固态合成

具有如图所示ABX3晶体结构的无机钙钛矿通过固态方法制备,拥有出众的特性。

固态合成也称陶瓷法,通常用于引发固态起始材料的化学反应,从而形成具有规整结构的新固体。最终产物包括在能源和电子应用中广泛使用的多晶材料、单晶体、玻璃和薄膜材料。

在受控温度下,使细粒金属化合物相互结合,然后造粒并加热一段时间。某些金属化合物(如金属氧化物)需要高温和高压等极端条件才能在熔体或快速冷凝的蒸汽相中引发反应。这一过程常称为“摇动和烘烤”或“加热和击打”化学。

固态合成中的反应速率是特别重要的表征参数。由于所形成固体的纯化技术非常有限,因此固态反应必须反应完全。固态反应的反应速率取决于反应条件,包括结构特性、反应物的形状和表面积、扩散速率以及与成核/反应有关的热力学性质。最终材料的理化性质取决于化学前体和制备技术。

现代固态制备技术不限于各类陶瓷法。在固态复分解反应中,金属化合物的反应是由能源(如火焰、球磨机)所引发,并由产物和副产物形成过程中释放的热量所传播。溶胶-凝胶方法通过依次加热、干燥和陈化浓缩的或胶体溶液(“溶胶”)而形成凝胶、涂层和纳米材料。溶剂热法则在高于选定有机溶剂标准熔点的温度下,加热密闭加压容器中的溶液。如果溶剂是水,则这种方法称为水热法。气相沉积、插层反应、单晶生长和纳米材料合成等多种形成固态材料的合成方法都可以归为固态合成法。


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