文档介绍：第一部分溶胶-凝胶法 目录
基本概念
发展历程
基本原理和工艺过程
常用测试方法
应用举例
优势,缺陷
未来
溶胶-凝胶法的基本概念
胶体(colloid)是一种分散相粒径很小的分散体系,分散相粒子的重力可以忽略,粒子之间的相互作用主要是短程作用力。
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1~1000nm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。
溶胶(Sol)是由孤立的细小粒子或大分子组成,分散在溶液中的胶体体系。
当液相为水时称为水溶胶(Hydrosol);当为醇时称为醇溶胶(alcosol)。
凝胶(Gel)是一种由细小粒子聚集而成三维网状结构的具有固态特征的胶态体系,凝胶中渗有连续的分散相介质。
按分散相介质不同可分为水凝胶(Hydrogel)、醇凝胶(alcogel)和气凝胶(aerogel)
沉淀物(precipitate)由孤立粒子聚集体组成而区别于凝胶。
溶胶、凝胶和沉淀物的区分
实例
将一种或几种盐均匀分散在一种溶剂中,使它们成为透明状的胶体,即成溶胶。
将溶胶在一定条件下(温度、酸碱度等)进行老化处理,得到透明状的冻状物即称凝胶。
溶胶-凝胶(Sol-Gel)法可精确控制各组分的含量,使不同组分之间实现分子/原子水平上的均匀混合,而且整个过程简单,工艺条件容易控制。
凝胶的形成与划分
凝胶形成机理通常须经过三个必要的过程:
a).单体聚合成初次粒子;
b).粒子长大;
c).粒子交联成链状且形成三维网状结构。
溶胶-凝胶法的基本概念
简单的讲,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。
溶胶-凝胶法的基本概念 -溶胶与凝胶的结构比较
溶胶
无固定形状
固相粒子自由运动
凝胶
固定形状
固相粒子按一定网架结构固定不能自由移动
这种特殊的网架结构赋予凝胶很高的比表面。
溶胶-凝胶法的发展历程
,发现在湿空气中发生水解并形成了凝胶。
。
-B2O-Al2O3-Na2O-K2O多组分玻璃。
。
80年代以来,在玻璃、氧化物涂层、功能陶瓷粉料以及传统方法难以制得的复合氧化物材料得到成功应用。
溶胶-凝胶法的基本原理
溶剂化:
M(H2O)nz+=M(H2O)n-1(OH)(z-1)+H+
水解反应:
M(OR)n+xH2O=M(OH)x(OR)n-x+xROH------M(OH)n
缩聚反应
失水缩聚:-M-OH+HO-M-=-M-O-M-+H2O
失醇缩聚:-M-OR+HO-M-=-M-O-M-+ROH
溶胶-凝胶法的基本原理 -水解反应机理
溶胶-凝胶法的基本原理 -缩聚反应机理