【摘 要】改革開放以來(lái)，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，新材料、新技術(shù)不斷發(fā)現(xiàn)和研究，而在這些新材料中，固溶物在一些非金屬材料中的應(yīng)用非常廣泛，并且發(fā)展的前途很好。固溶物在工程陶瓷等非技術(shù)材料的制備過(guò)程中作為催化劑，能大大提高非金屬材料的性能和產(chǎn)量。在一些非金屬制備中通過(guò)一些固溶體的摻入，會(huì)在根本上改變無(wú)機(jī)材料的性質(zhì)，生產(chǎn)出性能好的新型材料，因此在以后的非金屬材料制備中的應(yīng)用越來(lái)越重要。本文主要對(duì)固溶物的特點(diǎn)、性質(zhì)及在非金屬材料中的應(yīng)用進(jìn)行一些研究和分析。

【關(guān)鍵詞】固溶物；無(wú)機(jī)非金屬；非金屬材料；應(yīng)用與研究

0 前言

隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，新技術(shù)開始在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，新的技術(shù)更是如雨后初筍般出現(xiàn)，我們常聽到的如納米材料的應(yīng)用、超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)、新能源的研究以及光電子材料的技術(shù)發(fā)展等一系列新技術(shù)和新材料。這對(duì)我國(guó)的新材料工業(yè)來(lái)說(shuō)是一次重大的發(fā)展機(jī)遇，如果能抓住這次新材料機(jī)遇，我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)將會(huì)有一個(gè)新的突破。隨著固溶物的應(yīng)用和發(fā)展，固溶物的應(yīng)用和研究越來(lái)越廣，尤其是近些年來(lái)在無(wú)機(jī)非技術(shù)材料中的應(yīng)用，在制備無(wú)機(jī)非金屬材料中，在材料制備過(guò)程中，通過(guò)對(duì)其內(nèi)部摻雜雜質(zhì)、改變壓力等一系列條件，來(lái)使得非金屬材料的性質(zhì)發(fā)生改變，從而賦予非金屬材料新的特性。

1 固溶物簡(jiǎn)介

在溶液中將溶質(zhì)進(jìn)行溶解后，理化性質(zhì)受到微量溶質(zhì)的決定形成的產(chǎn)物為固溶體。固溶體有很多分類，一般我們根據(jù)外來(lái)的組元在固溶體中主晶相的固溶度分類，將固溶體分為有限型和連續(xù)型兩種；按照外來(lái)組元在固溶體主晶相的位置分類，可以分成間隙固溶體和置換固溶體；而若按照相圖中固溶體所處的位置，則可以分成中間固溶體和端部固溶體兩部分。在固溶體的制備方法中，一般常用的有沉淀法、電泳法、溶膠法以及絡(luò)合法等一系列傳統(tǒng)的方法，在最近幾年，新興了一些固溶體的制備方法，但是這些技術(shù)和方法還不是很成熟，因此在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用較少。這表明固溶體在非金屬材料中的應(yīng)用還有很大的空間去探求，非金屬材料制備在固溶體中還有很長(zhǎng)一段路要走。

2 固溶體的特性

固溶體的特性一般主要是由固溶物的組成物來(lái)決定的，在近些年的無(wú)機(jī)非金屬材料的制備中，在固溶體中摻雜一些性質(zhì)獨(dú)特的物質(zhì)來(lái)改變固溶體本身存在的特性，改變固溶體原有的屬性。在固溶體中，加入一些稀有元素，會(huì)將該元素的特性延伸到固溶體中，會(huì)大大提升固溶體的屬性?，F(xiàn)在一些學(xué)者將稀有金屬添加到固溶體中，鈦使用用最廣的一種，鈦由于具有密度小，質(zhì)輕，機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐酸、耐堿等一系列性能，因此在固溶體中被廣泛的應(yīng)用，摻入鈦的固溶體也會(huì)具備鈦原有的一些屬性，使得固溶體的性能得到進(jìn)一步的加強(qiáng)。還有一些將硅、鋁以及石墨加入到固溶體中，讓固溶體擁有它們的屬性，為非金屬材料的制備提供更好的固溶體。

3 固溶體在無(wú)機(jī)非金屬材料中的應(yīng)用

隨著對(duì)固溶體的研究越來(lái)越多，因此固溶體的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，近些年，固溶體開始在無(wú)機(jī)非金屬材料中廣泛應(yīng)用。

3.1 固溶體作為催化劑

在我國(guó)，一些研究人員通過(guò)將CeO2和ZrO2進(jìn)行固溶作用，得到了一種新的鈰鋯氧化物的固溶體，由于之前的二氧化鈰是非常好的催化劑，在生物陶瓷材料的制備、燃料電池的電極的生產(chǎn)中都被用作催化劑使用，效果很好。這種由兩種氧化物固溶形成的固溶體，其既具有Ce的氧化還原性質(zhì)，在4價(jià)的Ce4+氧化為3價(jià)的Ce3+時(shí)，發(fā)生氧化還原時(shí)，會(huì)對(duì)周圍的氧濃度產(chǎn)生緩沖的作用，其中的CeO2直接影響的是鈰鋯氧化物的固溶體的催化活性，在生物陶瓷的制備過(guò)程中，加入鈰鋯氧化物的固溶體，能有效的將Zr4+引入到立方的晶格中去，在燒結(jié)的過(guò)程中起到催化作用，使得生產(chǎn)出來(lái)的生物陶瓷質(zhì)量高、性能強(qiáng)，具有一些特性。

在Mn-Ce-O的復(fù)合氧化物中，摻入一些銅粉，形成新的復(fù)合氧化物的固溶體，同樣可以在催化作用中增強(qiáng)其催化的作用，這是由于在合氧化物Cu.Mn—Ce—O三元固溶體中，二價(jià)的Cu2+和Mn3+進(jìn)入到CeO2的晶格中去，使其形成螢石型結(jié)構(gòu)的三元固溶體，這樣的催化劑在催化無(wú)機(jī)非金屬材料過(guò)程中，提高了氧的活性和吸附能力，提高了固溶體中銅和錳的分散和結(jié)合的速度，在無(wú)機(jī)非金屬中會(huì)加快化合物表面物質(zhì)的還原，將催化活性能降到最低，使得生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)機(jī)非金屬材料耗能少，降低了成本。

還有一種固溶體是將TiO2中將SnO2摻雜進(jìn)去形成SnO2-TiO2固溶體，主要的結(jié)構(gòu)為金紅石，形成的固溶物由于酸性弱，在固溶物的表面會(huì)出現(xiàn)含有吸附氧，在晶格中出現(xiàn)晶格氧。在非金屬材料的制備中，TiO2會(huì)在反應(yīng)中被SnO2反應(yīng)分解，將SnO2-TiO2固溶體的比表面積增大到一定程度，將SnO2-TiO2固溶體的催化活性提升，在寬帶隙半導(dǎo)體的制備中能連續(xù)反應(yīng)，催化活性很高。

3.2 固溶體對(duì)晶格的影響

在一種發(fā)現(xiàn)的鈦酸鋁固溶體，經(jīng)過(guò)研究和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鈦酸鋁具有耐火性、隔熱性以及抗震性等一系列優(yōu)良特點(diǎn)，但是在實(shí)際的應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)鈦酸鋁在高溫時(shí)，只要溫度超過(guò)800℃時(shí)，就會(huì)被分解，在1300℃以下會(huì)被分解成金紅石和剛玉，這就會(huì)讓鈦酸鋁的催化性能降低，不穩(wěn)定的鈦酸鋁，要想保證其穩(wěn)定性，通常會(huì)加入一些Fe2O3和MgO，使得鈦酸鋁形成穩(wěn)定一點(diǎn)的晶格，有效地抑制鈦酸鋁固溶體的分解。在無(wú)機(jī)非金屬材料的制備中，鈦酸鋁固溶物的使用會(huì)使得生產(chǎn)的非金屬材料壓電性穩(wěn)定、介電常數(shù)能夠大幅的提升。因此在實(shí)際的應(yīng)用中，鈦酸鋁固溶體廣泛的應(yīng)用到無(wú)機(jī)非金屬材料的制備中。

3.3 固溶體在新型陶瓷中的應(yīng)用

在近些年，一些陶瓷公司開始研究鈦硅碳系列的陶瓷，這種新型的陶瓷具備強(qiáng)度高、抗壓、抗震、抗氧化等一系列優(yōu)良特性，在一些陶瓷的制備中，采用氧化鋯固溶體進(jìn)行新型陶瓷的應(yīng)用，由于氧化鋯在高溫下的結(jié)構(gòu)不同，在1200℃的溫度以下結(jié)構(gòu)為單斜相，而在1200℃到2400℃之間的結(jié)構(gòu)為四方晶相，在2400℃以上的結(jié)構(gòu)將形成立方相。在陶瓷的制備過(guò)程中，氧化鋯固溶體在立方相結(jié)構(gòu)時(shí)最穩(wěn)定，在陶瓷中主要用于制備耐火陶瓷和隔熱陶瓷，因此，在制備這些新型陶瓷中，就要對(duì)燒制陶瓷的溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，防止溫度的變化導(dǎo)致氧化鋯固溶體的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在研究中一般采用的是溶膠凝膠法將氧化鋯固溶體摻雜進(jìn)陶瓷材料中，但是摻雜的比例也會(huì)導(dǎo)致制備的陶瓷性能發(fā)生變化，這時(shí)將加入一定比例的Pr，加入的Pr會(huì)將定形的氧化鋯固溶體轉(zhuǎn)化為晶相結(jié)構(gòu)的氧化鋯。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，不同的制備技術(shù)、不同的Pr摻雜以及不同的溫度，生產(chǎn)的新型陶瓷的興紙業(yè)不相同。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型材料將會(huì)陸續(xù)的發(fā)現(xiàn)，新的科學(xué)技術(shù)也會(huì)應(yīng)用到無(wú)機(jī)非金屬材料的制備中。在實(shí)際的應(yīng)用中，通過(guò)化合物的擁有不同的膨化系數(shù)來(lái)將不同的化合物進(jìn)行固溶，形成新的固溶物來(lái)制備超低膨脹無(wú)機(jī)材料。調(diào)整化合物不同的比例也能生產(chǎn)出不同的熱膨脹非金屬材料。而在一些傳統(tǒng)的氧化鋁材料中，通過(guò)摻雜一些其他新型的氧化物制備成新的固溶物可以制成顏色不同的人工寶石；在鋯鈦酸鉛加入一些鑭系氧化物，就能夠生產(chǎn)出透明度很高的壓電陶瓷。固溶體的特性經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究和分析，相信在未來(lái)的無(wú)機(jī)材料生產(chǎn)中應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣。固溶體的明天將會(huì)越來(lái)越好。

【參考文獻(xiàn)】

[1]翟洪祥.原位熱壓制備Ti3Si0.8Al0.4C1.95固溶體陶瓷[J].稀有金屬材料與工程， 2007，36（z1）：23-25。 [2]胡庚申.CeO2基固溶體氧缺位拉曼光譜表征的研究進(jìn)展[J].物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2012，28（5）：43-45.

[3]徐順建.無(wú)機(jī)非金屬新材料科技與產(chǎn)業(yè)概況及發(fā)展趨勢(shì)[J].新余高專學(xué)報(bào)，2010，15（5）：21-22.

[責(zé)任編輯：劉帥]