水熱法(hydrothermal method)，又名熱液法，是指在密封壓力容器中，以水(或其他溶劑)作為溶媒，在高溫(大于 100 ℃)、高壓(大于 01MPa)條件下，使前驅(qū)體(即原料)反應(yīng)和結(jié)品，從而形成預(yù)期材料的方法。水熱法生長(zhǎng)晶體最早被應(yīng)用于地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域用來(lái)模擬自然界成礦作用:之后被應(yīng)用于基礎(chǔ)研究制備所需材料;1905 年以后開(kāi)始被用于合成功能材料的研究;采用水熱法制備納米材料則是近幾年才發(fā)展起來(lái)的,在材料制備及應(yīng)用研究領(lǐng)域，如單晶生長(zhǎng)、粉體制備、薄膜和纖維制備、材料合成、材料處理等眾多方面得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。

       水熱法裝置是高壓反應(yīng)器--反應(yīng)釜，如圖2-1所示。整個(gè)容器是密閉的,通常以水(或有機(jī)溶劑)為反應(yīng)介質(zhì)，在設(shè)定的高溫下，溶部分呈氣相，在容器內(nèi)產(chǎn)生設(shè)定的自生壓力，合成反應(yīng)就在此環(huán)境中進(jìn)行。若以水為反應(yīng)介質(zhì)，則稱(chēng)為水熱合成:若以有機(jī)溶劑為反應(yīng)介質(zhì)，則稱(chēng)為溶劑熱合成。這樣的反應(yīng)器是環(huán)境相對(duì)友好、具有多樣性及可控性的,如水熱法制備納米粉體的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是在設(shè)定的高溫高壓下進(jìn)行和完成的,而外加壓式高壓釜?jiǎng)t通過(guò)管道輸入高壓流體產(chǎn)生設(shè)定高壓，并不是高溫介質(zhì)自生的高壓力。由于水熱法提供了一個(gè)在常壓條件下無(wú)法得到的特殊物理化學(xué)環(huán)境，使前驅(qū)體在反應(yīng)系統(tǒng)中得到充分的溶解,形成原子或者分子生長(zhǎng)基元,在滿(mǎn)足結(jié)晶條件下最后成核結(jié)品，所以水熱法制備的納米晶品粒發(fā)育完整、粒度分布均勻、顆粒之間團(tuán)聚少。即使是較為便宜的原料，也一樣可以得到理想的符合化學(xué)計(jì)量組成的材料，而且顆粒度可以控制生產(chǎn)成本也低。另外，用水熱法制備的陶瓷粉體在使用時(shí)無(wú)須燒結(jié)，這就可以解決在燒結(jié)過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大而且容易混入雜質(zhì)等問(wèn)題。需要注意的是，為使反應(yīng)較快和較充分，通常水熱法一般以氧化物或氫氧化物作為前驅(qū)體,它們?cè)诩訜徇^(guò)程中的溶解度隨溫度升高還需在高壓釜中加入各種礦化劑。

       水熱法一般以氧化物或氫氧化物作為前驅(qū)體,它們?cè)诩訜徇^(guò)程中的溶解度隨溫度升高還需在高壓釜中加入各種礦化劑。而增加，最終導(dǎo)致溶液過(guò)飽和并逐步形成更穩(wěn)定的氧化物新相。反應(yīng)過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力是最后可溶的前驅(qū)體或中間產(chǎn)物與穩(wěn)定氧化物之間的溶解度差。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，水熱技術(shù)中幾種重要的納米粉體制備方法或反應(yīng)過(guò)程的原理并不相同，即并非都可用這種“溶解-過(guò)飽和.結(jié)晶"機(jī)理來(lái)解釋,且反應(yīng)過(guò)程中有關(guān)礦化劑的作用、中間產(chǎn)物和反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物的影響水熱法不僅經(jīng)濟(jì)，而且在原料的選擇上也十分多樣，如鋅源可以選用鋅粉、硝酸鋅、等問(wèn)題尚不十分清楚。

      水熱法不僅經(jīng)濟(jì)，而且在原料的選擇上也十分多樣，如鋅源可以選用鋅粉、硝酸鋅、等問(wèn)題尚不十分清楚。氯化鋅、醋酸鋅或者鋅片等，所用的堿性環(huán)境也有多種堿性物質(zhì)可選，如氫氧化鈉、氨水或者其他可提供堿性環(huán)境的胺類(lèi)(諸如六亞甲基四胺、乙二胺、乙醇胺等)。另外，為了更好地控制和引導(dǎo)納米顆粒形貌的形成，也可添加一些表面活性劑(如甲基纖維素、檸檬酸鈉等)。使用該方法合成得到的氧化鋅顆粒的結(jié)構(gòu)形貌特別豐富，同時(shí)產(chǎn)品的純度很高，形貌、尺寸大小也易控制。當(dāng)然，鋅源和堿類(lèi)的選擇會(huì)對(duì)納米顆粒產(chǎn)物的形貌產(chǎn)生一定的影響。

      水熱法在高質(zhì)量納米陶瓷粉體制備領(lǐng)域極有應(yīng)用前景，通過(guò)水熱法可在不同溫度、壓力、溶媒和礦化劑條件下實(shí)現(xiàn)多種不同成分納米級(jí)陶瓷粉體的制備。但總體來(lái)說(shuō)，水熱條件下的納米粉體制備，包括粉末粒徑及分布的有效控制、粉末的分散度和表面處理，以及納米粉末形成的過(guò)程與機(jī)理、合成工藝條件等問(wèn)題仍處于探索和發(fā)展階段。同時(shí)，受水熱過(guò)程物理化學(xué)變化的限制，目前制備的納米粉體多是氧化物、含氧鹽以及羥基化合物，所以深入研究水熱法原理和工藝有重要意。                                                                                             水熱合成注意事項(xiàng)與安全性

(1)水熱合成反應(yīng)釜是在設(shè)定的溫度和壓力條件下合成化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)器，由金屬或者硬質(zhì)材料制成，在安裝和使用時(shí)需謹(jǐn)慎，以免對(duì)其他玻璃部件造成損壞。另外，每次使用后需清洗,以便再次使用。材料合成的實(shí)驗(yàn)溫度一般為 100~400 ℃,壓力為 4.9~98 MPa。釜內(nèi)的壓力是靠在反應(yīng)釜內(nèi)填充的一定量的溶液升溫膨脹而產(chǎn)生和維持的，實(shí)驗(yàn)中采用的填充度為 50%~85%,介質(zhì)是水,堿類(lèi)物質(zhì)可采用 NaOH、KOH、NaC1、NH4CI等,濃度為 0.5~1.5 mo1·L。通常采用膠體和鹽溶液作為前驅(qū)體制備氧化物納米晶顆粒, 以增加前驅(qū)體在釜內(nèi)溶液中的溶解度。此外，可借助高壓釜內(nèi)底部與上部的溫差使溶液迅速達(dá)到飽和與過(guò)飽和狀態(tài)，或采取降溫措施使晶核迅速形成，因此，控制溫度梯度在釜內(nèi)的分布是控制晶粒尺度的關(guān)鍵。

(2)水熱合成反應(yīng)釜內(nèi)膽的材質(zhì)要適用于不同介質(zhì)的合成反應(yīng),應(yīng)提前查清介質(zhì)對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)膽有無(wú)腐蝕，瞬間反應(yīng)劇烈、產(chǎn)生大量氣體或高溫易燃易爆，以及超高壓、超高溫等對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)膽產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕的反應(yīng)須采用特殊的反應(yīng)釜內(nèi)膽。

(3)裝配反應(yīng)釜時(shí)，先把頂絲松開(kāi)，用扳手?jǐn)Q緊釜體和釜蓋，然后擰緊頂絲。確保釜體下墊片位置正確，然后放入聚四氟乙烯襯套或?qū)ξ痪郾椒?PPL)襯套和上墊片，把釜蓋旋鈕擰緊。將反應(yīng)物倒入聚四氟乙烯襯套或 PPL 襯套內(nèi)，并保證加料系數(shù)小于 0.8。

(4)將水熱合成反應(yīng)釜置于加熱器內(nèi)，按照規(guī)定的升溫速率升溫至所需反應(yīng)溫度但注意反應(yīng)溫度必須低于規(guī)定的安全使用溫度。

(5)拆開(kāi)水熱合成反應(yīng)釜時(shí)也要先把頂絲松開(kāi)，再擰開(kāi)釜體和釜蓋。

(6)水熱合成反應(yīng)釜每次使用后要及時(shí)清洗干凈，尤其是釜體、釜蓋的密封處要格外注意，以免銹蝕，并嚴(yán)防碰傷損壞。同時(shí)，應(yīng)特別注意勿將水或其他液體流入加熱爐內(nèi)及接線(xiàn)盒內(nèi)，防止加熱器因短路而被燒壞。