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硅酸锂属于硅酸盐材料,所谓硅酸盐主要是指由Si、O及其它元素(如Al、Ca、K、Na、Li等)组合而成的化合物。 硅酸盐结构中一般都含有硅氧四面体结构,这些四面体以不同的方式连接(如单链状、双链、架状或岛状)形成不同结构的硅酸盐物质。硅酸锂是由金属锂和硅酸反应而生成的一系列化合物,主要分为一硅酸锂(Li8SiO6、Li4SiO4、Li2SiO3)、二硅酸锂(Li6Si2O7、Li2Si2O5)和五硅酸锂(Li2Si5O11)。除此之外,多硅酸锂的水溶液也叫锂水玻璃,也简称为硅酸锂。硅酸锂材料具有很多优异性能,如良好的氚溶解性、机械性能、物理化学稳定性,以及与结构材料的兼容性等,因此用途广泛。如;作为涂料基料,可用于船舶、海上工程以及建筑材料涂料等;作为表面处理剂,可使用于工艺品的保光、装饰品、收音机、塑料薄膜等;作为粘合剂,可用于石棉、玻璃、电视荧光粉、木材和汽车离合器等。特别值得注意的是:近年来,硅酸锂材料在新能源、环保等领域方面具有潜在的应用前景,如:可用在锂离子电池材料、CO2 吸附材料,以及核增值反应堆材料等,受到更加广泛的关注。在这些新的应用中,Li4SiO4、Li2SiO3是研究最多的两种。目前,美国、日本在硅酸锂的研究和制造技术领域处于国际较好地位,而我国在这方面的工作才刚刚起步。
溶胶-凝胶法是一种常见的液相合成粉体的方法,这种方法具有很多优点, 如反应物可以在分子水平上均匀混合、反应温度较低、反应容易进行等。因此在硅酸锂粉体的制备中也经常采用。人们发现,在制备硅酸锂粉体时,选择适当的原料非常重要。研究发现了溶胶-凝胶法合成硅酸锂材料。以正硅酸乙酯为硅源,氢氧化锂和乙醇锂为锂源,按照不同的Li/Si比合成硅酸锂粉体,结果发现:当采用乙醇锂为锂源时,Li/Si=2时,产物中含有94%的Li2SiO3和6%的Li2Si2O5 相;而氢氧化锂为锂源时,当 Li/Si=2时产物中也仅有55%的Li2SiO3,并未得到纯的Li2SiO3相。研究发现以碳酸锂和TEOS为原料,用溶胶-凝胶法在 650~700℃下分别合成了纯的Li2SiO3、Li2Si2O5和Li4SiO4粉体。利用TEOS和乙醇锂为原料,并以醇水混合液为溶剂,在40℃条件下用溶胶-凝胶法合成出纯的粒径仅为5nm~10nm的Li2SiO3粉体。结果表明:在40℃时,所得的纳米Li2S iO3粉体的热稳定性很好,温度升高到850℃也未发生相变。
虽然硅酸锂在传统领域的应用已比较广泛, 但目前人们对硅酸锂的制备技术、性能研究都还十分有限,远远不能满足新能源、环保等方面的需求。随着人们对能源危机、温室效应等“世纪问题”的关注度不断提高,硅酸锂材料在未来几年将会有较大的发展。