Kĩ thuật thủy nhiệt dựa trên phản ứng hóa học xảy ra với sự có mặt của một dung môi thích hợp (thường là nước) ở nhiệt độ thường, áp suất cao (trên 1 atm) trong một hệ thống kín [6, 15]. Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi để chế tạo các hạt có kích thước nhỏ trong công nghiệp nuôi đơn tinh thể thạch anh, các gốm alumosilicat, các volframat,…[22]. Nguyên tắc của phương pháp thuỷ nhiệt là dựa trên sự hoà tan trong nước của các chất tham gia
phản ứng ở nhiệt độ cao (hơn 1000C) và áp suất (lớn hơn 1atm) trong hệ kín [22]. Khi nhiệt độ tăng, các tiền chất liên tục bị hoà tan, khiến cho nồng độ của chúng trong hỗn hợp lỏng ngày càng tăng lên và phản ứng hoá học xảy ra dễ dàng hơn. Các phần tử cấu thành nên trong dung dịch ở giai đoạn này có kích thước nhỏ hơn tiền chất ban đầu. Sau đó, hạ nhiệt độ sẽ xảy ra phản ứng ngưng tụ tạo thành chất mới. Sự tạo thành các chất mới này phụ thuộc rất nhiều vào tỷ lệ các chất phản ứng, lượng nước dùng, các tiền chất, nhiệt độ, áp suất… Vật liệu chế tạo có thể được khống chế kích thước và hình thái học bằng cách thay đổi các điều kiện của dung dịch như pH, lực ion, nồng độ chất hoạt động bề mặt, nồng độ cation, anion, dung môi [22]. Hình 1.9 là ảnh SEM của các hạt nano TiO2 chế tạo bằng phương thủy nhiệt sử dụng tổ hợp tiền chất titan butoxit Ti(OBu)4 (Bu = CH2CH2CH2CH3) với các tỷ lệ khác nhau của dung dịch HF và H2O2 [23].
Hình 1.9: Ảnh SEM của các hạt nano TiO2 chế tạo bằng phương thủy nhiệt
sử dụng tổ hợp tiền chất titan butoxit Ti(OBu)4 (Bu = CH2CH2CH2CH3)
với các tỷ lệ khác nhau của dung dịch HF và H2O2 [23]
(A) 1,0 ml của dung dịch HF;
(C) 0,5 mlcủa dung dịch HF và 6.0 ml của dung dịch H2O2; (D) 6,0 ml của dung dịch H2O2.
Ưu điểm của phương pháp thủy nhiệt là dễ dàng khống chế được kích thước và hình thái học của vật liệu chế tạo bằng cách thay đổi các điều kiện chế tạo [6]. Ngoài ra, nó cho phép chế tạo trực tiếp được các vật liệu với pha tinh thể mong muốn ở nhiệt độ thấp (có thể chế tạo bột siêu mịn với sự phân bố kích thước nhỏ, hạn chế được bước nung ủ cần có như trong quá trình sol-gel). Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp là thời gian phản ứng dài, thiết bị cho phản ứng đòi hỏi phải làm bằng vật liệu đặc biệt, bền vững ở nhiệt độ và áp suất cao, không gỉ mòn và không có tác dụng với dung dịch tiền chất hóa học nên giá thành cao. Ngoài ra một số tiền chất khá độc hại, nguy hiểm nên rất cần chú ý khi vận hành để đảm bảo an toàn.