水熱合成法

在地球深處，被巨大壓力擠壓的熱水，歷經漫長歲月長出美麗的石英與寶石晶體。水熱合成法（hydrothermal synthesis）在一個密封的鋼瓶裡複製了這個把戲。你把原料與水一起密封在一個厚壁容器裡，稱為高壓釜（autoclave），再加熱到遠高於一般沸點，例如 150 至 250 度 C。因為容器密封，水無法沸騰跑掉；它反而變成高溫、加壓的液體，而在這種狀態下水成為強大得多的溶劑，能溶解、輸送、並重新長出在常溫下絕不會形成的陶瓷化合物。

奧妙之處在於：晶體在不太高的溫度下直接在熱水中形成，因此它們長成外形良好、完全結晶的顆粒，完全不需任何高溫燒製。溶解的物種在熱流體中遷移，沉積到正在成長的晶體上，讓你能藉調整溫度、壓力、時間與添加劑來調控粒徑、甚至顆粒形狀，從立方體到棒狀到片狀。教科書級的例子是鈦酸鋇：在高壓釜中把二氧化鈦與氫氧化鋇在水裡加熱到約 150 至 250 度 C，結晶的 BaTiO3 便直接生成，省去混合氧化物法所需的 1100 度 C 煆燒。沸石、許多陶瓷氧化物奈米粉、乃至電子用的大型合成石英晶體，全都是用水熱法長出來的。

回報是低溫下製成細、結晶、外形良好、且往往高純的粉末，這也意味著顆粒是以鬆散、易碎的團簇形式產出，而非燒硬的塊。誠實的限制很實際。你需要一個壓力容器，因此批量小，放大到噸級成本高，而在高壓下運行熱水是攸關安全的事，需要堅固、耐腐蝕的設備。化學也可能挑剔：最終的相、尺寸與形狀對 pH、填充率與時間極為敏感，因此要重現一個結果需要嚴謹的控制。