第8章 溶胶-凝胶法12.pdf

第8章 溶胶-凝胶合成技术 1. 概述 2. 溶胶-凝胶过程(sol-gel) 3. 无机盐的水解-缩聚反应 4. 金属有机物的水解-缩聚反应 5. 溶胶-凝胶法在无机合成中的应用 1 1. 概述 典型的软化学合成路线， 历史可以追溯到19世纪， 1980年代以来，发展很快； 在软化学合成中占重要地位， 是现代无机合成的主要方法。 2 概述 共沉淀法, 高温固相合成的替代方法; 该法已在制备性能优良陶瓷、玻璃、涂层、 薄膜、纤维、复合材料等方面获得应用， 也用于制备纳米粒子。 3 特点： 1.均相多组份体系 原料分散于溶剂中形成低粘度溶液，在短时间内获得分子 水平上的均匀混合； 2. 制备温度低 与固相反应比，反应在较低温度进行，体系中组分在纳米 范围内扩散，(固相反应,在微米范围内扩散)； 3. 溶胶前驱物可提纯，可制备高纯材料； 4. 经溶液反应步骤，易实现分子水平上的均匀定量掺杂； 5.溶胶/凝胶的流变性， 有利于通过喷射、涂覆、浸渍等方法在温和条件下 制备出陶瓷、玻璃、膜、纤维、超微材料和复合材料等。 或特种聚集态(如：YBa Cu O 超导氧化膜) 。 4 2 3 7－x Sol-gel法的不足 所用原料价格比较昂贵，有些原料有毒； 通常制备周期较长，常需几天或几周； 凝胶中存在大量微孔，干燥过程中逸出气体及 有机物，产生结构收缩，导致大量缺陷。 5 2.溶胶-凝胶(sol-gel)过程 溶胶(sol)：胶体溶液(colloidal solution)； 凝胶(gel) 胶凝作用(gelation): 溶胶→凝胶 6 2.1溶胶-凝胶(sol-gel)过程 溶胶(sol)：胶体溶液(colloidal solution) 固体颗粒(1 ~ 100nm)分散于介质中形成的多相体系, 是指胶体颗粒分散悬浮在连续相介质中的液体。 •电解质进行胶溶分散而形成粒子溶胶的路线．所得溶 胶称物理胶； •采用金属有机物前驱体，如醇盐在有机溶剂中控制水 解，通过分子簇的缩聚形成有机聚合物溶胶的方式， 这种溶胶叫化学胶。 7 2.1溶胶-凝胶(sol-gel)过程 凝胶(gel)： 溶胶失去流动性，变成半刚性(semi-rigid)的固相 体系，内部呈网络结构，网络间隙中含有液体的 固体,称作~ 。 胶凝作用(gelation): 溶胶→凝胶 胶凝过程: 从粘性溶胶转变成粘弹性的凝胶而固 化的过程,体系流变性质突变点称为胶凝点，即 sol-gel的转变点； 不同体系的胶凝时间差别很大，从几秒到几个小 时不等。 8 2.1 溶胶-凝胶(sol-gel)过程 前驱物分散在溶剂中， 水解/醇解生成活性单体， 活性单体进行缩合，开始成为溶胶(Sol)， 溶剂脱出生成一定空间结构的凝胶(Gel)， 干燥和热处理