材料合成与制备第一章溶胶——凝胶法ppt课件

调节PH值或 加入电解质中和 微粒表面电荷
缩聚反应
凝胶
减压蒸发
不 同 溶 胶 — 凝 胶 过 程 中 凝 胶 的 形 成
1.过溶程胶温度—较凝低 胶合成工艺的优点
2.增进了多元组份体系的化学均匀性 3.过程易控制，可以实现过程的完全而精确控制，
可以调控凝胶的微观结构。
4.掺杂范围广泛，化学计量准确。 5.薄膜制备方法，Sol-Gel工艺更显出了独特的优越
法 的
4.复 合 材 料 的 制 备
适 用
5.超 细 粉 体 材 料 的 制 备
范 围
6.薄 膜 和 涂 层 材 料 的 制 备
1.3溶胶—凝胶合成工艺
传统胶体型
三种工艺机制 无机聚合物型 络合物型
1.3凝胶—溶胶合成工艺
(1)传统胶体型。通过控制溶液中金属离子的沉 淀过程，使形成的颗粒不团聚成大颗粒而沉淀 得到稳定均匀的溶胶，再经过蒸发得到凝胶。
比表面积：单位体积分散相的总表面积
s
s v
双电层与ζ电位
• 固液之间发生的相对移动的实际分界面， 即滑动面，滑动面上的电位即ζ电位。
• 双电层的结构示意图
颗粒间的范德华力
Hamaker假设粒子间的相互作用等于组成它们 的各分子之间的相互作用的加合，对于俩个彼 此平行的平板粒子，单位面积的相互作用能为
溶胶——凝胶合成方法原理
1.胶体（Golloid）一种分散相粒径介于 1 0 9 ~
1 0 7 m的分散体系，分散相粒子的质量可以忽略
不计，粒子之间的相互作用主要是短程作用力。
电学性质：电泳（在外电场的作用下，胶体分散 体系中的溶胶粒子向阴极定向迁移的现象。）
原因：胶体粒子带电
作用：识别胶体粒子的带电性
憎液型溶胶，即可形成凝胶。
4.利用化学反应产生不溶物，并控制反应 条件可得到凝胶。
1.2.3合成方法的基本原理
1.金属醇盐的水解——缩聚反应
通常是往金属醇盐—母体醇中加入水，进 行水解反应。
影响条件
水和醇盐的物质的量比 醇盐种类、溶剂种类及用量 催化剂种类及用量
水解温度
2.金属无机盐的水解—缩聚 反应
性
6.在一定的条件下，溶胶液的成纤性能很好，可以 生产氧化物
7.得到一些传统方法无法获得的材料 8.从一种原料出发通过简单的反应过程改变工艺即
可获得不同的制品。
溶胶—凝胶合成工艺的缺 点
1.所用原料可能有害 2.反应影响因素多 3.工艺过程时间较长 4.所得的半成品制品容易开裂 5.薄膜或涂层的厚度以及均匀性难以控制 6.在凝胶点处粘度迅速增加 7.很难获得没有絮凝的均匀溶胶 8.对玻璃陶瓷材料而言不能范围广泛的应用
凝胶—溶胶合成生产设备
1.采用电机带动搅拌叶来进行原料混合的 搅拌器
2.磁力搅拌器（目前通常采用）
1.3.3合成工艺过程，参数 及过程的控制
1.前驱体原料的选择 2.水解度的影响 3.催化剂的影响 4.溶胶浓度的影响 5.反应温度的影响 6.络合剂的使用
1.4溶胶—凝胶合成方法应 用实例
• 实验 1.前驱体的制备
(2)无机聚合物型。通过可溶性聚合物在。常用的聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸 等。
(3)络合物型。通过络合剂将金属离子形成络合 物，再经过溶胶．凝胶过程成络合物凝胶。
前驱体溶液
胶体型
化学
无 机 聚
合物型
添加剂
H 2O 催化剂
络合物型 络合剂
微粒的形成 前 驱 体 水 解 产 物 络合物
光学性质：丁达尔现象
溶胶稳定机制
• 胶体稳定的DLVO理论 颗粒越小，表面能越高越不稳定。 表面能：表面质点比内部质点多出来的 那部分能量叫表面能
2. 溶胶（Sol） 具有液体特征的胶体体系， 指微小的固体颗粒悬浮分散在液相中不停 的进行布朗运动的体系。
通常分为亲液型和憎液型，由于界面原子的 自由能高于内部原子，溶胶属于热力学不 稳定体系，若无其他条件限制，胶粒倾向 于自发凝聚，达到低比表面状态。
VA
A
12H2
2.溶胶稳定机制
增加体系中粒子间结合所必须克服的能 垒可使之在动力学上稳定。
使胶粒带表面电荷
三种基本途径 利用空间位阻效应 利用溶剂化效应
溶胶制备凝胶的方法
1.使水、醇等分散介质挥发或冷却溶胶,使 其成为过饱和液,而形成冻胶。
2.加入非溶剂。 3.将适量的电解质加入胶粒亲水性较强的
溶胶——凝胶法
1846年法国化学家J.J.Ebelmen将 s i c l 4 与乙醇 混合置于潮湿的空气中获得透明玻璃状的
固体s i o 2 凝胶，并预言:这种凝胶有希望成为
制备光学仪器的原材料。
1939年W.Geffcken 证实金属烷氧基化合物 的水解和凝胶可以用来制备氧化物薄膜， 溶胶——凝胶技术被重新认识，并开展广泛 研究。
金属盐在水中的性质受金属离子半径的大 小、电负性和配位数的影响。
M n n H 2 O M O H n n H
溶 胶 的 凝 胶 化 过 程 包 括 脱水凝胶化 碱性凝胶化
溶
胶
—
凝 1.块 体 材 料
胶 合
2 .多 孔 材 料 的 制 备
成 方
3.纤 维 材 料 的 制 备