固溶體在無(wú)機(jī)非金屬材料中的應(yīng)用探究

全小翠

摘 要：隨著科技的深入發(fā)展，固溶體在無(wú)機(jī)非金屬材料中得到了廣泛的應(yīng)用。本文首先針對(duì)固溶體及無(wú)機(jī)非金屬材料的概念進(jìn)行了分析，然后結(jié)合當(dāng)下的實(shí)際情況，研究了固溶體在催化劑中的應(yīng)用、固溶體作為載體及其對(duì)晶格的影響，對(duì)這些方面進(jìn)行了探討，以期為固溶體在無(wú)機(jī)非金屬材料中的實(shí)際應(yīng)用和研究發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：固溶體；無(wú)機(jī)非金屬材料；應(yīng)用

引言

近年來(lái)，新材料異軍突起，并被廣泛地應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，但在發(fā)展機(jī)遇下，仍會(huì)面臨難以突破的技術(shù)問(wèn)題。固溶體便成為了改善新材料性能的萬(wàn)能寶，特別是在無(wú)機(jī)非金屬材料的應(yīng)用中，其理論有效的促進(jìn)了無(wú)機(jī)非金屬材料的發(fā)展，為無(wú)機(jī)非金屬材料稱霸新材料行業(yè)打開了一道門。所以，相關(guān)人員需要針對(duì)固溶體在無(wú)機(jī)非金屬材料中的實(shí)際應(yīng)用展開科學(xué)研究，這對(duì)于此二者的發(fā)展來(lái)說(shuō)，都具有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義

1固溶體及無(wú)機(jī)非金屬材料的概念

1.1固溶體的概念

要研究固溶體以及無(wú)機(jī)非金屬，就必須要對(duì)其概念進(jìn)行了解和把握。固溶體是指礦物離子在結(jié)晶構(gòu)造位置上發(fā)生置換后不改變整個(gè)晶體結(jié)構(gòu)和對(duì)稱性，通俗的講固溶體是一種溶質(zhì)原子溶解在溶劑晶格中卻仍然保持溶劑類型的合金相，其中微量溶質(zhì)是引起固溶體理化反應(yīng)的重要因素。固溶體按根據(jù)溶質(zhì)原子在晶格的位置的不同可以分為兩類，即間隙固溶體和置換固溶體。按固溶度來(lái)分，可分為無(wú)線固溶體和有限固溶體兩大類；若按溶質(zhì)原子與溶劑識(shí)的相對(duì)分布來(lái)劃分，又可分為有序固溶體和無(wú)序固溶體。固溶體的性能包括固溶強(qiáng)化、固溶電性能和固溶熱處理。

1.2無(wú)機(jī)非金屬材料的概念

無(wú)機(jī)非金屬材料誕生于無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)發(fā)展的契機(jī)中，是由晶體或非晶體組成，具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱及機(jī)械性能差的非金屬性質(zhì)的材料。有的無(wú)機(jī)非金屬材料甚至可以替代金屬材料，是化學(xué)工業(yè)中不可或缺的材質(zhì)，是當(dāng)代完整材料體系中一個(gè)重要組成部分。因其優(yōu)異的性能，在近代工業(yè)發(fā)展中作用越來(lái)越大，用途也隨之增加，并形成迅猛發(fā)展之勢(shì)。

2固溶體在無(wú)機(jī)非金屬材料中的應(yīng)用

將固溶體應(yīng)用于無(wú)機(jī)非金屬材料中，可通過(guò)控制溫度、壓力和摻雜質(zhì)等方式在無(wú)機(jī)非金屬材料制備的形成點(diǎn)缺陷而制得，此法改變了材料的性質(zhì)，并賦予了材料新的功能。當(dāng)前制備固溶體主要方法有：氧化物高能球磨法、表面活性劑模板法、溶液燃燒法、共沉淀法和絡(luò)合法等。其具體的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括三種：

2.1將固溶體作為催化劑

例如，CeO2- ZrO2固溶體。CeO2是種鈰氧化物，是良好的催化劑，被廣泛的置于主要的六大類應(yīng)用中，第一是汽車尾氣催化劑，第二是燃料電池固體電極，第三是生物陶瓷材料，第四是水汽變換反應(yīng)，第五是氧氣傳感器，第六是甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)等。且在甲烷燃燒中，其催化性和穩(wěn)定性的是否良好都取決于CeO2- ZrO2固溶體。CeO2- ZrO2固溶體中的Ce是發(fā)生氧化還原的主要因素，氧化CH4都是Ce4+向Ce3+的轉(zhuǎn)變中產(chǎn)生的氧來(lái)實(shí)現(xiàn)的，二者在轉(zhuǎn)變進(jìn)程中還能相互產(chǎn)生氧?？墒鞘寡鯘舛鹊亩溉晦D(zhuǎn)變起到一定的和緩作用，其中CeO2的多少直接關(guān)系著催化性能。若將Zr4+置于CeO2晶格里，不僅能使CeO2的性能變得穩(wěn)定，還能避免燒結(jié)中出現(xiàn)晶粒過(guò)大的情況。鈰鋯固溶體參比氧傳感器則是在氧傳感器中充分運(yùn)用CeO2- ZrO2固溶體的高儲(chǔ)氧性能作為固體氧來(lái)代替空氣中的氧研發(fā)出的氧傳感器，從而解決了傳統(tǒng)型氧傳感器的高造價(jià)、難工序等困難。此外，還有SnO2-TiO2固溶體、Cu-Mn-Ce-O 固溶體以及在TiO2中加入SnO2所形成的固溶體等，都可以用來(lái)作為催化劑使用。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，在二十一世紀(jì)初時(shí)，一些專家學(xué)者發(fā)現(xiàn)了Ga-N-ZnO固溶體屬于一種新型的催化劑，其不但具備了可見光響應(yīng)的特點(diǎn)，同時(shí)還能夠繼續(xù)水解水產(chǎn)氫制氧，進(jìn)而打開了一條新的道路，可以促進(jìn)光解水制氫材料的發(fā)展。

2.2對(duì)晶格的影響

Al2TiO5是一種集低熱膨脹系數(shù)和高熔點(diǎn)為一體，有隔熱性好、耐高溫和高抗熱震等特點(diǎn)的新型材料。若將Al2TiO5加熱其800℃- 1300 ℃，它便會(huì)分解成氧化物。也正是因?yàn)檫@一缺點(diǎn)，使它的應(yīng)用范圍受限。但如若在未穩(wěn)定化的Al2TiO5中引入Fe2O、MgO，調(diào)整原料的配比并控制煅燒條件，F(xiàn)e2O和MgO便能同Al2TiO5反應(yīng)能形成晶格穩(wěn)定的固溶體，從而能抑制Al2TiO5的熱分解。而鋯鈦酸鉛壓電陶瓷具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，是PbZrO3和PbTiO3的固溶體，PbZrO3和PbTiO3空間點(diǎn)陣形式相似。二者中的Zr4+、Ti4+屬同一副族，便能常溫下生成晶格穩(wěn)定、壓電性能等都顯著提高的Pb（ ZrxTi1 - x） O3，x = 0.1 - 0.3固溶體。

2.3作為載體使用

固溶體因其良好的儲(chǔ)氧能力和熱穩(wěn)定性，成為了研究焦點(diǎn)，被廣泛的運(yùn)用于催化劑領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用中，它是一種載體，可以被運(yùn)用于汽車尾氣中，成為汽車尾氣的催化劑。如，在CeO2中摻加Zr4+，形成Ceria-Zirconia固溶體，可以改變CeO2的特性。且原料的廉價(jià)性和水溶性無(wú)機(jī)鹽的特性，使CeO2和ZrO2分布均勻，形成固溶體，并能作為F-T反應(yīng)催化劑載體。當(dāng)固溶體運(yùn)用在對(duì)汽車尾氣進(jìn)行催化時(shí)，只是單純地作為汽車尾氣凈化的助劑或者是凈化催化劑載體，而不會(huì)被當(dāng)作活性組分來(lái)使用。其具備了良好的儲(chǔ)氧功能，并且熱穩(wěn)定性十分優(yōu)秀，所以成為了當(dāng)前催化劑領(lǐng)域中的重點(diǎn)研究對(duì)象。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)固溶體理論的充分研究，對(duì)材料特性的深入探索，使得的固溶體在改善材料性能方面做出了巨大的貢獻(xiàn)，并在無(wú)機(jī)非金屬材料應(yīng)用中獲得了廣闊的發(fā)展空間，滿足了社會(huì)經(jīng)濟(jì)形式大發(fā)展下社會(huì)對(duì)新型材料的需求。因而，加強(qiáng)對(duì)固溶體的探索工作，開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)固溶體在未來(lái)社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮舉足輕重的作用有著重要意義。

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