陕西科技大学材料学院《无机合成》5无机合成-高压合成.pptVIP

;第五章 无机材料的高压合成与制备 一、 引 言 高温高压作为一种典型的极端物理条件→能够有效地改变物质的原子间距和原子壳层状→作为一种特殊的研究手段，应用于物理、化学及材料合成方面 。 因为高压作为一种典型的极端物理条件能够有效地改变物质的原子间距和原子壳层状态，因而经常被用作一种原子间距调制，信息探针和其它特殊的应用手段，几手渗透到绝大多数的前沿课题的研究中。 利用高压手段不仅可以帮助人们从更深的层次去了解常压条件下的物理现象和性质，而且可以发现常规条件下难以产生而只在高压环境才能出现的新现象、新规律、新物质、新性能、新材料 。 ;1.高压合成：就是利用外加的高压力，使物质产生多型相转变或发生不同物质间的化合，而得到新相、新化合物或新材料。 高压卸掉以后→大多数物质的结构和行为产生可逆的变化，失去高压状态的结构和性质→高压＋高温;2.需要高压手段进行合成的有以下几种情况： ①在大气压(0.1 MPa)条件下不能生长出满意的晶体；②要求有特殊的晶型结构；③晶体生长需要有高的蒸气压；④生长或合成的物质在大气压下或在熔点以下会发生分解；⑤在常压条件下不能发生化学反应而只有在高压条件下才能发生化学反应；⑥要求有某些高压条件下才能出现的高价态(或低价态)以及其它的特殊的电子态；⑦要求某些高压条件下才能出现的特殊性能等情况。 3.高压固态反应合成范围：从1～10 MPa的低压力合成到几十个GPa(1 GPa≈1万大气压)的高压力合成。;二、 高压高温的产生和测量 （一） 高压的产生 1．静高压 利用外界机械加载方式，通过缓慢逐渐施加负荷挤压所研究的物体或试样，当其体积缩小时，就在物体或试样内部产生高压强。由于外界施加载荷的速度缓慢(通常不会伴随着物体的升温)，所产生的高压力称为静态高压。 常见的静高压产生装置有两类： （1）是利用油压机作为动力，推动高压装置中的高压构件，挤压试样，产生高压。最常见的有六面顶(高压构件由六个顶锤组成)高压装置和年轮式两面顶(高压构件由一对顶锤和一个压缸组成)高压装置。 （10 － 1～几百 cm3）;煞前芳妄撼硅澡洞难陀谤信殴奏搬整城鞠傻沽烷清酱葵啼桑姓贬莱洒唬重陕西科技大学材料学院《无机合成》5无机合成-高压合成陕西科技大学材料学院《无机合成》5无机合成-高压合成;（2）是利用天然金刚石作顶锤(压砧)，制成的微型金刚石对顶砧（10 － 3mm3）高压装置(diamond anvil cell，简称DAC)，这种装置可以产生几十GPa到三百多GPa的高压，还可以与同步辐射光源、X射线衍射、Raman散射等测试设备联用，开展高压条件下的物质相变、高压合成的原位测试。 进行工业生产使用的工业装置，压腔—‘般比较大，压强可以达到8GPa。; （二） 高温的产生 1．直接加热 ①利用大电流直接通过试样，可以在试样中产生高达二千多开(K)的高温。 ②利用激光直接加热试样，可产生(2～5)x103K的高温。 ③冲击波的作用，可在产生高压的同时产生高温。 2．间接加热 通常可在高压腔内，试样室外放置一个加热管(如石墨管，耐高温金属管，如Pt、Ta、Mo管等)，使外加的大电流通过加热管，产生焦耳热，使试样升温。一般可达2x103K 。这种加热法，称为内加热法。 还可以采用在高压腔外部进行加热的外加热法。 3.根据情况需要，有时还可内、外加热法兼用。;三、 高压高温合成方法 1.从高压高温合成产物的状态变化看，合成产物有两类。 ①是某种物质经过高压高温作用后，其产物的组成(成分)保持不变，但发生了晶体结构的多型相转变，形成新相物质。 ②是某种物质体系，经过高压高温作用后，发生了元素间或不同物质间的化合，形成新化合物、新物质。 2.根据高压高温的不同产生方式和使用的设备高压高温合成划分成许多合成方法。;（一） 动态高压合成法 原理：利用爆炸等方法产生的冲击波，在物质中引起瞬间的高压高温来合成新材料的动态高压合成法，也称为冲击波合成法或爆炸合成法。 至今，利用这种方法，已合成出人造金刚石和闪锌矿型氮化硼(c—BN)以及纤锌矿型氮化硼(w—BN)微粉，还有一些其它的新相、新化合物。;（二） 静高压高温合成法 1）超高压激光加热合成法 100 GPa以上， (2-5)x103K以上，合成温度和压力范围很宽。 2）静高压高温(大腔体)合成法 A、静高压高温直接转变合成法：在合成中，除了所需的合成起始材料外，不加其它催化剂，而让起始材料在高压高温作用下直接转变(或化合)成新物质。 B、静高压高温催化剂合成法：在起始材料中加入催化剂，