可根据溶度积规则溶度积规则来判断来判断新沉淀的生成和溶解，也可根据难溶电解质的新沉淀的生成和溶解，也可根据难溶电解质的溶度积常数溶度积常数来来判断沉淀是否可以转化。判断沉淀是否可以转化。与水解反应不同的是：沉淀反应不但可用来制备氧化物，与水解反应不同的是：沉淀反应不但可用来制备氧化物，还可用来制备硫化物、碳酸盐、草酸盐、磷酸盐等陶瓷粉还可用来制备硫化

2、物、碳酸盐、草酸盐、磷酸盐等陶瓷粉体或体或前躯物前躯物。也可以通过沉淀制备复合氧化物和混合氧化。也可以通过沉淀制备复合氧化物和混合氧化物，还可通过均相沉淀、物，还可通过均相沉淀、乳液沉淀乳液沉淀制得均匀的纳米颗粒。制得均匀的纳米颗粒。沉淀的生成沉淀的生成 沉淀的生成一般要经过沉淀的生成一般要经过沉淀的生成一般要经过沉淀的生成一般要经过晶核形成晶核形成晶核形成晶核形成和和和和晶核长大晶核长大晶核长大晶核长大两个过程。两个过程。两个过程。两个过程。沉淀的生成条件：沉淀的生成条件：形成沉淀的离子浓度的乘积超过该条件下沉淀的溶形成沉淀的离子浓度的乘积超过该条件下沉淀的溶度积时，离子通过相互碰撞聚集成微

3、小的晶核，晶核逐度积时，离子通过相互碰撞聚集成微小的晶核，晶核逐渐长大形成沉淀微粒。渐长大形成沉淀微粒。聚集速度：聚集速度：离子形成晶核，进一步聚集成沉淀微粒的速度离子形成晶核，进一步聚集成沉淀微粒的速度定向速度：定向速度：在聚集的同时，构晶粒子在一定晶格中定向排列的速度在聚集的同时，构晶粒子在一定晶格中定向排列的速度共沉淀共沉淀在在混合离子溶液中加入某种沉淀剂或混合沉淀剂混合离子溶液中加入某种沉淀剂或混合沉淀剂使多种粒子使多种粒子同时沉淀的过程，叫共沉淀，共沉淀的目标是通过形成中间同时沉淀的过程，叫共沉淀，共沉淀的目标是通过形成中间沉淀物制备多组分陶瓷氧化物，这些中间沉淀通常是水合氧沉淀物制

4、备多组分陶瓷氧化物，这些中间沉淀通常是水合氧化物，也可以是草酸盐、碳酸盐或者是它们之间的混合物。化物，也可以是草酸盐、碳酸盐或者是它们之间的混合物。BaTiOBaTiOBaTiOBaTiO3 3 3 3的合成的合成的合成的合成AmBn(s)mAn+nBm-溶度积常数溶度积常数对任一对任一难溶电解质难溶电解质AmBn的沉淀的沉淀-溶解平衡，用一般通式表示：溶解平衡，用一般通式表示：其其平衡常数表达式为：平衡常数表达式为：cm(An+)cn(Bm-)K Ksp,sp,AmBn上式表明：在一定温度下，难溶电解质饱和溶液中离子浓上式表明：在一定温度下，难溶电解质饱和溶液中离子浓度幂的乘积为一常数。用度

5、幂的乘积为一常数。用K Kspsp表示，它反映了该难溶电解质表示，它反映了该难溶电解质的溶解能力，称为浓度积常数，简称溶度积。的溶解能力，称为浓度积常数，简称溶度积。溶度积规则溶度积规则对任一对任一难溶电解质的多项离子平衡难溶电解质的多项离子平衡AmBn(s)mAn+nBm-在一定条件下，沉淀能否生成或溶解可根据溶度积规则来判断。在一定条件下，沉淀能否生成或溶解可根据溶度积规则来判断。我们把溶液中离子溶度的乘积称为离子积，表示为我们把溶液中离子溶度的乘积称为离子积，表示为Qc=cm(An+)cn(Bm-)根据平衡移动原理将根据平衡移动原理将Q Qc c与与K Kspsp进行比较，可以看出，当溶

6、液中进行比较，可以看出，当溶液中（1）cm(An+)cn(Bm-)K Kspsp时，为饱和溶液。若有沉淀存在，则建立平衡时，为饱和溶液。若有沉淀存在，则建立平衡（2）cm(An+)cn(Bm-)K Kspsp时，为过饱和溶液。有沉淀存在，直至饱和时，为过饱和溶液。有沉淀存在，直至饱和（3）cm(An+)cn(Bm-)K Kspsp时，为饱和溶液。无沉淀析出。若体系中有沉淀时，为饱和溶液。无沉淀析出。若体系中有沉淀 存在，则沉淀将溶解，直至饱和为止。存在，则沉淀将溶解，直至饱和为止。水解程度的大小主要取决于金属离子的电荷、半径及电子水解程度的大小主要取决于金属离子的电荷、半径及电子构型，或者说是

7、取决于金属离子的极化力。金属离子的电荷构型，或者说是取决于金属离子的极化力。金属离子的电荷越高，半径越小，金属离子的水解程度越大。越高，半径越小，金属离子的水解程度越大。非非8 8e e构型的金属离子容易水解，如构型的金属离子容易水解，如p p区、区、d d区、区、f f区、区、dsds区区元素栗子。元素栗子。高价金属离子的盐类如高价金属离子的盐类如SnClSnCl4 4、TiClTiCl4 4等可直接水解制取氧等可直接水解制取氧化物。化物。共沉淀法制备磁性微粒共沉淀法制备磁性微粒编号表面改性剂含量/%平均粒径/nmA酒石酸钠014.6B酒石酸钠213.0C酒石酸钠103.6D十二烷基磺酸钠1

8、511.0E油酸259.50s10s30sretreat水解反应水解反应1 1 水解反应的理论基础与影响因素水解反应的理论基础与影响因素影响因素影响因素:1 1 金属离子本生金属离子本生2 2 溶液的温度溶液的温度3 3 溶液的酸度溶液的酸度4 4 溶液的浓度溶液的浓度2 2 利用无机盐的直接水解制备氧化物微粒利用无机盐的直接水解制备氧化物微粒高价金属离子及离子极化作用较强的盐类，用水稀释时会生高价金属离子及离子极化作用较强的盐类，用水稀释时会生成氧化物、氢氧化物或碱式盐沉淀，适当控制溶液的成氧化物、氢氧化物或碱式盐沉淀，适当控制溶液的pHpH值，值，并加热反应物可得到超细高纯的氧化物微粒。并

9、加热反应物可得到超细高纯的氧化物微粒。3 3 利用盐类的强制水解制备无机材料利用盐类的强制水解制备无机材料盐类的强制水解一般是指在酸性条件下，高温水解金属盐。盐类的强制水解一般是指在酸性条件下，高温水解金属盐。无碱存在的阳离子的水热强制水解比常温更为显著，水解无碱存在的阳离子的水热强制水解比常温更为显著，水解反应会导致盐溶液中直接生成氧化物粉体，且纯度更高。反应会导致盐溶液中直接生成氧化物粉体，且纯度更高。控制强制水解反应的要点是低的阳离子浓度，以免爆发成控制强制水解反应的要点是低的阳离子浓度，以免爆发成核，这样有可能获得均匀的溶胶状多晶材料，其尺寸可达核，这样有可能获得均匀的溶胶状多晶材料，

10、其尺寸可达20nm以下。以下。4 4 利用金属醇盐类的水解制备氧化物纳米材料利用金属醇盐类的水解制备氧化物纳米材料金属醇盐容易进行水解，产生构成醇盐的金属元素的氧化金属醇盐容易进行水解，产生构成醇盐的金属元素的氧化物、氢氧化物或水合物的沉淀。产物经过过滤、干燥、煅物、氢氧化物或水合物的沉淀。产物经过过滤、干燥、煅烧可制得纳米粉末。烧可制得纳米粉末。含有几种金属元素的陶瓷微粉的合成，可以利用两种金属含有几种金属元素的陶瓷微粉的合成，可以利用两种金属醇盐溶液混合后共水解；也可利用可溶于醇的其它有机盐醇盐溶液混合后共水解；也可利用可溶于醇的其它有机盐类，如乙酸盐、柠檬酸盐等无或无机盐，如类，如乙酸盐、柠檬酸盐等无或无机盐，如TiCl4等与另一等与另一种金属的醇盐溶液混合共水解后得到的混合氧化物，煅烧种金属的醇盐溶液混合共水解后得到的混合氧化物，煅烧后制得氧化物。后制得氧化物。用这种方法制得的复合氧化物化学计量比可精确控制。强用这种方法制得的复合氧化物化学计量比可精确控制。强度高，烧成温度低，颗粒均匀，可达纳米级，是先进高性度高，烧成温度低，颗粒均匀，可达纳米级，是先进高性能陶瓷粉体合成的先进技术之一。能陶瓷粉体合成的先进技术之一。