溶膠-凝膠合成法

溶膠一凝膠合成法溶膠（Sol）是具有液體特征的膠體體系，分散的粒子是固體或者大分子，分散的粒子大小在1?100nm之間。凝膠（Gel）是具有固體特征的膠體體系，被分散的物質(zhì)形成連續(xù)的網(wǎng)狀骨架，骨架空隙中充有液體或氣體，凝膠中分散相的含量很低，一般在1%?3%之間。溶膠;無(wú)固定形狀;固相粒子自由運(yùn)動(dòng).凝膠;固定形狀;固相粒子按一定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)固定不能自由移動(dòng)。特殊的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)賦予凝膠很高的比表面積*溶膠一凝膠法：就是用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動(dòng)性的溶劑，形成凝膠。凝膠經(jīng)過(guò)干燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。前驅(qū)體——溶解——溶液——水解——溶膠——縮聚一凝膠一老化——凝膠顆粒間的范德華力、雙電層靜電排斥能——粒子間總作用能溶膠是固體或大分子顆粒分散于液相的膠體體系，具有很大的界面存在，界面原子的吉布斯自由能比內(nèi)部原子高，粒子間便有相互聚結(jié)從而降低表面能的趨勢(shì)。增加體系中粒子間結(jié)合所須克服的能壘可使之在動(dòng)力學(xué)上穩(wěn)定。增加粒子間能壘通常有三個(gè)基本途徑：（1）使膠粒帶表面電荷；（2）利用空間位阻效應(yīng)；（3）利用溶劑化效應(yīng)。溶膠穩(wěn)定機(jī)制；溶膠顆粒表面電荷來(lái)自膠粒晶格離子的選擇性電離，或選擇性吸附溶劑中的離子。對(duì)金屬氧化物水溶膠，一般優(yōu)先吸附H+或OH—。當(dāng)pH>PZC時(shí)，膠粒表面帶負(fù)電荷；反之，則帶正電荷。根據(jù)DLVO理論，膠粒受到雙電層斥力和長(zhǎng)程范德華引力二種作用，此外，膠粒間相互作用還有分子間的范德華力和由表層價(jià)電子重疊引起的短程波恩斥力。凝膠化——堿性凝膠化、脫水凝膠化無(wú)機(jī)鹽的水解-縮聚反應(yīng)：濃縮法（在較高的溫度下通過(guò)可控制的成核作用和晶體生長(zhǎng)獲得溶膠）；分散法（金屬鹽在過(guò)量堿作用下于室溫迅速水解形成凝膠狀沉淀，將過(guò)量電解質(zhì)洗去，加入強(qiáng)酸在較高的溫度下分散成溶膠）酸性溶膠粒子尺寸1叩--如口皿1超聲分散溶膠凝膠?.塊體材料I；酸性溶膠粒子尺寸1叩--如口皿1超聲分散溶膠凝膠?.塊體材料I；溶膠一凝膠合成法制備的塊體材料m的各種形狀且無(wú)裂紋的產(chǎn)物。根據(jù)所需獲得材料的性能需求，將前驅(qū)體進(jìn)行水解、溶凝膠、老化和干，燥，最終通過(guò)熱處理工藝獲得材料。該材料成分易.塊體材料、膨孔材料、纖維材料、11m膠、高、復(fù)合材料粒粉體材料、薄膜及涂層材料是指具有三維結(jié)構(gòu)，且每一維'尺度均大于控制凝］成分多元化、均勻性好粒材料形狀多樣化、（B）分散法備塊體材料具有純度

:可在較低的溫度下進(jìn)（A）濃縮法性合成并致密化等優(yōu)點(diǎn)。可以用于制備各種光學(xué)透鏡、功能陶瓷塊、梯度折射率玻璃等。成本較高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，故不適宜材料大規(guī)模的生產(chǎn)。多孔材料；將金屬醇鹽溶解于低級(jí)醇中，水解得到相應(yīng)金屬氧化物溶膠；調(diào)節(jié)pH值，納米尺度的金屬氧化物微粒發(fā)生聚集，形成無(wú)定形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠。將凝膠老化、干燥并作熱處理，有機(jī)物分解后，得到多孔金屬氧化物材料（一般為陶瓷）溶膠一凝膠+模板工藝=多孔材料纖維材料；前驅(qū)體經(jīng)反應(yīng)形成類線性無(wú)機(jī)聚合物或絡(luò)合物，當(dāng)粘度達(dá)10?100Pa?s時(shí)，通過(guò)挑絲或漏絲法可制成凝膠纖維，熱處理后可轉(zhuǎn)變成相應(yīng)玻璃或陶瓷纖維克服了傳統(tǒng)直接熔融紡絲法因特種陶瓷難熔融而無(wú)法制成纖的困難，工藝可以在低溫下進(jìn)行，纖維陶瓷均勻性好、純度高復(fù)合材料；復(fù)合材料一一不同組分之間的復(fù)合材料、組成和結(jié)構(gòu)不同的納米復(fù)合材料、組成和結(jié)構(gòu)均不同的組分所制備的納米復(fù)合材料、凝膠與其中沉積相組成的復(fù)合材料、干凝膠與金屬相之間的復(fù)合材料、有機(jī)一無(wú)機(jī)雜化復(fù)合材料（解決了材料的制備時(shí)在退火處理過(guò)程中，有機(jī)材料易分解的問(wèn)題）粉體材料采用溶膠一凝膠合成法，將所需成分的前驅(qū)物配制成混合溶液，經(jīng)凝膠化、熱處理后，一般都能獲得性能指標(biāo)較好的粉末。凝膠中含有大量液相或氣孔，在熱處理過(guò)程中不易使粉末顆粒產(chǎn)生嚴(yán)重團(tuán)聚，同時(shí)此法易在制備過(guò)程中控制粉末顆粒度。溶膠凝膠制備陶瓷粉體一一具有制備工藝簡(jiǎn)單、無(wú)需昂貴的設(shè)備；大大增加多元組分體系化學(xué)均勻性；反應(yīng)過(guò)程易控制，可以調(diào)控凝膠的微觀結(jié)構(gòu)；材料可摻雜范圍寬，化學(xué)計(jì)量準(zhǔn)，易于改性；產(chǎn)物純度高等溶膠一凝膠法應(yīng)用（2）—A12O3耐熱涂層應(yīng)用實(shí)例（3）：溶膠凝膠-自蔓延制備生物玻璃粉體7.薄膜及涂層材料；工藝流程：將溶液或溶膠通過(guò)浸漬法或旋轉(zhuǎn)涂膜法在基板上形成液膜，經(jīng)凝膠化后通過(guò)熱處理可轉(zhuǎn)變成無(wú)定形態(tài)（或多晶態(tài)）膜或涂層。成膜機(jī)理：采用適當(dāng)方法使經(jīng)過(guò)處理的陶瓷基底和溶膠相接觸，在基底毛細(xì)孔產(chǎn)生的附加壓力下，溶膠傾向于進(jìn)入基底孔隙，當(dāng)其中介質(zhì)水被吸入孔道內(nèi)同時(shí)膠體粒子的流動(dòng)受阻在表面截留，增濃，縮合，聚結(jié)而成為一層凝膠膜。對(duì)浸漬法來(lái)說(shuō)，凝膠膜的厚度與浸漬時(shí)間的平方根成正比，膜的沉積速度隨溶膠濃度增加而增加，隨基底孔徑增加而減小。優(yōu)點(diǎn)：膜層與基體的適當(dāng)結(jié)合可獲得基體材料原來(lái)沒(méi)有的電學(xué)、光學(xué)、化學(xué)和力學(xué)等方面的特殊性能溶膠一凝膠法應(yīng)用（1）—?dú)饽z氣凝膠是由膠體粒子或高聚物分子相互聚結(jié)構(gòu)成的納米多孔網(wǎng)絡(luò)固態(tài)非晶材料，其多孔率可達(dá)到80~99.8%，比表面積可高達(dá)到800~1000m2/g以上。氣凝膠具有很低的密度，美國(guó)LarryHrubesh領(lǐng)導(dǎo)的研究者曾經(jīng)制備了密度僅為0.003g/cm3的氣凝膠，其密度僅為空氣的三倍，被稱為“固體煙”。溶膠 凝膠 氣凝膠TEOSH20無(wú)水乙醇］前立怵■溶液?i'1:4:10溶液 5典1水解15niin溶膠4 聚舍r濕11膠老化醇11膠超臨界干燥!氣凝膠化學(xué)謙加劑.H20催化削.HC1NH3-OH微粽的形成但滿前立體水解產(chǎn)物fsoli調(diào)節(jié)pH值或加無(wú)電解應(yīng)中和微粒表面電荷基歲溶*il ■鹽或段酸鹽等激活方式消耗蒸發(fā)熟、電離等提供激活能、高溫、化學(xué)自由能加魏處理制備溫度25420002（蒸發(fā)源）25~適舍溫度（基片）150-2000*0（基片）300-8001C（基片）膜結(jié)構(gòu)單晶、多晶、非晶單晶、多晶、非晶膜玫密性致密致密較致密膜附著性較好好好化學(xué)組成相蛆成均句性_般較高i^i成本高高低溶膠一凝膠含膜元素的無(wú)機(jī)鹽、醇Sol-gel窟成粉料縮舍物縮聚反應(yīng)*椅膠，注:'，4.溶膠敏工藝參數(shù)溶膠一魅|職pK1|—溶海H值—反應(yīng)時(shí)間_!—金.屆離子薄］一站劑三］_催