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水热合成PZT 纳米粉体的机制通常有两种：
1. 溶解/ 沉淀机制：当悬浮在溶液中的反应物粒 子被溶解在溶液中，形成过饱和溶液相，过饱和粒 子相互作用生成PZT 晶核，晶核在悬浮液中相互碰 撞，小的晶核逐渐溶解，大的晶核慢慢长大，大到 一定程度就从溶液中沉淀出来。这一过程的反应驱 动力是反应物在溶液介质中溶解度的不同。由于反 应物在水溶液中并不是完全溶解，因此需加入适量 强碱作为矿化剂来提高反应物在水溶液中的溶解度。
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2 . 原位化合机制：在溶液中加入适量的强碱作 为矿化剂，溶液中的反应物水解后，Ti 和Zr的水合 离子随着溶液的浓缩，优先形成, Ti—O—Ti 和 Zr—O— Zr的联结体，而Pb离子由于保持了规则的 几何的形状，因此没有参与Ti和Zr的水合离子的联 结。但 Pb 却随机地占据了无定形 Ti和Zr 凝胶体中 的位置。在水热条件下，PZT 晶核最可能通过原位 化合机制形成，与 Ti和Zr 凝胶体不成一体化的 Pb 元素，在凝胶体中做相对移动，最后形成钙钛矿结 构的长程有序物。在这过程中矿化剂的作用，可被 认为是起模板作用，而在水热处理过程促使 Ti— O—Ti 和 Zr—O— Zr 的联结体的破裂，从而形成 PZT纳米陶瓷粉体，形成粉体的化学成分是由凝胶 体的化学成分所决定的。矿化剂阳离子的半径越小， 越容易进入凝胶体的内部，促使凝胶体破裂 2018/10/15 8
PZT是PbZrO3和PbTiO3的固溶体，具有钙钛矿型结 构。PbTiO3和PbZrO3是铁电体和反铁电体的典型代表， 因为Zr和Ti属于同一副族，PbTiO3和PbZrO3具有相似 的空间点阵形式，但两者的宏观特性却有很大的差异， 钛酸铅为铁电体，其居里温度为492℃，而锆酸铅却是 反铁电体，居里温度为232℃，如此大的差异引起了人 们的广泛关注。研究PbTiO3和PbZrO3的固溶体后发现 PZT具有比其它铁电体更优良的压电和介电性能，PZT 以及掺杂的PZT系列铁电陶瓷成为近些年研究的焦点。
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水热合成的应用
钛酸钡粉体
良好的光催化活性的纳米TiO2粉体 铁酸镧(LaFeO_3)三维立方体 （对CO表现
出良好的气敏性能。） 氧化硅晶体
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PZT (锆钛酸铅)：其中P是铅元素Pb的缩写，Z是锆元 素Zr的缩写，T是钛元素Ti的缩写。
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图
XRD
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不同时间下的SEM照片
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3. Pb 过量的程度 ： 当Pb过量20%时比低于 20%时峰强增强，当过量40%时就会出现杂相。 （然而不同的碱度下,Pb 过量的影响程度也不同， 下图碱度为0.5mol/L .想要得到好的晶型，碱度越 大，Pb过量应该越多。但是都是有限度的，直到出 现杂相为止。）
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5. 水热合成所使用的氧化物、氯化物原料相对于
பைடு நூலகம்
有机醇盐来讲较为便宜。 6. 水热合成法提供了成本低、规模大、重复性较 好、生产高质量PZT 纳米粉体的技术。 7. 所得的产物纯度高，分散性好、粒度易控制。
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参考文献：
1.李涛,彭同江,锆钛酸铅纳米陶瓷粉体的水热合成技术 [J].纳米材料与纳米科技,2004（2）. 2.朱孔军, 朱仁强, 董娜娜, 顾洪汇, 裘进浩, 季宏丽, PZT 陶瓷粉体的水热合成[J].无 机 材 料 学 报,2012， 27（5）. 3. Liu Haitao, Cao Maosheng, Zhou Yongqiang, Liang Xiaojuan, Li Longtu, Hydrothermal Synthesis and Characterizationof Nanocrystalline PZT Powders [J].稀有金属材料与工程,2008，37（2）.
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Thanks !
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2.水热反应 将配制好的前驱体装入反应釜中，装满度控制 在80%左右，通过自动控制仪来控制合适的反应温 度与压力以及反应时间，使反应进行。
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3. 粉体后期处理 水热反应完毕后，控制温度与压力快速降为常态 后，开釜取出纳米粉浆体，进行过滤、洗涤、干燥 等处理，即得所需的PZT纳米多晶粉体。
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在水热合成PZT 纳米粉体工艺中，常用的原料 主要有硝酸盐、氯化物、氧氯化物、醋酸盐、氢氧 化物等。其制备工艺过程可分为3个步骤。 1. 反应前驱体的制备 由原材料(如硝酸铅、氧氯化锆、四氯化钛等). 按比例配制反应前驱体，在前驱物中加入适量的强 碱(NaOH或KOH) 作为矿化剂，来调节反应溶液的 酸碱度。
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不同碱度下所得的产物的XRD图
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不同碱度下的SEM照片
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2.反应时间：由图可知，当反应时间较短(0.5 h), 产物的结晶度很低, 但结晶产物为PZT 晶体, 没有其 它结晶杂相出现. 随着反应时间的延长, PZT 结晶度 逐渐增强. 当反应时间达到4 h 时, XRD衍射峰强基 本达到最大, 继续延长反应时间, 产物(101)峰位衍射 峰强无明显变化, 这说明反应时间达到4 h 后, PZT 基本结晶完全, 继续延长反应时间对产物结晶总量 影响不大. 不 同 时 间 下 的
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不同Pb 过量度条件下所得产物的XRD 图谱
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不同Pb 过量程度条件下所得产物的SEM 照片
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1. 在众多湿法制备PZT 纳米粉体的方法中，水热
法真正实现了低温合成。 2. 低温制备条件能有效地减少挥发性物质 的挥发， 能保证反应生成物的化学计量比，保证高纯度纳 米多晶粉的生成；低温环境可有效地避免传统固 态反应或沉淀法预处理过程中粉体的过度团聚； 低温条件还有利于节约能源，降低成本。 3. 封闭的反应装置，使过剩的化学物质可以回收 再利用，从而实现环保的良性循环。 4. 水热法合成的PZT 纳米粉体具有很好的反应活 性，不需要预烧，可直接烧结制备PZT陶瓷。这 一点对于制备高质量、性能稳定的PZT 压电陶瓷 特别重要。
内容简介
1. 水热合成以及PZT ? 2.水热合成PZT工艺 3.水热合成PZT纳米粉体的机制 4. PZT的表征 5. 从PZT的合成总结水热 合成的优点
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水热合成是指温度为100～1000 ℃、 压力为1MPa～100MPa 条件下利用水溶 液中物质化学反应所进行的合成。在亚 临界和超临界水热条件下,由于反应处于 分子水平,反应性提高,因而水热反应可以 替代某些高温固相反应。又由于水热反 应的均相成核及非均相成核机理与固相 反应的扩散机制不同,因而可以创造出其 它方法无法制备的新化合物和新材料。
在整个PZT粉体合成工艺过程中，主要影响因素 及其表征： 1. 碱度（温度与其共同作用，温度高，碱度可以 低一些。温度一般在150摄氏度左右）：由图可知, 0.5、1 和2 mol/L 碱度条件下水热反应得到的粉体 均具有钙钛矿结构, 而在过低碱度(0.2 mol/L)和过 高碱度(4 mol/L)的条件下均没有明显晶相的生成.