سنتز هیدروترمال

سنتز هیدروترمال یکی از پرکاربردترین روش های تهیه نانومواد است. در این سنتز، تشکیل نانو مواد می ­تواند در یک سطح وسیع اتفاق بیفتد و محدوده دما این واکنش­ ها از دمای اتاق تا دمای بسیار بالا در حدود ۱۱۰۰درجه است.

برای کنترل مورفولوژی مواد بسته به فشار بخار ترکیب اصلی در واکنش می توان در شرایط فشار کم یا فشار بالا از شرایط هیدروترمال استفاده کرد. بسیاری از انواع نانو مواد دارند با استفاده از روش هیدروترمال یا سالوترمال با موفقیت سنتز می­ شوند.

شما می توانید، از مشاوره رایگان ما در حین، قبل و بعد از خرید برخوردار شوید. در تمامی لحظات کنارتان هستیم.

شماره تماس : ۰۹۳۰۷۱۰۹۴۶۹

معادل فارسی هیدروترمال

مزایا هیدروترمال + سنتز هیدروترمال

مزایای قابل توجهی زیادی در این سنتز وجود دارد. این روش ، نسبت به سایر روشهای سنتزی می­تواند نانو موادی ایجاد کند که در دماهای بالا پایدار باشد. نانومواد سنتز شده توسط روش هیدروترمال که در شرایط فشار بخار بالا تولید می شوند.  می­توانند با حداقل تلفات مواد اولیه منجر به تولید محصول شوند. در سنتز هیدروترمال نانوموادی که باید سنتز شوند از طریق حجم مایع میتوانند به خوبی کنترل شوند.

مقاله ها و کارهای تحقیقاتی بسیار زیادی روی سنتز هیدروترمال و سنتز نانوذرات، نانومیله‌ها، نانولوله‌ها، نانوکره‌های توخالی و نانوصفحات گرافن در ژورنال-های معتبر منتشر می شود. روشهای سنتز جدید به عنوان مثال، سنتز هیدروترمال به کمک مایکروویو و سنتز با روش سلف اسمبلی بدون قالب در گزارشات متعدی مشاهده می­شود.

کارهای تحقیقاتی در مورد بهینه سازی شرایط سنتز نیز در مقالات متعدد گزارش شده است.

سنتز هیدروترمال سنگ های قیمتی

سه گروه اساسی از تکنیک­های رشد تقریبا برای تمام تولیدات سنگ­های قیمتی مصنوعی استفاده می شود. کریستال­ها را می­توان از مذاب،محلول یا با رسوب بخار رشد داد.

تکنیک­های ذوب

در تکنیک های مذاب نقطه ی شروع کار، مخلوطی از عناصر یا ترکیبات شیمیایی است که ترکیبی ماده­ای را که باید متبلور شود فراهم می­کند.

مخلوط ذوب می شود. سپس سرد می شود. تا تک بلورهایی بزرگ پس از انجماد رشد کنند.

رشد کریستال های یخ در لبه یسقف یا تکه های یخ در فریزر از آشناترین نمونه های این نوع رشد هستند.

تکنیک های اصلی ذوب شامل روش همجوشی شعله و تکنیک کشش است. یاقوت، یاقوت کبود، اسپینل،روتیل، الکساندریت، تیتانات  و استرانسیوم وزیرکونیای مکعبی را می توان با فرایندهای ذوب تولید کرد. انتخاب یک روش خاص به خواص مذاب، دمای ذوب، اندازه مورد نیاز و هزینه ظرف بستگی دارد. به خصوص زمانی که ظروفغ پلاتین یا ایریدیوم درگیر هستند. تکنیک ذوب “جمجمه” تنها در مورد زیرکونیای مکعبی استفاده شده است، زیرا دمای ذوب ZrO2  بسیار بالا است.

روش همجوشی

روش همجوشی شعله Verneuil که در ابتدا برای رشد بولورهای یاقوت بزرگ ساخته شد، اولین روشی بود که سنگ های قیمتی مصنوعی تولید کرد. از آن برای تولید یاقوت کبود، اسپینل، روتیل و تیتانات استرانسیوم استفاده شده است. این تکنیک هنوز هم بخش عمده ای از کوراندوم مصنوعی و اسپینل امروزی را تولید می کند. برای رشد یاقوت کبود با رنگ های مختلف، یاقوت، یاقوت کبود ستاره ای و یاقوت ستاره ای استفاده می شود.

تکنیک کشش چوکرالسکی

تکنیک کشش چوکرالسکی برای تولید انواع سنگ های مصنوعی از جمله یاقوت، یاگ و الکساندریت استفاده شده است. کریستال های کشیده شده معمولاً بسیار بزرگتر و تمیزتر از کریستال های تولید شده توسط فرآیند Verneuil هستند. فرآیند ذوب جمجمه برای تولید زیرکونیای مکعبی استفاده می شود. اهمیت تکنیک هیدرو ترمال برای رشد کریستال های چند مقیاسی با اشاره به کارایی آن در سنتز کریستال های با کیفیت بالا در اندازه های مختلف برای کاربرد های فن آوری مدرن مورد بحث قرار می گیرد. اصطلاح هیدروترمال منشا زمین شناسی دارد.

رودریک مورچیسون برای توصیف عملکرد آب در دما و فشار بالا در ایجاد تغییرات در پوسته ی زمین که منجر به تشکیل سنگ ها و کانی های مختلف می شود از آن استفاده کرد. بزرگترین تک بلور تشکیل شده در طبیعت (کریستال بریل بیش از ۱۰۰۰ کیلوگرم) و برخی از بزرگترین مقادیر تک بلورهای ایجاد شده توسط انسان در یک دوره آزمایشی (کریستال های کوارتز با وزن ۱۰۰۰ کیلوگرم) هر دو دارای منشأ هیدروترمال هستند.این تکنیک به دلیل کارایی تکنولوژیکی آن در توسعه کریستال های با کیفیت بالا در اندازه های مختلف بسیار مهم است.اصطلاح polyscale نسبتاً جدید است و به اندازه‌های مختلف کریستال‌ها اطلاق می‌شود که تک بلورهای حجیم، بلورهای کوچک و بلورهای میکرومتری را می‌پوشاند .

این مفهوم با پیشرفت به‌دست‌آمده در فناوری نانو، که در آن اثر اندازه کوانتیزاسیون تغییرات در خواص فیزیکی مواد کریستالی با اندازه را توضیح می‌دهد، بیشتر مرتبط می‌شود. تکنیک هیدروترمال در حال تبدیل شدن به یکی از مهمترین ابزارها برای پردازش مواد پیشرفته است، به ویژه به دلیل مزایای آن در پردازش مواد نانوساختاری برای طیف گسترده ای از کاربردهای تکنولوژیکی مانند الکترونیک، اپتوالکترونیک، کاتالیز، سرامیک، ذخیره سازی داده های مغناطیسی، زیست پزشکی، بیوفوتونیک، و غیره. روش هیدروترمال کمک زیادی به پردازش نانو کریستال های تک پراکنده و بسیار همگن می­کند.

روش هیدروترمال

تکنیک هیدروترمال به هرگونه واکنش همگن (نان کریستال ها) یا ناهمگن (تک بلورهای حجیم) در حضور حلال های آبی یا کانی سازها در شرایط فشار و دمای بالا برای حل و تبلور مجدد (بازیابی) موادی که در شرایط معمولی نسبتاً نامحلول هستند، اطلاق می شود. Byrappa و Yoshimura تکنیک هیدروترمال، را به عنوان هر واکنش شیمیایی همگن یا ناهمگن در حضور یک حلال “(چه آبی یا غیر آبی) بالاتر از دمای اتاق و در فشار بیش از ۱ atm در یک سیستم بسته تعریف می‌کنند.  با این حال، شیمیدانان ترجیح می دهند از اصطلاح solvothermal استفاده کنند.  به معنای “هر واکنش شیمیایی در حضور یک حلال یا حلال غیرآبی در شرایط فوق بحرانی یا نزدیک به فوق بحرانی”.

در سال های اخیر افزودن انرژی به فرآیند هیدروترمال مانند روش‌های هیدروترمال-الکتروشیمیایی، هیدروترمال-مکانوشیمی، هیدروترمال-میکروویو، هیدروترمال-سونار، هیدروترمال-سل-ژل، هیدروترمال-بیومولکولی و غیره باعث شده است که این فرآیند بسیار موثر و سریع انجام شود. با این حال، این فرآیند جدید فقط برای تهیه کریستال های ریز تا نانو اندازه و لایه های نازک با کریستالی بالا و خواص مطلوب مناسب است.

در سال های اخیر، عوامل پوشش دهنده، مولکول های آلی، سورفکتانت ها و غیره برای استفاده در رشد کریستال به منظور دستیابی به رشد در جهت کریستالوگرافی مورد نظر و کاهش رشد در جهت های کریستالوگرافی نامطلوب در شرایط هیدروترمال استفاده شده اند. چنین پیشرفت هایی تکنیک هیدروترمال را از نظر توانایی آن در ساخت محصولات کاربردی با کنترل درجا بر رشد آنها، منحصر به فرد کرده است. همه این تحولات اخیر در ۱۰ سال گذشته مفهوم رشد هیدروترمال کریستال ها را کاملاً تغییر داده است.

مزیت  + سنتز هیدروترمال

پیش از این، محققان همیشه رشد هیدروترمال کریستال ها را یک تکنیک با دمای بالا و فشار بالا می دانستند که از نظر نرخ رشد بسیار گران و کند بود. با این حال، نسل جدیدی از محققان هیدروترمال اکنون آن را تکنیکی ساده می دانند که به دما-فشار ملایم تا کم نیاز دارد. گران نیست و با حداکثر بازده محصول سریع است.

بنابراین تکنیک هیدروترمال توسط فیزیکدانان، شیمی دانان، سرامیست ها، هیدرومتالورژیست ها، دانشمندان مواد، زیست شناسان، مهندسان، زمین شناسان، تکنسین ها و غیره به طور عمومی مورد استفاده قرار می گیرد. به طور مشابه، روش هیدروترمال از دهه ۱۹۶۰ به طور گسترده استفاده می شد. عملاً تمام گونه های معدنی، از عناصر بومی تا پیچیده ترین سیلیکات ها، جوانه ها، فسفات ها و غیره با این روش به دست آمده اند. این تکنیک در مقیاس صنعتی برای تهیه کریستال‌هایی با اندازه نانو برای کاربردهای پیزوالکتریک، نوری، مغناطیسی، سرامیک، فوتونیک و غیره استفاده می‌شود.

مزایای متعددی نسبت به روش‌های مرسوم رشد کریستال از نظر خلوص، همگنی، تقارن کریستالی، تشکیل فاز ناپایدار، تکرارپذیری، پایین‌تر دارد. دمای تبلور، پردازش تک مرحله ای، تجهیزات ساده، نیاز به انرژی کمتر، زمان واکنش سریع، تغییرات چند شکلی مطلوب، رشد مواد با حلالیت فوق العاده کم و غیره از مزایای این تکنیک می باشند.

این تکنیک تنها روشی است  که با موفقیت برای تولید تک بلورهای بزرگ آلفا کوارتز در مقیاس صنعتی استفاده می شود. به طور مشابه، ترکیبات دارای عناصر در حالت اکسیداسیون که به سختی به دست می‌آیند. (به ویژه ترکیبات فلزی انتقالی) با روش‌های معمولی دیگر می‌توانند به خوبی تحت شرایط هیدروترمال سنتز شوند، برای مثال، اکسید کروم (IV) فرومغناطیسی. سنتز فازهای ناپایدار مانند سابیدیدهای تلوریم (Te2I) را می توان در شرایط هیدرو ترمال آسانتر انجام داد .

روش های آزمایشگاهی

این نوع سنتز ، عموما توسط اتوکلاو یا همان راکتور هیدروترمال آزمایشگاهی انجام می گیرد. که متناسب با نوع فرایند انواع مختلفی دارد.

• واکنش دهنده‌ها در داخل حلال در دو ظرف جداگانه با غلظت خاصی ، به وسیله همزن‌های مغناطیسی، اجیتیتورها یا از سونیکیتورها به طور کامل حل می شوند.
• تهیه پیش ماده
•  بعد از یک سونیکیشن اولیه و با زمانی نسبتاً کم در دما و فشار مشخص ، در داخل محفظه اتوکلاو قرار می دهیم.
•  نمونه، را از داخل محفظه اتوکلاو خارج و خشک کنید.

پذیرای انجام سنتز هیدروترمال نیز هستیم. 

تفاوت اپی ترمال و هیدروترمال

سطح گرمایی
رسوبات هیدروترمال تشکیل شده در دما و فشار پایین

به یک کانسار گرمابی (هیدروترمال) گویند که در حدود 1 کیلومتری پوسته کره زمین و در دامنه دمایی از 50 تا 200 درجه سانتی گراد تشکیل می شود. و معمولاً به شکل رگه مشاهده می شود.
سیستمهای هیدروترمال یکی از مهمترین منابع تامین کننده فلزات گرانبها در سطح جهان به شمار می آیند. شناخت بهتر این سیستمها نتیجه مطلوبی در شناسایی و اکتشاف آنها را در پی خواهد داشت. کانسارهای گرمابی منابع مهم فلزات استراتژیکی هستند که شامل مراحل متفاوت ماگمایی، گرمابی، مکانیکی می شوند. دمای تشکیل این ذخیره ها از ۵۰ تا بیش از ۵۰۰ درجه سانتیگراد است و توسط سیالات گرمابی بدست می آید.

لیگاندها از عوامل موثر حمل فلز در سیال هستند مانند کلریدها، بیسولفیدها و هیدروکسیدها. ذخایر اپی-ترمال به مناطق کماط مربوط به فرورانش اختصاص داده میشوند و گاها مشخصات شبیه به مناطق کششی پس از برخورد را نشان می دهند. سه نوع کانسار اپیترمال از نوع سولفیداسیون بالا، حدواسط و پایین با توجه به مقادیر سولفید و نوع کانیزایی اطلاق می شود. این سه نوع کانسار قابل تبدیل به همدیگر می باشند وفاقد مرز مشخص هستند.

انفجار هیدروترمال

آبفشان (به انگلیسی: Geyser) چشمهٔ آب گرمی است که در فواصل زمانی معین آب داغ را با سرعت زیادی به بیرون پرتاب می‌کند.  پارک ملی یلوستون، یکی از مراکز آبفشان‌های جهان به شمار می آید.

علت پدید آمدن آبفشان شرایط خاص هیدروجیولوژیکال است. این پدیده تنها در چند مکان بر روی زمین اتفاق می افتد و در واقع پدیده ای نسبتاً نادراست. تمامی مناطق شامل آبفشان ها در نزدیکی مناطق آتشفشانی فعال قرار دارند و دلیل شکل گیری آنها نزدیک بودن به ماگما ها می باشد.

در فرایند شکل گیری این پدیده، آب روی سطح زمین خود را به عمق متوسط حدود ۲۰۰۰ متر (۶۶۰۰ فوت) می رساند و در آن جا در تماس با صخره های داغ است.  جوش آمدن آبی که تحت فشار، آبفشان و افشانه بخار داغ از دریچه سطح آبفشانرا تولید می کند( این همان انفجار هیدروترمال است).