文档介绍：关于溶胶凝胶合成法
第一页，讲稿共六十八页哦
目 录
基本概念
溶胶-凝胶法发展历程
溶胶-凝胶基本原理
溶胶-凝胶合成方法的适用范围
溶胶-凝胶工艺过程
溶胶-凝胶合成方法应用举例
第二页，讲稿共六十八页稿共六十八页哦
胶体稳定原理-DLVO理论
颗粒间的范德华力
双电层静电排斥能
粒子间总作用能
溶胶是固体或大分子颗粒分散于液相的胶体体系，具有很大的界面存在，界面原子的吉布斯自由能比内部原子高，粒子间便有相互聚结从而降低表面能的趋势。
增加体系中粒子间结合所须克服的能垒可使之在动力学上稳定。增加粒子间能垒通常有三个基本途径：(1)使胶粒带表面电荷；(2) 利用空间位阻效应；(3)利用溶剂化效应。
第十一页，讲稿共六十八页哦
溶胶稳定机制
溶胶颗粒表面电荷来自胶粒晶格离子的选择性电离，或选择性吸附溶剂中的离子。
金属氧化物水溶胶，一般优先吸附H＋或OH－。当pH>PZC时，胶粒表面带负电荷；反之，则带正电荷。
根据DLVO理论，胶粒受到双电层斥力和长程范德华引力二种作用，此外，胶粒间相互作用还有分子间的范德华力和由表层价电子重叠引起的短程波恩斥力。
第十二页，讲稿共六十八页哦
－凝胶合成方法基本原理
水解反应：M(OR)n + xH2O → M(OH) (OR)n-1 + xR-OH
缩聚反应：(OR)n-1M-OH + HO-M(OR)n-1 → (OR)n-1M-O-M(OR)n-1 + H2O
m(OR)n-2 M(OH)2 → [(OR) n-2M-O]m + mH2O
m(OR)n-3 M(OH)3 → [(OR) n-3M-O]m + mH2O + mH+
羟基与烷氧基之间也存在缩合反应 :
1、醇盐的水解-缩聚反应
(OR)n-x(HO)x-lM-OH + ROM(OR)n-x-l (OH)x →
(OR)n-x(OH)x-lM-O-M(OR)n-x-l(OH)x + R-OH
第十三页，讲稿共六十八页哦
－凝胶合成方法基本原理
溶胶凝胶合成中常用的醇盐
阳离子
M(OR)n
阳离子
M(OR)n
Si
Si(OCH3)4
Si(OC2H5)4
Ge
Ge(OC2H5)4
Al
Al(O-iC3H7)3
Al(O-sC4H9)3
Zr
Zr(O-iC3H7)4
Ti
Ti (O-iC3H7)4
Ti(OC4H9)4
Ti(OC5H7)4
Y
Y(OC2H5)3
B
B(OCH3)3
Ca
(OC2H5)2
1、醇盐的水解-缩聚反应
第十四页，讲稿共六十八页哦
水解反应：Mn+ ＋nH2O → M(OH)n ＋ nH+
凝胶化
2、无机盐的水解-缩聚反应
－凝胶合成方法基本原理
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。
第十五页，讲稿共六十八页哦
在较高的温度下通过可控制的
成核作用和晶体生长获得溶胶
金属盐在过量碱作用下于室温迅速水解形成凝胶状沉淀，将过量电解质洗去，加入强酸在较高的温度下分散成溶胶
2、无机盐的水解-缩聚反应：浓缩法和分散法
－凝胶合成方法基本原理
第十六页，讲稿共六十八页哦
溶胶－凝胶合成方法的适用范围
第十七页，讲稿共六十八页哦
块体材料
多孔材料
纤维材料
复合材料
粉体材料
薄膜及
涂层材料
溶胶凝胶
第十八页，讲稿共六十八页哦
溶胶－凝胶合成法制备的块体材料是指具有三维结构，且每一维尺度均大于1mm的各种形状且无裂纹的产物。
根据所需获得材料的性能需求，将前驱体进行水解、溶胶、凝胶、老化和干燥，最终通过热处理工艺获得材料 。
该方法制备块体材料具有纯度高、材料成分易控制、成分多元化、均匀性好、材料形状多样化、且可在较低的温度下合成并致密化等优点 。
可以用于制备各种光学透镜、功能陶瓷块、梯度折射率玻璃等 。
成本较高，生产周期长，故不适宜材料大规模的生产 。
第十九页，讲稿共六十