第2章-软化学法.pptVIP

软化学合成方法2.1概述软化学是相对于硬化学而言的。是指在较温和的条件下实现的化学反应过程。其开辟的无机材料制备方法正在将材料制备的前沿技术从高温、高压、高真空、高能和高制造成本的硬化学方法中解放出来。软化学易于实现对其化学反应过程、路径和机制的控制。可以根据需要控制过程的条件，对产物的组分和结构进行设计，进而达到剪裁其物理性质的目的。2.2先驱物法软化学方法中最简单的一类。基本思路：首先通过准确的分子设计，合成出具有预期组分、结构和化学性质的先驱物，再在软环境下对先驱物进行处理，进而得到顶期的材料。定义：用原料通过化学反应制成先驱物，然后焙烧即得产物。先驱物种类：复合金属配合物、金属碳酸盐、金属氢氧化物或硝酸盐的固溶体等。2.3溶胶-凝胶法2.3.1溶胶－凝胶法的基本概念溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～100nm之间。凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。2.3.1溶胶－凝胶法的基本概念溶胶－凝胶法：就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。2.3.2溶胶－凝胶法的发展历程1、双电层与ζ电位溶胶体系中，由于静电引力的存在会使溶液中的反离子向颗粒表面靠拢，并排斥同离子，固体表面电荷与溶液中反电荷形成了双电层结构。被吸附的离子与固体表面结合牢固，固体和液体相对运动时，固体带动部分反离子一起滑动。AB面是发生电动现象时的实际滑动面，滑动面上的电位即ζ电位。ζ电位等于零时的pH点成为等电点。2.溶胶－凝胶合成方法基本原理水解反应：M(OR)n+xH2O→M(OH)x(OR)n-x+xR-OH缩聚反应：(OR)n-1M-OH+HO-M(OR)n-1→(OR)n-1M-O-M(OR)n-1+H2Om(OR)n-2M(OH)2→[(OR)n-2M-O]m+mH2Om(OR)n-3M(OH)3→[(OR)n-3M-O]m+mH2O+mH+羟基与烷氧基之间也存在缩合反应:溶胶－凝胶法应用（1）—气凝胶气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的纳米多孔网络固态非晶材料，其多孔率可达到80~99.8%，比表面积可高达到800~1000m2/g以上。气凝胶具有很低的密度，美国LarryHrubesh领导的研究者曾经制备了密度仅为0.003g/cm3的气凝胶，其密度仅为空气的三倍，被称为“固体烟”。气凝胶样品进行的表面形貌分析溶胶-凝胶自蔓延合成技术兼具溶胶-凝胶技术和自蔓延高温合成技术的优点，它是指有机盐凝胶或有机盐(燃料)与金属硝酸盐在加热过程中发生氧化还原反应，燃烧产生大量的气体，可自我维持并合成所需燃烧物的材料的合成工艺。本实例是采用溶胶-凝胶自蔓延方法制备一种生物玻璃超细陶瓷粉体。通常用于制备生物玻璃陶瓷材料粉末的方法是高温熔化(HTM)法。这种方法制备周期短，过程简单，是一种传统的玻璃制备方法。溶胶－凝胶法的应用－功能材料中制备粉体材料溶胶－凝胶法的应用

－功能材料中制备纤维溶胶－凝胶法的应用

－功能材料中制备膜材料6.薄膜及涂层材料工艺流程：将溶液或溶胶通过浸渍法或旋转涂膜法在基板上形成液膜，经凝胶化后通过热处理可转变成无定形态（或多晶态）膜或涂层成膜机理：采用适当方法使经过处理的陶瓷基底和溶胶相接触，在基底毛细孔产生的附加压力下，溶胶倾向于进入基底孔隙，当其中介质水被吸入孔道内同时胶体粒子的流动受阻在表面截留，增浓，缩合，聚结而成为一层凝胶膜。对浸渍法来说，凝胶膜的厚度与浸渍时间的平方根成正比，膜的沉积速度随溶胶浓度增加而增加，随基底孔径增加而减小优点：膜层与基体的适当结合可获得基体材料原来没有的电学、光学、化学和力学等方面的特殊性能低高高成本高较高一般化学组成相组成均匀性好好较好膜附着性较致密致密致密膜致密性单晶、多晶、非晶单晶、多晶、非晶膜结构300~800℃（基片）150~2000℃（基片）250~2000℃（蒸发源）25~适合温度(基片)制备温度加热处理提供激活能、高温、化学自由能消耗蒸发热、电离等