Thủy nhiệt là phản ứng hóa học có sự tham gia của nước hay các dung môi khác dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất cao. Theo định nghĩa của Byrappa và Yoshimura, thủy nhiệt chỉ là quá trình hóa học xảy ra trong một
dung dịch (có nước hoặc không có nước) ở nhiệt độ cao và áp suất trên 1 atm. Lúc đó nước thực hiện hai chức năng: thứ nhất vì nó ở trạng thái lỏng hoặc hơi nên đóng chức năng môi trường truyền áp suất, thứ hai nó đóng vai trò như một dung môi có thể hoà tan một phần chất phản ứng dưới áp suất cao, do đó phản ứng được thực hiện trong pha lỏng hoặc có sự tham gia một phần của pha lỏng hoặc pha hơi. Hình 1.9 minh họa một hệ thủy nhiệt trong thực tế.
Hình 1.9: Hệ thủy nhiệt chế tạo mẫu
Phương pháp thuỷ nhiệt là phương pháp được sử dụng rộng rãi để chế tạo các vật liệu oxit. Hiện nay, nhiều nhóm nghiên cứu đã áp dụng phương pháp thuỷ nhiệt để tổng hợp hạt nano TiO2, thanh nano, dây nano TiO2. Hình 1.12 là ảnh SEM của các hạt nano TiO2 chế tạo bằng phương thủy nhiệt sử dụng 15 mg tiền chất TiOSO4 pha loãng trong 500ml nước cất và kết tủa với dung dịch ammonium hydroxide 1M [32].
Hình 1.10: Ảnh HRTEM của các hạt nano TiO2 chế tạo bằng phương thủy nhiệt với tiền chất TiOSO4, NH4OH(a) Hình ảnh mẫu (b), (c) và (d) là các phần mở rộng của ảnh(a) [32]
Ưu điểm của phương pháp thuỷ nhiệt:
- Có thể tổng hợp vật liệu dưới nhiều dạng khác nhau: sợi, màng, hạt, ống nano. - Kỹ thuật đơn giản, thiết bị rẻ tiền so với các phương pháp khác.
- Thời gian tạo mẫu khá nhanh.
- Dễ dàng kiểm soát được thành phần các chất tham gia phản ứng, sản phẩm thu được có độ tinh khiết cao.