Микроволновой синтез простых и сложных металлооксидов из солевых прекурсоров

• Автор: Ванецев, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 142 с. : ил.

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

2.1. Общие сведения о микроволновом излучении

2.1.1. Физическая теория взаимодействия микроволнового излучения с веществом

2.1.2. Конструкция устройств для микроволновой обработки

2.1.3 Измерение температуры в процессе микроволнового нагрева

2.2 Использование микроволновой обработки в химических процессах

2.2.1 Использование микроволнового излучения для синтеза неорганических веществ и материалов
2.2.2. Использование микроволнового излучения для реализации энергоемких процессов получения керамических материалов

2.3. Заключение

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Синтез образцов в микроволновом поле
3.1.1. Микроволновая обработка индивидуальных солей и гидроксидов
3.1.2. Синтез ферритов микроволновой обработкой солевых и оксидно-солевых смесей
3.1.3. Синтез манганите в, кобальтитов и купратов микроволновой обработкой смесей нитратов
3.1.4. Измерение температуры образцов при микроволновой обработке
3.2. Методы анализа синтезированных образцов
3.2.1. Рентгенофазовый и рентгенографический анализ
3.2.2. Термогравиметрический анализ
3.2.3. Растровая электронная микроскопия
3.2.4. Высокотемпературная оптическая микроскопия
3.2.5. Измерение магнитных свойств синтезированных образцов
3.2.6. Измерение каталитических свойств синтезированных образцов
4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
4.1. Микроволновой синтез простых оксидов
4.1.1. Микроволновая обработка гидроксидов и безводных солей металлов

4.1.2. Микроволновая обработка соединений, содержащих кристаллизационную воду
4.1.2.1. Роль кристаллизационной воды во взаимодействии кристаллогидратов солей металлов с микроволновым излучением
4.1.2.2. Роль химической природы соли во взаимодействии кристаллогидратов солей металлов с микроволновым излучением
4.1.3. Влияние микроволновой обработки на микроструктуру и реакционную способность простых металлооксидов
4.1.3.1. Влияние продолжительности микроволновой обработки на размеры ОКР порошков простых металлооксидов
4.1.3.2. Влияние продолжительности микроволновой обработки на агрегатную структуру порошков простых металлооксидов
4.1.3.3. Влияние продолжительности микроволновой обработки на агломератную структуру порошков простых металлооксидов
4.1.3.4. Влияние продолжительности микроволновой обработки на реакционную способность порошков простых металлооксидов
4.2. Микроволновой синтез оксидов сложного состава
4.2.1. Синтез ферритов микроволновой обработкой оксидно-солевых смесей
4.2.2. Синтез перовскитоподобных оксидных фаз микроволновой обработкой смесей нитратов
5. ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ВВЕДЕНИЕ
Одной из важнейших задач современной неорганической химии и неорганического материаловедения является разработка новых методов синтеза веществ и материалов, позволяющих снизить энергозатраты и увеличить скорость образования конечных многокомпонентных продуктов. Основная причина низкой скорости твердофазных реакций заключается в том, что их лимитирующей стадией является диффузия. В связи с этим для повышения скорости твердофазного взаимодействия часто используют исходные вещества, находящиеся в активном состоянии (соосаждение солей и гидроксидов, криохимическая кристаллизация, распылительная сушка, гидротермальная обработка и т.д.) [1].
Другим способом ускорения реакции является дополнительная (помимо термической, например, механохимическая или ультразвуковая) обработка реакционных смесей, позволяющая интенсифицировать диффузионные процессы in situ [2, 3]. Следует отметить, что физико-химические свойства веществ,
синтезированных с использованием этих подходов, не только не уступают характеристикам веществ, синтезированных при помощи традиционных методик, но и зачастую превосходят их.
К числу перспективных методов повышения скорости твердофазных реакций относится микроволновая обработка реакционных смесей. Микроволновое излучение представляет собой неионизирующее электромагнитное излучение с частотой от 300 МГц до 300 ГГц. Применение микроволновой обработки позволяет проводить такие важнейшие физико-химические процессы как дегидратация, разложение солевых и гидроксидных прекурсоров, синтез многокомпонентных соединений и спекание керамики, существенно снижая временные и энергетические затраты по сравнению с традиционными методиками реализации этих процессов. Более того, в ряде случаев использование микроволнового воздействия позволяет добиться результатов, которые невозможно достичь при помощи других методов [7, 8].
Микроволновая обработка имеет целый ряд преимуществ перед обычными методами нагревания конденсированных сред (твердых тел и жидкостей), среди которых следует отметить: быстроту и низкую инерционность нагревания, отсутствие контакта «нагреваемое тело-нагреватель», равномерность нагревания материала по всему объему, возможность избирательного нагревания компонентов смеси веществ и высокий коэффициент полезного действия (50% для печей с частотой 2.45 ГГц и 85%

Рис. 2.10. Зависимость температуры образцов ТагС^ и ТагОз.* от продолжительности выдержки в микроволновом поле [41].

Обычное нагревание

Микроволновое нагревание

0 100 200 300 400 500 600 700
Продолжительность обработки, мин.
Рис. 2.11. Продолжительность синтеза фазы Ва(МйшТа2/з)Оз в микроволновом поле и при обычном нагревании [41].