溶劑熱法是指在高溫高壓下在溶劑或蒸汽等流體中進行的化學(xué)反應(yīng)的總稱。通過在一個特殊的封閉反應(yīng)容器（高壓釜）中使用溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，加熱容器以創(chuàng)造高溫高壓的反應(yīng)環(huán)境，使通常不溶或不溶的物質(zhì)溶解并再結(jié)晶。溶劑熱法是濕法直接合成單晶的有效方法之一。

它為在常壓條件下無法獲得的前體的反應(yīng)和結(jié)晶提供了特殊的物理和化學(xué)環(huán)境。其優(yōu)點是：反應(yīng)溫度低，反應(yīng)條件溫和；成分可控，純度高；不需要球磨和煅燒。此外，可以通過控制反應(yīng)條件來控制晶粒的相位、線性和形態(tài)，這大大簡化了制備過程。

 

 

水熱反應(yīng)是指在高溫高壓下在水（水溶液）或蒸汽等流體中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的總稱。水熱合成反應(yīng)是在高溫高壓下進行的，因此對水熱和溶劑熱合成化學(xué)反應(yīng)體系產(chǎn)生了特殊的技術(shù)要求，如耐高溫、高壓和化學(xué)腐蝕的反應(yīng)器。水熱合成化學(xué)主要研究物質(zhì)在水熱合成條件下的反應(yīng)性、合成規(guī)律以及合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和性能。

水熱反應(yīng)主要表現(xiàn)為液相反應(yīng)。顯然，不同的反應(yīng)機制可能首先導(dǎo)致不同結(jié)構(gòu)的形成。此外，即使產(chǎn)生相同的結(jié)構(gòu)，由于初始產(chǎn)生機制的差異，也可能在合成材料中引入不同的“基團”，例如在液相條件下形成完美的晶體。我們已經(jīng)知道，材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能與材料的來源有關(guān)，因此不同的合成系統(tǒng)和方法可能會在最終材料中引入不同的“基團”。水熱反應(yīng)主要是在溶劑熱條件下制備、合成和組裝特殊化合物和粉末材料。重要的是，固相反應(yīng)不能產(chǎn)生的相或物種可以通過水熱反應(yīng)產(chǎn)生。

水熱合成是指將原始混合物在高壓釜等密封系統(tǒng)中，以水為溶劑，在一定溫度和水的自壓力下進行反應(yīng)的合成方法。因為在高溫高壓水熱條件下，它可以提供常壓條件下無法獲得的特殊物理化學(xué)環(huán)境，使前體完全溶解在反應(yīng)體系中并達到一定的過飽和，從而形成原子或分子生長元素，成核和結(jié)晶以產(chǎn)生粉末或納米晶體。通過水熱法制備的粉末具有完整的晶粒發(fā)育、均勻的粒度分布和較少的顆粒間團聚，可以獲得具有理想化學(xué)計量組成的材料。顆粒大小可控，原材料更便宜，生產(chǎn)成本低。此外，該粉末無需煅燒，可直接用于加工成型，避免了煅燒過程中的團聚、晶粒生長和雜質(zhì)容易混合。

 

 

與其他方法相比，水熱晶體生長具有以下特點：①水熱晶體是在相對較低的熱應(yīng)力條件下生長的，因此其位錯密度遠低于在高溫熔體中生長的晶體；②水熱晶體生長使用相對較低的溫度，因此可以獲得其他方法難以獲得的低溫異構(gòu)體；③晶體生長的水熱法在封閉系統(tǒng)中進行，可以控制反應(yīng)氣氛以形成氧化或還原反應(yīng)條件。實現(xiàn)其他難以獲得物質(zhì)的某些相的形成；④在水熱反應(yīng)體系中，溶液的對流很快，溶質(zhì)的擴散非常有效，因此水熱晶體的生長速度更快。

水熱法是制備結(jié)晶性好、無團聚的正極材料粉末的主要方法之一。與其他濕法化學(xué)方法相比，水熱法具有以下特點：①水熱法無需高溫?zé)Y(jié)處理即可直接獲得結(jié)晶良好的粉末，避免了燒結(jié)過程中可能形成的粉末團聚；②粉末晶粒的相態(tài)和形貌與水熱反應(yīng)條件有關(guān)；③晶粒大小可調(diào)，水熱法制備的粉末晶粒大小與反應(yīng)條件（反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、前驅(qū)體形成等）有關(guān)④制備工藝相對簡單。

 

 

目前水熱法制備粉末的技術(shù)主要包括水熱氧化、水熱沉淀、水熱結(jié)晶和水熱合成。

? 水熱氧化是指以元素金屬為前驅(qū)體，通過水熱反應(yīng)得到相應(yīng)的金屬氧化物粉末。

?? 水熱沉淀是以反應(yīng)物的混合水溶液為前驅(qū)體，通過水熱處理和反應(yīng)得到粉末產(chǎn)物。

?? 水熱結(jié)晶是指在水熱反應(yīng)后，利用無定形前驅(qū)體形成結(jié)晶性能完整的晶粒的過程。

?? 水熱合成可以理解為在水熱條件下以一元金屬氧化物或鹽為前體合成二元甚至多元素化合物的反應(yīng)。

 

總結(jié)

水熱法目前主要用于制備多晶薄膜，因為它不需要高溫?zé)铺幚韥韺崿F(xiàn)從非晶態(tài)到晶態(tài)的轉(zhuǎn)變。使用其他濕法化學(xué)方法（如溶膠凝膠）制備多晶薄膜需要燃燒過程。在這個過程中，很容易引起宏觀缺陷，如薄膜破裂和脫落。水熱法制備多晶薄膜的技術(shù)有兩種：一種是普通的水熱反應(yīng)，另一種是目前應(yīng)用較多的直流電場水熱技術(shù)，即所謂的水熱電化學(xué)方法。主要的方法有很多，但我不在這里詳細介紹。