溶劑熱法是指在高溫高壓下在溶劑或蒸汽等流體中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的總稱(chēng)。通過(guò)在一個(gè)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(wú)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(diǎn)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(guò)控制反應(yīng)條件來(lái)控制晶粒的相位、線性和形態(tài)，這大大簡(jiǎn)化了制備過(guò)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(chēng)。水熱合成反應(yīng)是在高溫高壓下進(jìn)行的，因此對(duì)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(jī)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(jī)制的差異，也可能在合成材料中引入不同的“基團(tuán)”，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(lái)源有關(guān)，因此不同的合成系統(tǒng)和方法可能會(huì)在最終材料中引入不同的“基團(tuán)”。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(guò)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(jìn)行反應(yīng)的合成方法。因?yàn)樵诟邷馗邏核疅釛l件下，它可以提供常壓條件下無(wú)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(dá)到一定的過(guò)飽和，從而形成原子或分子生長(zhǎng)元素，成核和結(jié)晶以產(chǎn)生粉末或納米晶體。通過(guò)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(tuán)聚，可以獲得具有理想化學(xué)計(jì)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(wú)需煅燒，可直接用于加工成型，避免了煅燒過(guò)程中的團(tuán)聚、晶粒生長(zhǎng)和雜質(zhì)容易混合。

 

 

與其他方法相比，水熱晶體生長(zhǎng)具有以下特點(diǎn)：①水熱晶體是在相對(duì)較低的熱應(yīng)力條件下生長(zhǎng)的，因此其位錯(cuò)密度遠(yuǎn)低于在高溫熔體中生長(zhǎng)的晶體；②水熱晶體生長(zhǎng)使用相對(duì)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(zhǎng)的水熱法在封閉系統(tǒng)中進(jìn)行，可以控制反應(yīng)氣氛以形成氧化或還原反應(yīng)條件。實(shí)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(duì)流很快，溶質(zhì)的擴(kuò)散非常有效，因此水熱晶體的生長(zhǎng)速度更快。

水熱法是制備結(jié)晶性好、無(wú)團(tuán)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(diǎn)：①水熱法無(wú)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(guò)程中可能形成的粉末團(tuán)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(shí)間、前驅(qū)體形成等）有關(guān)④制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)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(guò)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(guò)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(wú)定形前驅(qū)體形成結(jié)晶性能完整的晶粒的過(guò)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?yàn)樗恍枰邷責(zé)铺幚韥?lái)實(shí)現(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(guò)程。在這個(gè)過(guò)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(chǎng)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(xì)介紹。