無機非金屬材料中固溶體的運用研究

周兆雄

摘要：本文主要以無機非金屬材料中固溶體的運用作為研究論點，先分析固溶體的性能，然后對無機非金屬材料中固溶體的運用進行詳細(xì)論述，主要包括載體運用、催化劑應(yīng)用、對晶體的影響、新型陶瓷，旨在充分發(fā)揮出固溶體在無機非金屬材料中的應(yīng)用優(yōu)勢，將固溶體的性能充分發(fā)揮出來，并將固溶體的運用范圍拓展開來。

關(guān)鍵詞：無機非金屬材料;固溶體;運用

對于無機非金屬材料來說，在制備環(huán)節(jié)中，缺陷問題極容易出現(xiàn)在材料內(nèi)部，從而導(dǎo)致固溶體的形成。分析固溶體形成的方式，溫度控制、壓力控制等比較常見，通過材料性質(zhì)的改變，以此來賦予材料新的性能。同時在固溶體制備方法中，氧化物高能球磨方式、表面活性劑模板方式等得到了廣泛應(yīng)用?？偠灾跓o機非金屬材料中，固溶體材料發(fā)揮著不可比擬的作用和優(yōu)勢，值得進行廣泛應(yīng)用與推廣。

一、固溶體的性能分析

對于固溶體來說，主要是指溶劑中的溶質(zhì)溶解后所得的產(chǎn)物。在理化性質(zhì)方面，微量的溶解的作用顯著。固溶體在主晶中的位置，應(yīng)密切聯(lián)系外來的組元，并對置換固溶體、間隙固溶體進行分類，分析外來組元在主晶相中的固溶度程度，連續(xù)型固溶體、有限型固溶體為重要的劃分內(nèi)容?，F(xiàn)分析其性能：

首先，固溶強化。如果溶質(zhì)元素含量并不高，固溶體性能和溶劑金屬性能的差異性比較小。但是如果溶質(zhì)元素的增加明顯，會不斷強化金屬硬度和強度，且不斷降低韌性和塑性，即固溶強化。針對于置換固溶體等，其固溶強化現(xiàn)象突出。加強溶質(zhì)含量的控制，可以促使固溶體硬度、強度的提升，并將其韌性和塑性充分發(fā)揮出來。由此可見，固溶體的力學(xué)性能不容忽視，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

其次，電性能。在溶質(zhì)含量不斷變化的影響下，會促使固溶體電性能變化越來越明顯，但是在相界中，突變現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。針對于PbZrO3、PbTiO3，分別作為反鐵電體、鐵電體，其化合物結(jié)構(gòu)比較相似【1】，Zr4+和Ti4+尺寸有著較近的相似度，所以有助于連續(xù)固溶體的產(chǎn)生。在其成分不斷變化的推動下，其晶體結(jié)構(gòu)的差異性會越來越大。PbZrO3、PbTiO3體系的等價置換，可以為固溶體結(jié)構(gòu)的形成奠定良好的基礎(chǔ)，不僅可以將電場的平衡性發(fā)揮出來，而且還可以防止電導(dǎo)出現(xiàn)異常，避免使介電性發(fā)生改變。

二、無機非金屬材料中固溶體的具體應(yīng)用

（一）載體運用

對于載體現(xiàn)象來說，在汽車尾氣中經(jīng)常發(fā)生，同時也是重要的催化劑之一。在CeO2中摻雜Zr4+形成Cexzr1-O2，可以使得CeO2到改善，而且在實際應(yīng)用方面，不僅在汽車尾氣催化劑載體中起到了重要的作用，同時其貯氧能力也比較強，其熱穩(wěn)定性能突出，所以在催化劑領(lǐng)域中具有較強的影響力。借助助劑組分和載體組分的應(yīng)用，有助于促使固溶體的形成，在助劑的組分分布方面，其均勻性特點顯著，而且載體組分也具有較高的均勻性。

（二）催化劑應(yīng)用

首先，鈰鋯氧化物。針對于二氧化鈰，不僅屬于重要的催化劑之一，而且也具有促進劑的作用。在實際應(yīng)用方面，汽車尾氣催化劑、氧氣傳感器等比較常見。對于CeO2-ZrO2這一固溶體來說，在甲烷燃燒時，其催化性顯著，且穩(wěn)定性也比較強。鈰鋯氧化物固溶液，由于Ce，Ce4+的氧化還原性能優(yōu)勢，在向Ce3+轉(zhuǎn)化時，產(chǎn)生的氧可以為CH4的氧化創(chuàng)造有利條件，而且在轉(zhuǎn)化過程中，Ce3+和Ce4+具有交替的趨向，而且還可以將緩沖作用發(fā)揮在氧濃度的變化之中。

其次，三元固溶液。在銅摻雜Mn-Ce-O復(fù)合物實驗中，可以將Cu2+和CeO2的晶格結(jié)合在一起，而且Mn3+和CeO2的晶格也具有較強的結(jié)合優(yōu)勢，促使CeO2復(fù)合物的生成，即三元固溶液（Cu-Mn-Ce-O）【2】。固溶體的生成，可以使氧的吸附能力得到提升，并給予活化的能力一定的保證，此外，還可以有效提高催化劑中錳的分散程度，發(fā)揮出復(fù)合氧化物氧還原的促進作用。

最后，SnO2-TiO2固溶體。SnO2在TiO2中的添加，有助于固溶體的形成，其中，紅金石結(jié)構(gòu)比較常見，但是其酸性并不明顯，表面不僅具有吸附氧的作用，而且晶格氧也得到了充分體現(xiàn)。通過集中整合SnO2和TiO2，SnO2具有分散比較純相的TiO2的作用，促使催化劑活性的提升。

（三）對晶格的影響

針對于鈦酸鋁，具有較強的抗熱震動性能、耐火性能等，處于750℃～1300℃之間，可以促使剛玉、金紅石的分解，但是會對鈦酸鋁的應(yīng)用造成影響。在鈦酸鋁穩(wěn)定性不足的影響下，應(yīng)積極引入三氧化二鐵和氧化鎂，并與鈦酸鋁的結(jié)合，確保固溶體的連續(xù)性，旨在將晶格的穩(wěn)定性發(fā)揮出來，同時有效限制鈦酸鋁的熱分解。

（四）新型陶瓷

在陶瓷產(chǎn)品不斷應(yīng)用過程中，工業(yè)陶瓷的需求量越來越龐大化。對于陶瓷企業(yè)來說，出自于滿足市場需求的角度，對鈦硅碳系列的新型陶瓷進行積極研發(fā)。針對于該陶瓷，在抗氧化、高強度、抗壓等方面發(fā)揮著重要的作用。在新型陶瓷制造方面，氧化鈰固溶體可以不斷提升陶瓷的性能水平。通常來說，氧化鈰固溶體如果大于2400°，屬于立方相結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性較強，在燒制陶瓷過程中，對于溫度控制的要求較高，實現(xiàn)氧化鈰固溶體的晶相結(jié)構(gòu)向立方相結(jié)構(gòu)的順利轉(zhuǎn)化，為隔熱陶瓷和耐火陶瓷制造創(chuàng)造有利條件。

三、結(jié)語

通過本文研究論述，在新型材料不斷發(fā)展的推動下，固溶體的理論的應(yīng)用價值越來越凸顯。其中，在氧化鋁中，其他的一些氧化物的摻雜，可以為不同顏色各類寶石制品的制作提供便捷，并實現(xiàn)外界環(huán)境的有效利用，借助摻雜雜質(zhì)的方式，合理改變材料的結(jié)構(gòu)，將固溶體的某些特殊性能充分展現(xiàn)出來，并與實際應(yīng)用需求相符。

參考文獻：

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[2] 寇明璞、鄧宇、張如夢、王麗、Po， Keung， Wong，蘇鳳云，葉立群. 利用固溶體和異質(zhì)結(jié)的協(xié)同效應(yīng)增強BiOBr_（0.5）I_（0.5）/BiOI分子氧活化能力光催化去除NO（英文）[J]. Chinese Journal of Catalysis， 2020， v.41（10）：75-82.