اتوکلاو هیدروترمال

سنتز هیدروترمال

سنتز هیدروترمال شامل تکنیک های مختلف تبلور مواد از محلول های آبی با دمای بالا در فشار بخار بالا (در اتوکلاو هیدروترمال) است. اصطلاح “هیدروترمال” منشاء زمین شناسی دارد. زمین‌شناسان و کانی‌شناسان از ابتدای قرن بیستم به بررسی تعادل فازهای هیدروترمال پرداخته‌اند. جورج دبلیو موری در موسسه کارنگی و بعداً ، پرسی دبلیو بریجمن در دانشگاه هاروارد کارهای بسیاری انجام دادند تا اصول لازم برای مهار محیط‌های واکنشی در محدوده دما و فشار که سنتز هیدروترمال انجام می شود را پایه‌ریزی کنند.

سنتز هیدروترمال را می‌توان به عنوان روش سنتز تک کریستال‌ها تعریف کرد که به حلالیت مواد معدنی در آب گرم تحت فشار بالا بستگی دارد. رشد کریستال در دستگاهی متشکل از یک مخزن فشار فولادی به نام اتوکلاو صنعتی انجام می‌شود که در آن مواد مغذی به همراه آب تأمین می‌شود. یک گرادیان دما بین دو انتهای مخالف محفظه رشد، حفظ می‌شود. در انتهای گرمتر، املاح مغذی حل می‌شود، در حالی که در انتهای سردتر بر روی دانه کریستال رسوب کرده و کریستال مورد نظر را رشد می دهد. (شکل1: کریستال کوارتز مصنوعی که با سنتز هیدروترمال تولید شده است.)

شکل1: کریستال کوارتز مصنوعی که با سنتز هیدروترمال تولید شده است./ اتوکلاو هیدروترمال — شکل1: کریستال کوارتز مصنوعی که با سنتز هیدروترمال تولید شده است.

مزایا و معایت سنتز هیدروترمال

از مزایای روش هیدروترمال نسبت به سایر روش‌های رشد بلورها می توان به ایجاد فازهای کریستالی اشاره کرد که در نقطه ذوب پایدار نیستند. همچنین، موادی که فشار بخار بالایی در نزدیکی نقطه ذوب خود دارند، می‌توانند با روش هیدروترمال رشد داده شوند. این روش همچنین برای رشد بلورهای بزرگ با کیفیت خوب و در عین حال کنترل بر ترکیب آنها مناسب است. معایب این روش شامل نیاز به اتوکلاوهای گران‌قیمت و عدم امکان مشاهده کریستال در هنگام رشد در صورت استفاده از لوله فولادی است. اتوکلاوهایی ساخته شده از شیشه های ضخیم با دیواره ساخته شده است که تا 300 درجه سانتی گراد و 10 بار قابل استفاده است.اتوکلاوهایی لیوانی‌شکل با دیواره ضخیم ساخته‌شده‌است. این اتوکلاوها تا 300 درجه سانتی گراد و 10 بار قابل استفاده‌اند.

آشنایی با اتوکلاو هیدروترمال

استفاده از اتوکلاو هیدروترمال برای انجام واکنش هیدروترمال در فشار و دمای بالا، که از حالت گرمایش خارجی استفاده می‌کند. این تجهیز نوعی محفظه بسته برای حل کردن مواد نسوز است. راکتور هیدروترمال عمدتاً از دو قسمت پوسته فولادی ضد زنگ بیرونی و روکش داخلی PTFE یا محفظه PPL تشکیل شده است. در حجم‌های مختلف از 20 میلی‌لیتر تا 500 میلی‌لیتر استفاده می‌شود(شکل2).