《溶胶——凝胶法及其应用》讲义（王树东）

Seminar I 溶胶一凝胶法及其应用 学生:彭家喜 导师:王树东研究员 2021/2/24

溶胶－凝胶法及其应用 学生：彭家喜 导师：王树东 研究员 2021/2/24 Seminar Ⅰ

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

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

溶胶一凝胶法的基本概念 胶体(co‖oid)是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－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

溶胶一凝胶法的基本概念 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 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 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

溶胶一凝胶法的基本概念 溶胶与凝成的结构比较 溶胶无固定形状固相粒子自由运动 固相粒子按一定网 凝胶 固定形状架结构固定不能自 由移动 这种特殊的网架结构赋予凝胶很髙的比表面

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

溶胶一凝胶法的发展历程 ■1846年法国化学家J. Ebelmen用siCl4与乙醇混 合后,发现在湿空气中发生水解并形成了凝胶。 20世纪30年代 W Geffcken证实用金属醇盐的水 解和凝胶化可以制备氧化物薄膜。 ■1971年德国 H Distich报道了通过金属醇盐水解制 备了So2-B2OA2O3-Na2O-K2O多组分玻璃。 1975年B. E Yoldas和 M. Yamane制得整块陶瓷材 料及多孔透明氧化铝薄膜 ■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－凝胶法的发展历程 ◼ 1846年法国化学家J.J.Ebelmen用SiCl4与乙醇混 合后，发现在湿空气中发生水解并形成了凝胶。 ◼ 20世纪30年代W.Geffcken证实用金属醇盐的水 解和凝胶化可以制备氧化物薄膜。 ◼ 1971年德国H.Dislich报道了通过金属醇盐水解制 备了SiO2 -B2O-Al2O3 -Na2O-K2O多组分玻璃。 ◼ 1975年B.E.Yoldas和M.Yamane制得整块陶瓷材 料及多孔透明氧化铝薄膜。 ◼ 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

溶胶一凝胶法的基本原理 溶剂化: M(H2O)n2+=M(H2O)n=1(OH)(2-1)+H+ 水解反应: M(OR)n+×H2O=M(OH)X(OR)x+×ROH M(OHn 缩聚反应 失水缩聚:-M-OH+HOM-=MO-M-+H2O 失醇缩聚:-M-OR+HO-M-=-M-O-M-+ROH

溶胶－凝胶法的基本原理 ◼ 溶剂化： M(H2O)n z+=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

溶胶一凝胶法的基本原理 水解反应机理 OROR a OR OR hydroxy oH M OR A OR completely hydrolysis M R OH 2aa984a...,..99 monomer

溶胶－凝胶法的基本原理 －水解反应机理

溶胶一凝胶法的基本原理 缩聚反应机理 OH OR OH OR OH condensation cross-link OH OR e oH R like st Case OH。R·一OHOR condensation OR cluster oH o目 OR 3-D stncture OH OH cluster OH H OH partiche-Eike structure polymer

溶胶－凝胶法的基本原理 －缩聚反应机理

溶胶一凝胶法的工艺过程 888888 Solvent Racoon Uniforn Partcles Sol Ge eroge Gelaton vaporation Evaporation Xerogel Film of solvent Fibers Xero Film AR Glass Ceramics He Heat Sensor Sealing Glasses Catalyste Catalyst Supports Dielectric Fiber Optc Performs Dense FIm Protective Controlled-Pare Glasses Dense Ceramic

溶胶－凝胶法的工艺过程