溶胶凝胶合成技术精要.ppt

1第8章溶胶-凝胶合成技术 1. 概述 2. 溶胶-凝胶过程(sol-gel) 3. 无机盐的水解-缩聚反应 4. 金属有机物的水解-缩聚反应 5. 溶胶-凝胶法在无机合成中的应用 2 1. 概述?典型的软化学合成路线, ?历史可以追溯到 19 世纪, ? 1980 年代以来,发展很快; ?在软化学合成中占重要地位, 是现代无机合成的主要方法。 3概述?共沉淀法, 高温固相合成的替代方法; ?该法已在制备性能优良陶瓷、玻璃、涂层、薄膜、纤维、复合材料等方面获得应用, 也用于制备纳米粒子。 4特点: ,在短时间内获得分子水平上的均匀混合; 2. 制备温度低与固相反应比,反应在较低温度进行,体系中组分在纳米范围内扩散, (固相反应,在微米范围内扩散); 3. 溶胶前驱物可提纯, 可制备高纯材料; 4. 经溶液反应步骤,易实现分子水平上的均匀定量掺杂; , 有利于通过喷射、涂覆、浸渍等方法在温和条件下制备出陶瓷、玻璃、膜、纤维、超微材料和复合材料等。或特种聚集态(如: YBa 2 Cu 3O 7-x超导氧化膜)。 5 Sol-gel 法的不足?所用原料价格比较昂贵,有些原料有毒; ?通常制备周期较长,常需几天或几周; ?凝胶中存在大量微孔,干燥过程中逸出气体及有机物,产生结构收缩,导致大量缺陷。 6 2. 溶胶-凝胶(sol-gel) 过程溶胶(sol) :胶体溶液(colloidal solution) ; 凝胶(gel) 胶凝作用( gelation ) : 溶胶?凝胶 7 溶胶(sol) :胶体溶液(colloidal solution) 固体颗粒(1 ~ 100nm) 分散于介质中形成的多相体系, 是指胶体颗粒分散悬浮在连续相介质中的液体。?; ?采用金属有机物前驱体,如醇盐在有机溶剂中控制水解,通过分子簇的缩聚形成有机聚合物溶胶的方式, 这种溶胶叫化学胶。 溶胶-凝胶(sol-gel) 过程 8 溶胶-凝胶(sol-gel) 过程凝胶(gel) : ?溶胶失去流动性,变成半刚性(semi-rigid) 的固相体系, 内部呈网络结构,网络间隙中含有液体的固体,称作~。?胶凝作用( gelation ) : 溶胶?凝胶胶凝过程: 从粘性溶胶转变成粘弹性的凝胶而固化的过程,体系流变性质突变点称为胶凝点,即 sol-gel 的转变点; 不同体系的胶凝时间差别很大,从几秒到几个小时不等。 9 溶胶-凝胶(sol-gel) 过程?前驱物分散在溶剂中, ?水解/醇解生成活性单体, ?活性单体进行缩合,开始成为溶胶(Sol) , ?溶剂脱出生成一定空间结构的凝胶(Gel) , ?干燥和热处理。分子前驱物→聚合物或粒子聚集体→小粒子簇(溶胶) →大粒子簇(凝胶)→三维网络(晶态或非晶态) 10 基本原理和过程醇盐或无机盐 sol gel 晶态/非晶态 1. 溶胶的制备(控制沉淀的颗粒大小) 2. 溶胶-凝胶转化(化学法、物理法) 3. 凝胶干燥(使溶剂蒸发) 水解干燥, 煅烧