微波场中纳米氧化物的溶液燃烧合成过程及机理研究

Process and mechanism of microwave-induced solution combustion synthesis of nanocrystalline oxides will be studied. Dynamics and thermodynamics models of precursor solution combustion synthesis in microwave field will be established. The principle of microwave transmission and absorption in precursor solution will be investigated. Numerical simulation of the law and the characteristic of temperature distribution will be given. The effects of microwave on solution combustion synthesis process and the microstructure and properties of products will be investigated. The mechanisms of microwave heating and microwave-induced solution combustion synthesis in precursor solution will be proposed. On these bases, we can further improve the tranditional solution combustion synthesis using heating effects and nonthermal effects of microwave and give a technical guidance in preparation of excellent nanocrystalline oxides. On the other hand, it can further enrich fundamental theory of microwave chemistry and provide a necessary theoretical foundation to make full use of microwave.

开展微波作用下纳米氧化物的溶液燃烧合成过程和机理的研究，建立微波场中前驱体溶液的燃烧合成反应热力学和动力学模型，研究微波在前驱体溶液中的传输和吸收规律，数值模拟微波作用下前驱体溶液的温度分布特点和变化规律，研究微波对溶液燃烧合成过程和合成产物结构、性质的影响，揭示前驱体溶液的微波加热机制以及微波诱发、促进溶液燃烧合成反应的机理。在此基础上，一方面，利用微波的致热效应和非热效应，进一步完善传统的溶液燃烧合成技术，为优质纳米氧化物的燃烧合成提供技术指导；另一方面，进一步丰富微波作用化学的基本理论，为微波作用的充分发挥和合理利用奠定理论基础。

溶液燃烧合成是合成纳米金属氧化物的新技术，但该技术尚存在前驱体溶液的加热存在温度梯度、燃烧合成过程难以控制以及某些多组元复合氧化物难以一步合成等不足。微波既具有清洁、快速、整体、均匀内加热的特点，又可以激发反应物分子的转动和增加分子之间的碰撞频率，在极短的时间内使反应物分子达到活化状态。为此，将微波与溶液燃烧合成技术结合起来，开展微波场中纳米氧化物的溶液燃烧合成过程及机理的研究。设计并构建了目前国内第一台MZY3000S微波-溶液燃烧合成设备，并以传统溶液燃烧合成技术难以合成的氚增殖材料Li2TiO3为对象，通过对微波作用下前驱体溶液温度场的数值模拟，微波-溶液燃烧合成反应耦合热力学模型的建立以及微波作用下溶液燃烧合成过程中纳米粒子的形核与长大规律的研究，揭示了微波对溶液燃烧合成过程的影响规律和作用机制，实现了对溶液燃烧模式的控制，一步合成了传统溶液燃烧合成技术难以合成的单一纳米材料，进一步完善了传统的溶液燃烧合成技术，为优质纳米氧化物的燃烧合成提供了技术指导。