固溶体在无机非金属材料中的应用探究

全小翠

摘 要：随着科技的深入发展，固溶体在无机非金属材料中得到了广泛的应用。本文首先针对固溶体及无机非金属材料的概念进行了分析，然后结合当下的实际情况，研究了固溶体在催化剂中的应用、固溶体作为载体及其对晶格的影响，对这些方面进行了探讨，以期为固溶体在无机非金属材料中的实际应用和研究发展提供参考。

关键词：固溶体；无机非金属材料；应用

引言

近年来，新材料异军突起，并被广泛地应用于诸多领域，但在发展机遇下，仍会面临难以突破的技术问题。固溶体便成为了改善新材料性能的万能宝，特别是在无机非金属材料的应用中，其理论有效的促进了无机非金属材料的发展，为无机非金属材料称霸新材料行业打开了一道门。所以，相关人员需要针对固溶体在无机非金属材料中的实际应用展开科学研究，这对于此二者的发展来说，都具有着极为重要的现实意义

1固溶体及无机非金属材料的概念

1.1固溶体的概念

要研究固溶体以及无机非金属，就必须要对其概念进行了解和把握。固溶体是指矿物离子在结晶构造位置上发生置换后不改变整个晶体结构和对称性，通俗的讲固溶体是一种溶质原子溶解在溶剂晶格中却仍然保持溶剂类型的合金相，其中微量溶质是引起固溶体理化反应的重要因素。固溶体按根据溶质原子在晶格的位置的不同可以分为两类，即间隙固溶体和置换固溶体。按固溶度来分，可分为无线固溶体和有限固溶体两大类；若按溶质原子与溶剂识的相对分布来划分，又可分为有序固溶体和无序固溶体。固溶体的性能包括固溶强化、固溶电性能和固溶热处理。

1.2无机非金属材料的概念

无机非金属材料诞生于无机化学和有机化学工业发展的契机中，是由晶体或非晶体组成，具有导电、导热及机械性能差的非金属性质的材料。有的无机非金属材料甚至可以替代金属材料，是化学工业中不可或缺的材质，是当代完整材料体系中一个重要组成部分。因其优异的性能，在近代工业发展中作用越来越大，用途也随之增加，并形成迅猛发展之势。

2固溶体在无機非金属材料中的应用

将固溶体应用于无机非金属材料中，可通过控制温度、压力和掺杂质等方式在无机非金属材料制备的形成点缺陷而制得，此法改变了材料的性质，并赋予了材料新的功能。当前制备固溶体主要方法有：氧化物高能球磨法、表面活性剂模板法、溶液燃烧法、共沉淀法和络合法等。其具体的应用领域主要包括三种：

2.1将固溶体作为催化剂

例如，CeO2- ZrO2固溶体。CeO2是种铈氧化物，是良好的催化剂，被广泛的置于主要的六大类应用中，第一是汽车尾气催化剂，第二是燃料电池固体电极，第三是生物陶瓷材料，第四是水汽变换反应，第五是氧气传感器，第六是甲烷氧化偶联反应等。且在甲烷燃烧中，其催化性和稳定性的是否良好都取决于CeO2- ZrO2固溶体。CeO2- ZrO2固溶体中的Ce是发生氧化还原的主要因素，氧化CH4都是Ce4+向Ce3+的转变中产生的氧来实现的，二者在转变进程中还能相互产生氧。可是使氧浓度的陡然转变起到一定的和缓作用，其中CeO2的多少直接关系着催化性能。若将Zr4+置于CeO2晶格里，不仅能使CeO2的性能变得稳定，还能避免烧结中出现晶粒过大的情况。铈锆固溶体参比氧传感器则是在氧传感器中充分运用CeO2- ZrO2固溶体的高储氧性能作为固体氧来代替空气中的氧研发出的氧传感器，从而解决了传统型氧传感器的高造价、难工序等困难。此外，还有SnO2-TiO2固溶体、Cu-Mn-Ce-O 固溶体以及在TiO2中加入SnO2所形成的固溶体等，都可以用来作为催化剂使用。

根据相关文献可知，在二十一世纪初时，一些专家学者发现了Ga-N-ZnO固溶体属于一种新型的催化剂，其不但具备了可见光响应的特点，同时还能够继续水解水产氢制氧，进而打开了一条新的道路，可以促进光解水制氢材料的发展。

2.2对晶格的影响

Al2TiO5是一种集低热膨胀系数和高熔点为一体，有隔热性好、耐高温和高抗热震等特点的新型材料。若将Al2TiO5加热其800℃- 1300 ℃，它便会分解成氧化物。也正是因为这一缺点，使它的应用范围受限。但如若在未稳定化的Al2TiO5中引入Fe2O、MgO，调整原料的配比并控制煅烧条件，Fe2O和MgO便能同Al2TiO5反应能形成晶格稳定的固溶体，从而能抑制Al2TiO5的热分解。而锆钛酸铅压电陶瓷具有钙钛矿型结构，是PbZrO3和PbTiO3的固溶体，PbZrO3和PbTiO3空间点阵形式相似。二者中的Zr4+、Ti4+属同一副族，便能常温下生成晶格稳定、压电性能等都显著提高的Pb（ ZrxTi1 - x） O3，x = 0.1 - 0.3固溶体。

2.3作为载体使用

固溶体因其良好的储氧能力和热稳定性，成为了研究焦点，被广泛的运用于催化剂领域。在实际应用中，它是一种载体，可以被运用于汽车尾气中，成为汽车尾气的催化剂。如，在CeO2中掺加Zr4+，形成Ceria-Zirconia固溶体，可以改变CeO2的特性。且原料的廉价性和水溶性无机盐的特性，使CeO2和ZrO2分布均匀，形成固溶体，并能作为F-T反应催化剂载体。当固溶体运用在对汽车尾气进行催化时，只是单纯地作为汽车尾气净化的助剂或者是净化催化剂载体，而不会被当作活性组分来使用。其具备了良好的储氧功能，并且热稳定性十分优秀，所以成为了当前催化剂领域中的重点研究对象。

结语

通过对固溶体理论的充分研究，对材料特性的深入探索，使得的固溶体在改善材料性能方面做出了巨大的贡献，并在无机非金属材料应用中获得了广阔的发展空间，满足了社会经济形式大发展下社会对新型材料的需求。因而，加强对固溶体的探索工作，开发新的应用领域，对固溶体在未来社会发展中发挥举足轻重的作用有着重要意义。

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