现代合成化学之溶胶-凝胶-2013.ppt

通过陶瓷复合，可获得某些额外的韧性，它有两种形式： 第一，分散的粒子通过转移或捕集作用堵塞裂缝的蔓延。 第二、纤维增强复合材料。 此时，纤维(由溶胶-凝胶法或挤出成型或以化学手段的获得的陶瓷前体如SiC)在致密化之前混杂于陶瓷生胚中。陶瓷基体到纤维的负荷转移可改善其断裂强度。 4.7 陶瓷 溶胶-凝胶法在制造电子材料中具有明显的优势： I) 纯化的前体可获得高纯度； II) 复杂组成的均一材料可通过用均一的前体混合物而获得； III) 可在相对低的工艺温度下进行，减少与基板的反应； IV) 不需高能耗的真空或真空蒸发条件，可以旋涂方式快速涂布大面基板(如，半导体基片)。 4.8 电子材料 可制备铁电钛锆酸铅(PZT)膜 具有开关特征，适于作电子存储材料， 其压电和热电性质使其在激励器和传感器等方面具有应用， 其高介压电常数便于制造小型化的电容器元件。 4.8.1 铁电材料 相关材料包括：LiNbO3、YMnO3、SrBi2Nb2O9、SrBi2Ta2O9、BaTiO3和Ba0.7 Sr0.3TiO3，以上材料均已用溶胶-凝胶方法制得。 溶胶-凝胶技术制备复合氧化物的另一个范例是从乙酸盐前体制备Bi-Sr-Ca-Cu-O高温超导体。 商业电致变色材料包括WO3、V2O5、Nb2O5、TiO2、CeO2、Fe2O3及CeO2/SnO2和WO3/TiO3混合物等。 这些材料中，H+或Li+的电化学插入可形成有色的部分还原的混合价材料。 电致变色层沉积到ITO玻璃并通过电解质层与对电极层结合(提供电荷贮存且也沉积于导电玻璃上)形成电致变色器件。 溶胶-凝胶技术在制备高表面积和高孔隙率的可控组成及均一性材料方面具明显的优势，可获得快速的离子扩散。 这种膜可以制备成各种颜色，在防强光后视镜、电致变色遮阳蓬顶、太阳镜，和气候控制电致变色窗等方面获得应用。? 4.8.2 电致变色材料 用于H+传导的磷酸钛和磷酸锆、锑酸和V2O5.nH2O； Na+导体Na1+xZr2SixP3-xO12、Na5YSi4O12、Na5GdSi4O12及Na4Zr2Si3O12； Li+导体Li盐掺杂硅胶、锂铝硅酸盐、镓硅酸盐、硼硅酸盐 及诸如Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3化合物和La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85等新型的氧化物离子导体。 溶胶-凝胶技术制备上述材料的优势在于：低温下形成确定和可控组成的无定形玻璃状材料，各向同性的电导性，具有低电子传导性和高离子传导性材料，以及易于制造等。 4.8.3 固体电解质 电子工业也需要导电透明涂层和具有高传热效率和良好电绝缘性基板材料。 液晶显示器等的透明导电膜是利用In2O3或掺Sn的In2O3制备。这类膜用于聚合物和其他有机膜方面存在低温方法的需求。 溶胶-凝胶法已成功用于超细Al2O3制备，它是制备超高导热，良好电绝缘和接近于硅的热膨胀系数的AlN的前体。 这种AlN材料如能以合理的成本制得将对新型高性能计算机芯片的制备具有重大的意义，因为芯片中最终性能限制因素之一即是热从活跃的开关元件的散发速率。 4.8.4 其他电子材料 Section 5 展 望 5.1 市场预测 高纯度、低温溶液工艺，可准确而方便地控制复杂的化学组成及物理结构。 孔径及孔壁化学可控，薄膜、涂层或纳米晶的便利制备， 各种无机-有机杂化材料的制备及可获得良好的光学性能材料等优势对于开发新型功能材料均具有极大价值。 因此溶胶-凝胶材料最好的短期应用前景在于以下几个方面： 溶胶-凝胶法提供了明显优势(如制备涂层和超细粉)， 可挖掘溶胶-凝胶材料的独特性能(如孔隙剪裁方向)， 在没有竞争技术的全新应用领域。 5.2 表征手段的开发 更新、更有力的溶胶-凝胶表征方法的运用必不可少。 包括固态NMR，X-射线技术(包括SAXS，衍射和EXAFS)和孔体积/孔径的分布表征。 随着孔径测量技术的发展与改善，会开发出通过前体及工艺条件的变化控制孔径的更好的模型，从而可获得改进的材料。 在初始凝胶及干燥和致密化过程中控制孔隙率是未来溶胶-凝胶材料发展的关键因素。 5.3 复合材料 随着溶胶-凝胶技术应用的扩展，可能会出现新的和意料不及的效应，从而开创出一条控制溶胶-凝胶材料性质的新途径。 这些效应对于由溶胶-凝胶包夹试剂组成的化学传感器材料的设计具有重要影响。 因为相关的热力学变化可改善化学选择性以及探测器的有效性。 很显然，未来发展的一个重要领域是进一步了解凝胶-客体的这种相互作用机理，进而开发出改进的复合材料。 5.4 新的前体 溶胶-凝胶化学研究非常活跃，但最普通应用的前体是TEOS 即使是这种材料，仍存在许多未知的化学问题，如TEOS在空气中氧化成乙醛、乙酸、乙酸硅等。 如此多的研究局限于极