关于固溶体在无机非金属材料中应用的方法创新

　0 前言
　　随着科学的不断进步，新技术开始在各个领域中应用，尤其是进入21世纪以来，新的技术更是如雨后初笋般出现，我们常听到的如纳米材料的应用、超导材料的发现、新能源的研究以及光电子材料的技术发展等一系列新技术和新材料。这对我国的新材料工业来说是一次重大的发展机遇，如果能抓住这次新材料机遇，我国的工业生产将会有一个新的突破。随着固溶物的应用和发展，固溶物的应用和研究越来越广，尤其是近些年来在无机非技术材料中的应用，在制备无机非金属材料中，在材料制备过程中，通过对其内部掺杂杂质、改变压力等一系列条件，来使得非金属材料的性质发生改变，从而赋予非金属材料新的特性。
　　1 固溶物简介
　　在溶液中将溶质进行溶解后，理化性质受到微量溶质的决定形成的产物为固溶体。固溶体有很多分类，一般我们根据外来的组元在固溶体中主晶相的固溶度分类，将固溶体分为有限型和连续型两种；按照外来组元在固溶体主晶相的位置分类，可以分成间隙固溶体和置换固溶体；而若按照相图中固溶体所处的位置，则可以分成中间固溶体和端部固溶体两部分。在固溶体的制备方法中，一般常用的有沉淀法、电泳法、溶胶法以及络合法等一系列传统的方法，在最近几年，新兴了一些固溶体的制备方法，但是这些技术和方法还不是很成熟，因此在实际的生产过程中应用较少。这表明固溶体在非金属材料中的应用还有很大的空间去探求，非金属材料制备在固溶体中还有很长一段路要走。
　　2 固溶体的特性
　　固溶体的特性一般主要是由固溶物的组成物来决定的，在近些年的无机非金属材料的制备中，在固溶体中掺杂一些性质独特的物质来改变固溶体本身存在的特性，改变固溶体原有的属性。在固溶体中，加入一些稀有元素，会将该元素的特性延伸到固溶体中，会大大提升固溶体的属性。现在一些学者将稀有金属添加到固溶体中，钛使用用最广的一种，钛由于具有密度小，质轻，机械强度高、耐腐蚀、耐酸、耐碱等一系列性能，因此在固溶体中被广泛的应用，掺入钛的固溶体也会具备钛原有的一些属性，使得固溶体的性能得到进一步的加强。还有一些将硅、铝以及石墨加入到固溶体中，让固溶体拥有它们的属性，为非金属材料的制备提供更好的固溶体。
　　3 固溶体在无机非金属材料中的应用
　　随着对固溶体的研究越来越多，因此固溶体的应用也越来越广泛，近些年，固溶体开始在无机非金属材料中广泛应用。
　　3.1 固溶体作为催化剂
　　在我国，一些研究人员通过将CeO2和ZrO2进行固溶作用，得到了一种新的铈锆氧化物的固溶体，由于之前的二氧化铈是非常好的催化剂，在生物陶瓷材料的制备、燃料电池的电极的生产中都被用作催化剂使用，效果很好。这种由两种氧化物固溶形成的固溶体，其既具有Ce的氧化还原性质，在4价的Ce4+氧化为3价的Ce3+时，发生氧化还原时，会对周围的氧浓度产生缓冲的作用，其中的CeO2直接影响的是铈锆氧化物的固溶体的催化活性，在生物陶瓷的制备过程中，加入铈锆氧化物的固溶体，能有效的将Zr4+引入到立方的晶格中去，在烧结的过程中起到催化作用，使得生产出来的生物陶瓷质量高、性能强，具有一些特性。
　　在Mn-Ce-O的复合氧化物中，掺入一些铜粉，形成新的复合氧化物的固溶体，同样可以在催化作用中增强其催化的作用，这是由于在合氧化物—Ce—O三元固溶体中，二价的Cu2+和Mn3+进入到CeO2的晶格中去，使其形成萤石型结构的三元固溶体，这样的催化剂在催化无机非金属材料过程中，提高了氧的活性和吸附能力，提高了固溶体中铜和锰的分散和结合的速度，在无机非金属中会加快化合物表面物质的还原，将催化活性能降到最低，使得生产过程中，无机非金属材料耗能少，降低了成本。
　　还有一种固溶体是将TiO2中将SnO2掺杂进去形成SnO2-TiO2固溶体，主要的结构为金红石，形成的固溶物由于酸性弱，在固溶物的表面会出现含有吸附氧，在晶格中出现晶格氧。在非金属材料的制备中，TiO2会在反应中被SnO2反应分解，将SnO2-TiO2固溶体的比表面积增大到一定程度，将SnO2-TiO2固溶体的催化活性提升，在宽带隙半导体的制备中能连续反应，催化活性很高。
　　3.2 固溶体对晶格的影响
　　在一种发现的钛酸铝固溶体，经过研究和实验，发现钛酸铝具有耐火性、隔热性以及抗震性等一系列优良特点，但是在实际的应用中，发现钛酸铝在高温时，只要温度超过800℃时，就会被分解，在1300℃以下会被分解成金红石和刚玉，这就会让钛酸铝的催化性能降低，不稳定的钛酸铝，要想保证其稳定性，通常会加入一些Fe2O3和MgO，使得钛酸铝形成稳定一点的晶格，有效地抑制钛酸铝固溶体的分解。在无机非金属材料的制备中，钛酸铝固溶物的使用会使得生产的非金属材料压电性稳定、介电常数能够大幅的提升。因此在实际的应用中，钛酸铝固溶体广泛的应用到无机非金属材料的制备中。
　　3.3 固溶体在新型陶瓷中的应用
　　在近些年，一些陶瓷公司开始研究钛硅碳系列的陶瓷，这种新型的陶瓷具备强度高、抗压、抗震、抗氧化等一系列优良特性，在一些陶瓷的制备中，采用氧化锆固溶体进行新型陶瓷的应用，由于氧化锆在高温下的结构不同，在1200℃的温度以下结构为单斜相，而在1200℃到2400℃之间的结构为四方晶相，在2400℃以上的结构将形成立方相。在陶瓷的制备过程中，氧化锆固溶体在立方相结构时最稳定，在陶瓷中主要用于制备耐火陶瓷和隔热陶瓷，因此，在制备这些新型陶瓷中，就要对烧制陶瓷的温度进行严格的控制，防止温度的变化导致氧化锆固溶体的结构发生变化，在研究中一般采用的是溶胶凝胶法将氧化锆固溶体掺杂进陶瓷材料中，但是掺杂的比例也会导致制备的陶瓷性能发生变化，这时将加入一定比例的Pr，加入的Pr会将定形的氧化锆固溶体转化为晶相结构的氧化锆。通过实验研究发现，不同的制备技术、不同的Pr掺杂以及不同的温度，生产的新型陶瓷的兴纸业不相同。
　　4 结

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束语
　　随着科学技术的发展，新型材料将会陆续的发现，新的科学技术也会应用到无机非金属材料的制备中。在实际的应用中，通过化合物的拥有不同的膨化系数来将不同的化合物进行固溶，形成新的固溶物来制备超低膨胀无机材料。调整化合物不同的比例也能生产出不同的热膨胀非金属材料。而在一些传统的氧化铝材料中，通过掺杂一些其他新型的氧化物制备成新的固溶物可以制成颜色不同的人工宝石；在锆钛酸铅加入一些镧系氧化物，就能够生产出透明度很高的压电陶瓷。固溶体的特性经过长时间的研究和分析，相信在未来的无机材料生产中应用会越来越广。固溶体的明天将会越来越好。
　　【参考文献】
　　[1]翟洪祥.原位热压制备Ti3Si0.8Al0.4C1.95固溶体陶瓷[J].稀有金属材料与工程， 2007，36（z1）：23-25。 [2]胡庚申.CeO2基固溶体氧缺位拉曼光谱表征的研究进展[J].物理化学学报，2012，28（5）：43-45.

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