溶胶凝胶法采用的原料
溶胶凝胶法采用的原料
酯化பைடு நூலகம்应
将醇与酸反应生成酯，再与金属氧化物或盐 类反应生成金属醇盐。
直接合成法
将金属氧化物或盐类与醇类直接反应生成金 属醇盐。
应用领域
金属醇盐在溶胶凝胶法制备无机材料、高分 子材料、陶瓷材料等领域广泛应用。
应用领域
01
02
03
无机材料
利用金属醇盐作为前驱体， 通过溶胶凝胶法制备无机 材料，如玻璃、陶瓷、复 合材料等。
优化反应条件
通过调整温度、压力、pH值等反应条件，提高原料的转化效率。
催化剂与引发剂
使用催化剂与引发剂加速化学反应，促进原料向目标产物的转化。
表面活性剂
利用表面活性剂改善溶胶的稳定性，提高凝胶的形成速度和产物的 质量。
环境友好型原料的选择与开发
无毒或低毒原料
优先选择无毒或低毒的原料，减少对环境的污染和危害。
高分子材料
金属醇盐可以作为高分子 材料的交联剂、催化剂等， 提高材料的性能和稳定性。
陶瓷材料
利用金属醇盐制备高性能 陶瓷材料，如高温陶瓷、 功能陶瓷等。
03 有机溶剂
种类与特性
醇类
如乙醇、正丙醇等，具有较高的沸点和较低 的毒性，是常用的溶剂。
酮类
如丙酮、丁酮等，具有较低的沸点和较快的 挥发性。
酯类
应用领域
化学工业
用于有机合成、化学反应介质、萃取 分离等。
制药工业
用于药物合成、溶剂提取、药物稀释 等。
涂料工业
用于涂料稀释、颜料分散、溶剂清洗 等。
电子工业
用于清洗电子元件、稀释电路板涂料 等。
04 功能性无机盐
种类与特性
溶胶凝胶法制备SiO2工艺
溶胶凝胶法制备SiO2工艺溶胶凝胶法是一种常见的材料制备方法，具有制备过程简单、产物纯度高、粒度均匀等优点。
在溶胶凝胶法制备SiO2工艺中，通过控制反应条件，可以制备出具有特定形貌、结构和性能的SiO2材料。
本文主要探讨了溶胶凝胶法制备SiO2工艺的过程、实验结果及其应用，分析了该方法的优势和不足，并提出了改进意见。
实验主要采用了硅酸酯、氢氧化钠、去离子水等原料，将硅酸酯和氢氧化钠按一定比例混合，搅拌均匀后加入去离子水，继续搅拌得到溶胶。
将溶胶在一定温度下干燥，得到干凝胶。
将干凝胶在高温下焙烧，去除有机物，得到最终的SiO2产物。
实验过程中，通过控制溶胶时间、固化温度等因素，制备了一系列不同工艺参数的SiO2样品。
采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对样品的物相、形貌和粒度进行了表征。
实验结果表明，通过控制溶胶时间、固化温度等因素，可以制备出具有不同形貌和粒度的SiO2材料。
当溶胶时间为60分钟、固化温度为400℃时，制备出的SiO2样品具有较高的纯度和良好的分散性。
XRD结果表明，制备的SiO2为结晶度良好的α-石英相。
SEM表征显示，该条件下制备的SiO2粒子呈球形，粒度分布较窄。
通过控制原料浓度、水解速率等因素，可以进一步调节SiO2的粒度和形貌。
通过溶胶凝胶法制备SiO2工艺，可以获得具有高纯度和良好分散性的SiO2材料。
实验结果表明，溶胶时间和固化温度是影响SiO2形貌和粒度的关键因素。
当溶胶时间为60分钟、固化温度为400℃时，制备出的SiO2样品具有最佳的性能。
然而，在实验过程中也发现了一些不足之处，如制备过程中有机物的挥发和残留可能会影响产品的纯度和性能。
为了提高制备效率和产品质量，建议在后续研究中可以对原料浓度、水解速率等参数进行更加深入的探讨，并尝试通过优化工艺流程和添加剂的使用来改善产品的性能。
还可以进一步拓展溶胶凝胶法制备SiO2工艺的应用领域。
由于SiO2具有优异的物理化学性能，如高透明度、低热膨胀系数等，可以将其应用于光学、电子、催化剂等领域。
溶胶-凝胶法采用的原料
（3）1970年一现在，金属醇盐的制备及材料应用阶段
这一阶段，金属醇盐迈入了材料应用的新阶段
早在1846年Ebelman就发现，Si(OEt)4与水混合，生成 了一种整块的产品，由此得到了“SiO2玻璃”。
1969年，H.Shcoder提出不仅有SiO2的涂层，还有Al， Zn， Ti， Sn， Pb，Ta， Cr， Fe， Ni和Co等氧化物的涂层 也极易获得。
合
物
金属有机酸盐
醋酸盐（M(C2H3O2)n）〔Zn(CH3COO)2、 Ba(HCOO)2〕、草酸盐〔M(C2O4)n-2〕
金属醇盐的替代物
水 溶剂
H2O
水解反应的必须原料
甲醇、乙醇、丙醇、丁醇（溶胶-凝胶主要 的溶剂）、乙二醇、环氧乙烷、三乙醇胺、 二甲苯等（溶解金属化合物）
溶解金属化合物，调 制均匀溶胶
伴随着催化剂的研制，几乎对所有金属的醇盐都进行 了不同程度的研究。表
金属醇盐化学真正始于1950年前后，50、60年代醇盐 作为催化剂或制备催化剂的原料而受到广泛关注。
1948年D. W Young和H.B.Kellong用AlC13和乙氧基钛 为催化剂，研究了异丁烯的低温聚合反应，开拓了金属醇 盐作为催化剂应用的新领域。
Al
Al(OCH3)3， Al(OC2H5)3(s)， Al(i-OC3H7)3(s)， Al(i-OC4H9)3(s)
（二）金属醇盐的合成
1.醇盐化学的发展概况 （1）1846－1950年，醇盐制备初期阶段
是一个发展缓慢的阶段，仅合成出了Si， B， Al， Ti， P， As， Sb、碱金属等12种元素的醇盐 19世纪，金属铝醇盐的制备是一个重要的发现 （2）1950－1970年，金属醇盐的全面制备和催化应用阶段 从单纯的尝试走向了系统的研究。
溶胶-凝胶法采用的原料
金属醇盐化学真正始于1950年前后，50、60年代醇盐 作为催化剂或制备催化剂的原料而受到广泛关注。
1948年D. W Young和H.B.Kellong用AlC13和乙氧基钛 为催化剂，研究了异丁烯的低温聚合反应，开拓了金属醇 盐作为催化剂应用的新领域。
Ni、Sb、Al、Th、Ta、Fe、V、Ce、U、Pu等金属的醇盐 和Si的醇盐。
ThCl 4 4NaOR Th(OR) 4 4NaCl
2ZrCl
4
9NaOP
i r
NaZr2
(OP
i r
)
9
8NaCl
MCl n nNaOR 苯 M(OR) n nNaCl
BuSnCl3 3NaOR 苯BuSn(OR)3 3NaCl
(R 3Sn)2 O R' OCOOR' 2R 3SnOR' CO 2
BuSn－O－SnBu EtOH 或PriOH 不反应
BuSn －O－SnBu
2B
n u
OH
2BuSn
－OB
n u
H2O
2R 2SnO R' OCOOR' ' R 2 (R' O)SnOSn(OR '')R 2 CO 2
SiCl 4 4C 2H5OH Si(OC 2H5 )4 4HCl
TiCl 4 3C 2H5OH TiCl 2 (OC 2H5 )2 • C2H5OH 2HCl
2ZrCl 4 5C 2H5OH ZrCl 2 (OC 2H5 ) • C2H5OH ZrCl 3 (OC 2H5 ) • C2H5OH 3HCl
（3）金属卤化物与醇和碱金属醇盐反应
溶胶——凝胶法制备
溶胶—凝胶法制备Y3Al5O12:Ce荧光粉一、实验目的1. 了解溶胶—凝胶法制备粉体的基本原理。
2. 掌握Y3Al5O12:Ce荧光粉等发光材料的合成方法。
3. 掌握材料的物相组成、显微结构、发光性能等表征技术。
二、实验原理自1994年日本科学家Shuji Nakamura在GaN基材料上研制出第一只蓝光LED以来, 半导体照明技术逐渐成为业界的研究热点。
因具有省电、体积小、发热量低、寿命长、响应快、抗震耐冲、可回收、无污染、可平面封装、易开发成轻薄短小产品等优点，使白光LED 正成为新一代照明光源的发展方向。
目前，白光LED工艺主要是采用蓝光LED芯片来激发黄色荧光粉YAG:Ce，其产品已获得工业化应用。
现行制备YAG:Ce的主要方法是固相烧结法，但其合成温度高、荧光粉形状不规则、粒径偏大、粉碎导致光损失，严重影响其使用性能。
溶胶—凝胶（Sol—gel）法就是将金属氧化物或氢氧化物的浓溶液变为凝胶，再将凝胶干燥后进行煅烧，然后制得氧化物超微细粉的方法。
这种方法适用于能形成溶胶且溶胶可以转化为凝胶的氧化物系。
溶胶—凝胶法作为当前制备各种功能材料和结构材料的重要方法，其反应物以分子（离子）形式相互溶合，可以直接进行分子量级的化学反应，从而大大降低了材料的合成温度，这就为较低温合成粉体材料提供了可行途径。
三、实验原料、仪器设备1. 实验原料：氧化钇，九水硝酸铝，六水硝酸铈，柠檬酸，硝酸，氨水，去离子水，无水乙醇2. 仪器设备：磁力搅拌器，烧杯，量筒，研钵，药勺，陶瓷坩埚，pH计，电子天平，胶头滴管，毛刷，水浴箱，离心机，真空干燥箱，马弗炉，X-射线衍射仪四、实验步骤1. 称取0.559g氧化钇粉体，倒入100mL烧杯中，再加入适量的硝酸，在磁力加热搅拌器上溶解氧化钇，控制处理温度为50℃，搅拌至获得无色透明的溶液。
2. 将步骤1得到的硝酸钇溶液加热至干燥状态，使多余的硝酸挥发掉。
3. 称量3.145g九水硝酸铝、0.0364g六水硝酸铈、2.819g柠檬酸，将这些试剂倒入步骤1的烧杯中。
溶胶—凝胶法制备ZnO薄膜
溶胶—凝胶法制备ZnO薄膜一、本文概述本文旨在探讨溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜的工艺及其相关特性。
ZnO薄膜作为一种重要的半导体材料，在光电子器件、太阳能电池、气体传感器等领域具有广泛的应用前景。
溶胶-凝胶法作为一种制备薄膜材料的常用技术，具有工艺简单、成本低廉、易于控制等优点，因此受到广大研究者的关注。
本文将首先介绍溶胶-凝胶法的基本原理和步骤，然后详细阐述制备ZnO薄膜的具体过程，包括前驱体溶液的配制、溶胶的制备、凝胶的形成以及薄膜的成膜过程。
接着，我们将讨论制备过程中可能影响薄膜性能的因素，如溶胶浓度、凝胶温度、退火条件等，并通过实验验证这些因素的影响。
我们将对制备得到的ZnO薄膜进行表征和分析，包括其结构、形貌、光学性能和电学性能等方面。
通过对比不同制备条件下的薄膜性能，优化制备工艺参数，为实际应用提供指导。
本文的研究结果有望为ZnO薄膜的制备和应用提供有益的参考。
二、溶胶—凝胶法原理溶胶-凝胶法（Sol-Gel）是一种湿化学方法，用于制备无机材料，特别是氧化物薄膜。
该方法基于溶液中的化学反应，通过控制溶液中的化学反应条件，使溶液中的物质发生水解和缩聚反应，从而生成稳定的溶胶。
随着反应的进行，溶胶中的颗粒逐渐增大并相互连接，形成三维网络结构，最终转化为凝胶。
在制备ZnO薄膜的溶胶-凝胶法中，通常使用的起始原料是锌的盐类（如硝酸锌、醋酸锌等）和溶剂（如乙醇、水等）。
锌盐在溶剂中溶解形成溶液，然后通过加入水或其他催化剂引发水解反应。
水解产生的锌离子与溶剂中的羟基（OH-）结合，形成氢氧化锌（Zn(OH)2）的胶体颗粒。
这些胶体颗粒在溶液中均匀分散，形成溶胶。
随着反应的进行，溶胶中的氢氧化锌颗粒逐渐长大，并通过缩聚反应相互连接，形成三维的凝胶网络。
凝胶网络中的空隙被溶剂填充，形成湿凝胶。
湿凝胶经过陈化、干燥和热处理等步骤，去除溶剂和有机残留物，同时促进ZnO晶体的生长和结晶，最终得到ZnO薄膜。
溶胶-凝胶合成法
Y
Y(OC2H5)3
B
Ca
(OC2H5)2
溶胶-凝胶合成法
无机盐的水解-缩聚反应
水解反应：Mn+ ＋nH2O → M(OH)n ＋ nH+ 凝胶化 脱水凝胶化 碱性凝胶化 胶粒脱水，扩散层中电解质浓 度增加，凝胶化能垒逐渐减小
xM(H2O)nz+ + yOH- + aA- → MxOu(OH)y-2u(H2O)nAa(xz-y-a)+ + (xn+u-n)H2O A- —— 凝胶过程中所加入的酸根离子。 当x=1时，形成单核聚合物； 在x>1时，形成多核聚合物。 Mz+可通过O2-、OH-、H2或A-与配体桥联。
气凝胶块体
气凝胶隔热
溶胶－凝胶
＋
模板工艺
多孔材料
胶质晶态模板
结构性多孔复制品
3.纤维材料
溶胶-凝胶合成法
前驱体经反应形成类线性无机聚合物或络合物，当粘度达10~100Pa· s时，
通过挑丝或漏丝法可制成凝胶纤维，热处理后可转变成相应玻璃或陶瓷纤维 克服了传统直接熔融纺丝法因特种陶瓷难熔融而无法制成纤的困难，工艺 可以在低温下进行，纤维陶瓷均匀性好、纯度高
溶胶-凝胶合成法 （3）凝胶与溶胶是两种互有联系的状态。 1)乳胶冷却后即可得到凝胶；加电解质于悬胶后也可得到凝胶。 2)凝胶可能具有触变性：在振摇、超声波或其他能产生内应力 的特定作用下，凝胶能转化为溶胶。 3)溶胶向凝胶转变过程主要是溶胶粒子聚集成键的聚合过程。 4)上述作用一经停止，则凝胶又恢复原状，凝胶和溶胶也可共 存，组成一更为复杂的胶态体系。
5)溶胶是否向凝胶发展，决定于胶粒间的作用力是否能够克服 凝聚时的势垒作用。因此，增加胶粒的电荷量，利用位阻效应 和利用溶剂化效应等，都可以使溶胶更稳定，凝胶更困难；反 之，则更容易形成凝胶。
溶胶凝胶法
祝徐老师： 祝徐老师：
身体健康，事事顺心！ 身体健康，事事顺心！
O(∩_∩)O
• 目前，溶胶凝胶法的一般化学理论已基本建 目前， 但是， 立，但是，对于其分子间反应的热力学和动 力学理论体系不很完善， 力学理论体系不很完善，对多组分凝胶体系 的系统理论研究也进行的很少。 的系统理论研究也进行的很少。 • 用凝胶溶胶法制陶瓷材料是以广阔的研究领 它在控制材料的纯度、 域，它在控制材料的纯度、化学均匀性方面 有相当大的潜力可以挖掘。 有相当大的潜力可以挖掘。
溶胶－ 溶胶－凝胶法常用测试方法
• • • • 测定前驱物金属醇盐的水解程度（化学定量分析法） 测定前驱物金属醇盐的水解程度（化学定量分析法） 测定溶胶的物理性质（粘度、浊度、电动电位） 测定溶胶的物理性质（粘度、浊度、电动电位） 胶粒尺寸大小（准弹性光散射法、电子显微镜观察） 胶粒尺寸大小（准弹性光散射法、电子显微镜观察） 溶胶或凝胶在热处理过程中发生的物理化学变化 XRD、中子衍射、DTA－TG） （XRD、中子衍射、DTA－TG） • 反应中官能团及键性质的变化（红外分光光度计、 反应中官能团及键性质的变化（红外分光光度计、 拉曼光谱仪） 拉曼光谱仪） • 溶胶、凝胶粒子中的结构（GC－MS） 溶胶、凝胶粒子中的结构（GC－MS） • 固态物体的核磁共振谱测定M－O结构状态 固态物体的核磁共振谱测定M
溶胶凝胶法 及其在陶瓷材料中的应用
200921501435 应091-4
基本原理
将原料， 将原料，一般为金属无机盐或金属醇盐溶 于溶剂(水或醇 中形成均匀溶液， 水或醇)中形成均匀溶液 于溶剂 水或醇 中形成均匀溶液，溶质与 溶剂发生水解(或醇解 一聚合反应， 或醇解)一聚合反应 溶剂发生水解 或醇解 一聚合反应，生成的 聚合体纳米级粒子形成均匀的溶胶， 聚合体纳米级粒子形成均匀的溶胶，经过 干燥或脱水转化成凝胶， 干燥或脱水转化成凝胶，再经过热处理得 到所需要的超细粉体、纤维或薄膜。 到所需要的超细粉体、纤维或薄膜。
第三章 溶胶-凝胶法使用的原料
（5）水解产物结构的研究手段 X－ray diffraction NMR — nuclear magnetic resonance IR — Infrared XANES – X-ray absorption near edge spectroscopy EXAFS － extended X-ray absorption fine structure spectroscopy. (6) 其它反应特性 A 醇交换（醇解）: B 聚合: alcoxolation, oxolation C 与酸或酸酐: D 配位反应(与二酮，二元醇等):
无机盐： Zn(NO3)2 金属有机化合物：Sn-Rx
原 料
溶剂
水 催化剂: 酸、碱等 添加剂：聚合物
对前驱体的要求： （1）溶解性 （2）相互间的反应 (沉淀的形成) （3） 水解性能 （4）洁净特性 (热解后无其它残留元素) （5）价格因素 （6）环境友好
3.2 醇盐 3.2.1 分类
3.2.2 醇盐的合成
第三章溶胶－凝胶法使用的原料 Precursors of Sol-Gel methods
3.1 原料分类
3.2 醇盐
3.3 无机盐 3.4 溶剂 3.5 催化剂 3.6 添加剂
3.1 原料分类
醇盐： Ti(OR)4 ，Si(OR)4 所需元素的化合物 (前驱体 precursors )
有机盐： Pb(CH3COO)2,
Metal
graphite
电解法制备醇盐装置 一般用有机氨类作电解质
3.2.2.3 多元金属醇盐的合成 目的：提高溶解度和降低制备难度。 （1）双金属醇盐 a 醇盐＋醇盐
M` = Be, Zn, Al, Ti, Zr, Nb, Ta
溶胶凝胶法
溶胶凝胶法1 溶胶,凝胶法溶胶,凝胶(Sol-Gel)技术是指金属有机或无机化合物经过溶胶,凝胶化和热处理形成氧化物或其他固体化合物的方法。
其过程:用液体化学试剂(或粉状试剂溶于溶剂)或溶胶为原料，而不是用传统的粉状物为反应物，在液相中均匀混合并进行反应，生成稳定且无沉淀的溶胶体系，放置一定时间后转变为凝胶，经脱水处理，在溶胶或凝胶状态下成型为制品，再在略低于传统的温度下烧结。
2 溶胶凝胶法基本原理溶胶,凝胶法的主要步骤为将酯类化合物或金属醇盐溶于有机溶剂中，形成均匀的溶液，然后加入其他组分，在一定温度下反应形成凝胶，最后经干燥处理制成产品。
2.1 水解反应金属盐在水中的性质受金属离子半径，电负性，配位数等因素影响，如Si、Al 盐，它们溶解于纯水中常电离出Mn+，并溶剂化[3]。
水解反应平衡关系随溶液的酸度，相应的电荷转移量等条件的不同而不同。
有时电离析出的Mn+又可以形成氢氧桥键合。
水解反应是可逆反应，如果在反应时排除掉水和醇的共沸物，则可以阻止逆反应进行，如果溶剂的烷基不同于醇盐的烷剂，则会产生转移酯化反应，这些反应对合成多组分氧化物是非常重要的。
2.2 聚合反应硅、磷、硼以及许多金属元素，如铝、钛、铁等的醇盐或无机盐在水解的同时均会发生聚合反应，如失水、失醇、缩聚、醇氧化、氧化、氢氧桥键合等都属于聚合反应，性质上都属于取代反应或加成反应。
主要反应:,M,OH ，HO,M, ? ,M,O,M,+H2O ;,M,OR + HO,M, ? ,M,O,M,+ROH 等。
Okkerse等提出硅酸在碱性条件聚合成六配位过渡态，Swain等则提出形成稳定的五配位的过渡态，由于硅酸盐的水解和聚合作用几乎同时进行，它的总反应过程动力学将决定于3个反应速率常数，使得在最临近的尺度范围内，中心Si原子可以有15种不同的化学环境，R.A.Assink等曾描述了这15种配位方式的关系。
可见聚合后的状态是很复杂的[4-6]。
溶胶凝胶法制备纳米薄膜材料
实验名称：溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜材料纳米TiO2具有许多特殊功能,如良好的抗紫外线性能、耐化学腐蚀性能和耐热性、白度好、可见光透射性好以及化学活性高等。
TiO2纳米材料还具有净化空气、杀菌、除臭、超亲水性等功能,已广泛应用于抗菌陶瓷,空气净化器、不用擦拭的汽车后视镜等领域,20世纪80年代末纳米发展起来成为主要的纳米材料之一。
研究表明,紫外线过量照射人体,会使人的记忆力减退、反应迟钝、视力下降、易失眠等影响。
在玻璃上负载TiO2膜可以有效地吸收紫线。
本次实验利用溶胶凝胶法制备TiO2纳米薄膜材料，在一定程度上是对TiO2在实际生活中应用的尝试。
一．实验目的1.了解溶胶-凝胶法制备纳米薄膜材料的应用。
2.掌握溶胶-凝胶法制备纳米薄膜材料的原理以及实际应用。
3.掌握XRD颜射原理以及实际操作技能。
4.掌握根据X-射线衍射图分析晶体的基本方法。
5.二．实验原理溶胶．凝胶法（Ｓ０１．Ｇｅｌ法，简称S.G法）就是以无机物或金属醇盐作前驱体，在液相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。
溶胶．凝胶法就是将含高化学活性组分的化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体。
其基本反应如下：(l）水解反应：M(OR)n + H2O → M (OH) x (OR) n－x + xROH(2) 聚合反应：－M－OH + HO－M－→ －M－O－M－+H2O－M－OR + HO－M－→ －M－O－M－+ROH三．实验器材：实验仪器：移液管（10ml）1只量筒（50ml）1只吸量管（5ml）2只小烧杯（100ml ) 2只载玻片若干滴管2只恒温磁力搅拌器1台恒温干燥箱1台原子吸光光度计1台X-射线衍射仪1台马弗炉1台实验原料：三乙醇胺（AR)乙醇（AR）钛酸丁酯（AR）四．实验过程1.取载玻片若干片（一般4-5）片，先用丙酮清洗，再用去离子水清洗，放在烘箱中烘干编号备用。
溶胶凝胶法
溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法(Sol-Gel法，简称S-G法)就是以无机物或金属醇盐作前驱体，在液相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。
溶胶-凝胶法由于其前驱物及其反映条件的不同可以分为以下几种制备方法。
l、金属醇盐水解法该方法的基本过程是将醇盐溶于有机溶剂，然后在搅拌的同时缓慢加入蒸馏水的醇溶液，控制一定的pH值，经反应一定时间即可得到溶胶。
溶胶的化学均匀程度一方面受到前驱液中各醇盐混合水平的影响，这与醇盐之间的化学反应情况密切相关；另一方面，每种醇盐对水的活性也有很大的差异。
当金属醇盐之间不发生反应时，各种金属醇盐对水的活性起决定作用，反应活性的不同导致溶胶不均匀。
添加有机络合剂是克服这些问题切实可行的办法，常用的络合剂有羧酸或β-二酮等添加剂。
2、强制水解法该方法的基本过程是将将所要制备的金属氯化物加到氯化氢的水溶液中，将其加热到沸腾反应一段时间即得到对应的溶胶。
这种方法在制备氧化物在氧化物阳极材料的制备中也得到了较为广泛的应用。
3.金属醇盐氨解法4、原位聚合法及聚合螫合法这种方法的作用机理是有机单体聚合形成不断生长的刚性有机聚合网络，包围稳定的金属螫合物，从而减弱各种不同离子的差异性，减少各金属在高温分解中的偏析溶胶-凝胶法就是将含高化学活性组分的化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。
⑴Sol-Gel法的基本原理及特点S01-Gel法的基本反应步骤如下：1)溶剂化：金属阳离子M z+吸引水分子形成溶剂单元M(H2O)nx+，为保持其配位数，具有强烈释放H+的趋势。
M(H2O)nx+→M(H2O)n-1(OH)(x-1)+H+2)水解反应：非电离式分子前驱物，如金属醇盐M(OR)n与水反应。
溶胶凝胶法制备氧化铁纳米材料
溶胶凝胶法制备氧化铁纳米材料一、实验原料硫酸亚铁：FeSO4·7H2O，分析纯；柠檬酸：C6H8O7·H2O，分析纯；聚乙二醇6000：化学纯，平均分子量为5500～7000；无水乙醇：分析纯；去离子水。
二、实验步骤将烧杯依次用质量分数15％的盐酸、去离子水在超声清洗仪中洗涤。
以去离子水与无水乙醇混合物作溶剂（体积比为3∶2），将质量分数分别为8.3％～9.2％、1.1％～1.5％、1.8％～2.3％的柠檬酸、硫酸亚铁和聚乙二醇加入上述溶剂，并在磁力搅拌的条件下溶解以配制前驱物。
在80～85℃水浴蒸发至湿凝胶，130℃条件下干燥发泡以获得干凝胶，凝胶在一定温度下煅烧而得氧化铁粉体。
三、表征测试1、粒径分析①开机预热15-20分钟。
②运行颗粒粒径测量分析系统。
③向样品池中倒入分散介质，分散介质液面没过进水口上侧边缘，打开排水阀，当看到排水管有液体流出时关闭排水阀（排出循环系统的气泡），开启循环泵，使循环系统中充满液体，然后关掉循环泵。
④点击“文件”“新建”选择合适的路径（如果之前已建有文件位置，可跳过这一步），然后再点“文件”“打开”找到刚才新建的文件夹打开。
点击“设置”“测试信息”然后“保存”“退出”后输入样品名称后点击保存。
⑤粒度分析仪打开循环泵，点“测试”按钮，然后在弹出框点击确定使测试软件进入基准测量状态；点击刷新，然后按“下一步”按钮，系统十秒后自动进入测试状态。
⑥软件自动到测试界面后，关闭循环泵和搅拌，抬起搅拌，将适量样品（根据遮光比控制加入样品的量）放入样品池中，如有必要可加入相应的分散剂。
⑦启动超声，并根据被测样品的分散难易程度选择适当的超声时间（一般为1-10分钟）；启动搅拌器，并调节至适当的搅拌速速，使被测样品在样品池中分散均匀。
⑧启动循环泵，测试软件窗口显示测试数据，当数据稳定时，点击随机按钮存储测试数据。
⑨数据存储完毕，打开排水阀，被测液排放干净后关闭排水阀，加入清水或其他液体冲洗循环系统，重复冲洗至测试软件窗口粒度分布无显示时说明系统冲洗完毕；如果选择有机溶剂作为介质时，要清洗掉粘在循环系统内壁上的油性东西。
溶胶凝胶法制备的纤维材料
不连续
连续 不连续 不连续 不连续 不连续 不连续 不连续 不连续
－
有 － － － － － － －
6.1.2 溶胶-凝胶法制备纤维材料的基本工艺原理
(1)前驱物的反应 溶剂化 水解反应
z M (H 2O) n M (H 2O) n1 (OH ) ( Z 1) H
M (OR) n xH2 O M (OH ) x (OR) n x xROH
6.1.1溶胶-凝胶法制备的纤维材料种类
到目前为止，溶胶-凝胶法可以制备大多数无机陶瓷 纤维，例如氧化硅、氧化锆、氧化铝、氧化钛等氧化物纤 维，SiC、TiC等碳化物纤维，同时还能制备莫来石、石榴 石等多晶陶瓷纤维。 归纳起来，目前采用溶胶-凝胶法制备的典型无机纤 维如表6-1所示。
纤维组成
SiO2 TiO2 ZrO2
2) 催化剂种类 在醇盐水解-缩聚产物结构控制中，催化剂种类往往起决 定性的作用，这是由于酸、碱催化机理不同造成的。
6.2溶胶-凝胶法制备SiO2玻璃纤维
6.2.1 SiO2玻璃纤维的现状 SiO2玻璃纤维有多种，以高硅氧玻璃纤维性能最好，其英文 名为High-Silica glass fiber，属于特种玻璃纤维。该纤维强度不 高，但是它的耐高温性能非常好，可在900℃下长期使用，短时 间可耐1200℃的高温，是一种优良的耐烧蚀材料和隔热材料， 已在国防、宇航、黑色及有色金属熔体净化过滤方面获得应用， 它是高科技纤维之一。 连续玻璃纤维工业奠基于上个世纪的30年代末，经过65年的 发展，已形成一门独立的工业体系，目前连续玻璃纤维产品有 数千个品种与规格，在国民经济各部门获得5万多种用途，成为 现代工业材料家族中重要的一员 。
不连续
不连续 不连续 连续，不连续 不连续 不连续 不连续 不连续 不连续
溶胶-凝胶化学法材料工艺实验报告
溶胶-凝胶化学法材料工艺实验报告
罗强材料物理112 2011034070
一、实验原理
溶胶凝胶法：溶胶凝胶法是以凝胶作为扩散和支持介质，使一些在溶液中进行的化学反应通过凝胶扩散缓慢进行，从而使溶解度较小的反应物在凝胶中逐渐形成晶体的方法。
二、实验仪器与药品
乙酸锌、电子天平、烧杯、玻璃棒、乙醇、量筒、乙醇胺、移液管、磁力搅拌器、燥箱、研钵、压片机、XRD衍射仪。
三、实验过程
1、计算实验所需的乙酸锌样品和乙醇胺的量，乙酸锌样品：10.8395g，乙醇胺：2.75mL。
2、用电子天平称取定量的乙酸锌样品置于烧杯中，用量筒量取100ml乙醇倒入烧杯。
3、把烧杯放入磁力搅拌器中在室温下搅拌5min。
4、用移液管量取2.75mL乙醇胺滴入烧杯中，把磁力搅拌器温度设置为60℃，控制搅拌速度。
当温度达到60℃时开始计时，30min后取出烧杯静置，并把搅拌器中的水倒掉。
5、由于时间原因，后续的制干凝胶、压片等工序均由老师完成。
6、用XRD衍射仪对压出来的片子进行衍射实验。
四、数据处理与分析
从图上可以看出我们组所得到的基片用XRD衍射仪测试时得到的最匹配物质就是ZnO。
会得到这样好的结果，主要是因为乙醇是易挥发性物质，在烘箱中制干凝胶时，乙醇会全部被蒸去，所以ZnO的浓度就很高。
五、实验思考
溶胶凝胶法制备材料最大的一个缺点就是周期长，所以这次试验制备的一些过程都由老师代替完成了，同学们动手的机会就相对少了一点。
但溶胶凝胶法制备材料是一种很普遍的方法，所以无论是在实验室还是在工业上这种方法都应用的比较多。
溶胶-凝胶法
成混合溶液，经凝胶化、热处理后，一般都能
获得性能指标较好的粉末。这是由于凝胶中含
有大量液相或气孔，使得在热处理过程中不易
使粉末颗粒产生严重团聚，同时此法易在制备
过程中控制粉末颗粒度。
溶胶-凝胶法制 备氧化铝纤维
实验方法
通过混合铝三异丙醇 和蒸馏水在酸性催化 剂存在的条件下回流 制备溶胶。
在溶胶中添加不同量的粘 结剂可获得可纺性，在适 当的粘度下，将溶胶装入 注射器中，在氨溶液的条 件下可制得纤维。
气氛炉合成
微波合成
烧结方式
超细ZrB2粉体
超细ZrB2粉体合成工艺流程图
使用溶胶-凝胶法 制备ZrB2粉体， 不但样品的粒径 达到了纳米级的 要求，而且样品 的纯度也比其他 方法要高的多。
样 品
粒径(nm) 纯度(%)
Zr:4B:25C
34.76 91.17
• 运用溶胶—凝胶法，将所需成分的前驱物配制
等离子体扫描烧结铝酸盐前驱体， 可得到适当厚度的无裂纹的薄膜， 而且等离子体扫描烧结所需的热量 要显著低于常规炉烧结的热量。
• 制备涂层和薄膜材料是溶胶—凝胶法最
有前途的应用方向。其制备过程为: 将溶 液或溶胶通过浸渍法或转盘法在基板上 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)的膜或涂层。 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。
互连接的坚实的网络。
原理
• 不论所用的前驱物(起始原料) 为无机盐或金属
醇盐，其主要反应步骤都是前驱物溶于溶剂(
水或有机溶剂) 中形成均匀的溶液，溶质与溶
剂产生水解或醇解反应，反应生成物聚集成1
nm 左右的粒子并组成溶胶，溶胶经蒸发干燥
溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是一种制备纳米材料的方法，也被称为凝胶法或者凝胶-溶胶法。
该方法通过溶液中的化学反应和物理作用，使得溶胶逐渐转变为凝胶，最终形成纳米材料。
在溶胶-凝胶法中，首先需要制备溶胶。
溶胶是一种均匀分散的胶体，由纳米颗粒和分散介质组成。
通常使用溶胶前驱体（例如金属盐或有机化合物）在溶剂中进行水解、聚合、凝聚等反应，形成纳米颗粒。
这些纳米颗粒在溶剂中均匀分散，形成溶胶。
接着，将溶胶放置在适当的条件下，使其逐渐转变为凝胶。
凝胶是一种高度交联的三维结构，由纳米颗粒和分散介质形成。
凝胶的形成通常是由于溶胶中的纳米颗粒之间发生了相互作用，例如静电吸引力、范德华力、氢键等。
凝胶的形成过程可以通过控制温度、pH值、添加剂等条件进行调控。
最后，将凝胶进行热处理或化学处理，使其形成纳米材料。
热处理可以通过高温煅烧，使凝胶中的纳米颗粒结晶成为纳米晶体。
化学处理可以通过还原、氧化等反应，使凝胶中的纳米颗粒发生化学变化，形成不同的纳米材料。
溶胶-凝胶法具有制备多种纳米材料的优点，例如金属氧化物、金属纳米颗粒、碳纳米管等。
该方法具有制备成本低、制备过程简单、纳米材料形貌可控等优点。
因此，溶胶-凝胶法在纳米材料制备领域中得到了广泛的应用。
溶胶凝胶制备实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解溶胶凝胶法制备陶瓷材料的基本原理和过程；2. 掌握溶胶凝胶法制备陶瓷材料的实验操作技巧；3. 熟悉陶瓷材料的性能测试方法。
二、实验原理溶胶凝胶法是一种以无机前驱体为原料，通过水解、缩聚反应形成溶胶，然后通过干燥、凝胶化、热处理等步骤制备陶瓷材料的方法。
该法制备的陶瓷材料具有纯度高、颗粒细、化学均匀性好等优点。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：金属醇盐、水、乙醇、氨水、盐酸、硝酸等；2. 实验仪器：磁力搅拌器、烧杯、量筒、玻璃棒、烘箱、干燥器、电子天平、X 射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等。
四、实验步骤1. 溶胶制备（1）将金属醇盐溶于乙醇中，配制成一定浓度的醇盐水溶液；（2）加入氨水调节pH值至7-8；（3）在室温下搅拌，使其充分水解；（4）加入适量的盐酸，调节pH值至5-6；（5）继续搅拌，形成均匀的溶胶。
2. 凝胶制备（1）将溶胶倒入烧杯中，室温下静置，使溶胶逐渐凝胶化；（2）待凝胶形成后，将其取出，用滤纸过滤；（3）将过滤后的凝胶放入烘箱中，于80℃下干燥12小时；（4）取出干燥后的凝胶，放入干燥器中备用。
3. 热处理（1）将干燥后的凝胶放入烘箱中，于600℃下煅烧2小时；（2）取出煅烧后的样品，放入干燥器中备用。
4. 性能测试（1）X射线衍射（XRD）测试：用于分析样品的物相组成；（2）扫描电子显微镜（SEM）测试：用于观察样品的微观形貌；（3）抗折强度测试：用于测试样品的力学性能。
五、实验结果与分析1. XRD测试结果实验制备的陶瓷材料主要由钙钛矿型结构组成，与理论值相符。
2. SEM测试结果实验制备的陶瓷材料表面光滑，无明显缺陷，微观形貌良好。
3. 抗折强度测试结果实验制备的陶瓷材料抗折强度达到30MPa，满足工程应用要求。
六、实验总结1. 通过溶胶凝胶法制备陶瓷材料，可以制备出具有良好性能的陶瓷材料；2. 实验过程中，应注意控制溶胶的pH值、凝胶化时间、干燥温度等参数，以获得最佳的制备效果；3. 溶胶凝胶法制备的陶瓷材料具有纯度高、颗粒细、化学均匀性好等优点，在工程应用中具有广泛的前景。
溶胶凝胶法制备氢氧化铝
摘要溶胶凝胶法是备制氢氧化铝的粉体的方法之一，是利用不同的前驱物（铝的无机化合物、铝的有机化合物）在一定PH值、水浴温度、搅拌速度的控制下水解制成氢氧化铝胶体，然后再在一定条件下转化为凝胶，经过干燥，研磨制得具有一定粒径、比表面积和晶型的超细氢氧化铝粉体。
关键词溶胶凝胶法氢氧化铝粉体AbstractPrepared by sol-gel method is made of aluminum hydroxide, one of the ways is powdery using different precursors (aluminum inorganic compounds, aluminum of organic compounds) in certain PH value, stretching temperature, stirring speed under the control of the hydrolysis colloidal, then made aluminum hydroxide in certain conditions into gel, after drying, grinding system has a certain size, specific surface area and the type of super-fine powder.Key word： sol-gel Aluminum hydroxide powder前沿超细氢氧化铝具有阻燃、消烟、填充多种功能，是一种重要的无机环保型阻燃材料。
它相比较与有机阻燃材料燃烧时产生大量的烟雾、腐蚀性气体和有毒气体等缺点，无机阻燃剂具有热稳定较好、不产生腐蚀性气体、不挥发、效果持久、没有毒性、价格低廉以及对环境危害小的优点。
氢氧化铝在常温下化学性质和物理性质比较稳定，燃烧时又不会产生二次污染，分散性和白度高。
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主要内容
• 3.1 溶胶-凝胶法采用的原料分类及作用 • 3.2 溶胶-凝胶法采用的金属醇盐 • 3.2.1 金属醇盐的种类 • 3.2.2 金属醇盐的合成 • 3.2.3 金属醇盐的特性
3.1溶胶-凝胶法采用的原料分类及作用
• 表3-1 溶胶-凝胶法的原料种类及作用
伯醇>仲醇>叔醇。
4)金属铍、镁和铝在不使用用催化剂的情况下，不 能直接与醇反应。但若在反应体系中添加微量的I2 或HgCl2，它们就能与醇起反应生成醇盐。
这种方法被成功应用于镧系和硅的醇盐的合成。
5)在使用直接法合成醇盐的过程，有一个共同特点， 反应速度随产物的不断增加而降低，这是由于醇的 浓度变稀和酸性下降所致。
M
nROH
M(RO)n
n 2
H2
式中M为金属元素，R是烷基
1)只有非常活泼的金属，才能以这种方式与醇反应，反
应条件也比金属从酸中置换出氢要苛刻。
2)这些金属一般包括碱金属和除Mg、Be外的碱土金属。
3)此种反应的可能性随金属的电正性增加而增大。 醇对反应速度也产生影响。
对于同一种金属原子，它能与醇反应的活性依次是：
1971年，H.Dislich用溶胶-凝胶法从金属醇盐为前驱体开拓性 地获得陶瓷氧化物材料。
目前，这一方法用于合成多组分功能陶瓷氧化物涂层，超细 粉体材料，玻璃材料，光导纤维，玻璃旋涂材料、浸涂材料 等，金属醇盐得到了广泛的应用。
3.2.2.2 单金属醇盐合成方法
(1)金属与醇直接反应或催化下的直接反应
Al
Al(OCH3)3， Al(OC2H5)3(s)， Al(i-OC3H7)3(s)， Al(i-OC4H9)3(s)
3.2.2金属醇盐的合成
1.醇盐化学的发展概况
(1)1846－1950年，醇盐制备初期阶段 仅合成出了Si， B， Al， Ti， P， As， Sb、碱金属
等12种元素的醇盐 , 铝醇盐的制备尤为重要。
金属化合物的水解催 化或螯合作用Fra bibliotek添加剂
水解控制剂
分散剂
干燥开裂控 制剂
乙酰丙酮等
聚乙烯醇（PVA）等
乙二酸(草酸)、甲酰胺、二甲基甲酰胺、 二氧杂环乙烷等
控制水解速度 溶胶分散作用
防止凝胶开裂
3.2溶胶-凝胶法采用的金属醇盐 3.2.1金属醇盐的种类
表3-2 溶胶-凝胶原料的金属醇盐种类
表3-2 溶胶-凝胶原料的金属醇盐种类
金属醇盐的替代物
水 溶剂
H2O
水解反应的必须原料
甲醇、乙醇、丙醇、丁醇（溶胶-凝胶主要 的溶剂）、乙二醇、环氧乙烷、三乙醇胺、 二甲苯等（溶解金属化合物）
溶解金属化合物，调 制均匀溶胶
催化剂及螯合剂
盐酸、Ｐ-甲苯磺酸、乙酸、琥珀酸、马来 酸、硼酸、硫酸、硝酸、醋酸；氨水、氢
氧化钠；EDTA和柠檬酸等
双金 属醇
盐
La-Al Mg-Al Ni-Al Zr-Al Ba-Zr
La[Al(iso-OC3H7)4]3 Mg[Al(iso-OC3H7)4]2，Mg[Al(sec-OC4H9)4]2 Ni[Al(iso-OC3H7)4]2 (C3H7O)2Zr[Al(OC3H7)4]2 Ba[Zr(OC2H5)9]2
3)金属氧化物与二烷基碳酸酯的反应也能生成金属醇 盐
例如:
(R 3Sn)2 O R' OCOOR' 2R 3SnOR' CO 2
BuSn－O－SnBu EtOH 或PriOH 不反应
BuSn －O－SnBu
(2)金属氧化物或氢氧化物与醇反应
1)这种反应过程可表示为：
M(OH) n + nH2O M(OR) n + nH2O
或 MOn 2nROH M(OR) 2n nH2O
2)这项技术也被成功地应用于B， Si， Ge， Sn， Pb， As， Se， V和Hg的金属醇盐的合成上，反应 进行的程度，在某种程度上取决于金属氯化物和溶 剂的性质及醇的沸点。
(2)1950－1970年，金属醇盐的全面制备和催化应用 阶段
从单纯的尝试走向了系统的研究，醇盐作为催化剂或
制备催化剂的原料而受到广泛关注 。
(3)1970年－现在，金属醇盐的制备及材料应用阶段
1846年Ebelman发现Si(OEt)4与水混合，生成了一种整块的产 品，由此得到了“SiO2玻璃”。 1969年，H.Shcoder提出 Al， Zn， Ti， Sn， Pb，Ta， Cr， Fe， Ni和Co等氧化物的涂层也极易获得
金属元素
表3-3 常用的金属醇盐 金属醇盐
Si
Si(OCH3)4(l)， Si(OC2H5)4(l)， Si(i-OC3H7)4(l)， Si(i-OC4H9)4
Ti
Ti(OCH3)4(s)， Ti(OC2H5)4(l)， Ti(i-OC3H7)4(l)， Ti(i-OC4H9)4(l)
Zr
Zr(OCH3)4(s)， Zr(OC2H5)4(s)， Zr(i-OC3H7)4(s)， Zr(i-OC4H9)4(s)
原料种类
实例
作用
溶胶-凝胶法最合适
金属醇盐 金
M(OR)n 〔Si(OC2H5)4、PO(OC2H5)3〕
的原料，提供金属元 素
属 化 金属乙酰丙酮盐
Zn(COCH2COCH3)2
金属醇盐的替代物
合
物
金属有机酸盐
醋酸盐（M(C2H3O2)n）〔Zn(CH3COO)2、 Ba(HCOO)2〕、草酸盐〔M(C2O4)n-2〕
金属 醇盐
单金 属醇
盐
族
ІA ІB ⅡA ⅡB ⅢA ⅢB ⅣA ⅣB ⅤA ⅤB Ⅵ 稀土
金属
醇盐实例
Li，Na
Cu Ca，Sr，Ba
Zn B，Al，Ca
Y Si，Ge
Pb P，Sb V，Ta
W La，Na
LiOCH3(s)，NaOCH3(s) Cu(OCH3)2(s) Ca(OCH3)2(s)，Sr(OC2H5)2(s)，Ba(OC2H5)2(s) Zn(OC2H5)2(s) B(OCH3)3(s)，Al(OC3H7)3(s)，Ga(OC2H5)3(s) Y(OC4H9)3 Si(OC2H5)4(l)，Ge(OC2H5)4(l) Pb(OC4H9)4(l) P(OCH3)3(l)， Sb(OC2H5)3(l) VO(OC2H5)3(l)，Ta(OC3H7)5(l) W(OC2H5)6(s) La(OC3H7)(s)，Nb(OC2H5)3(s)