中国科学技术大学：《陶瓷科学与工艺学》课程教学课件（讲稿）粉体制备（溶胶－凝胶合成法）

4.8.1溶胶一凝胶法的基本概念 (1)胶体粒子：是指1-100nm粒子 (2)胶体体系是指分散介质(dispersing medium) 中含有分散相(dispersed phase)胶体粒子，一般分为： A.气溶胶(Aerosol)),分散介质为气体 气-固溶胶(sg) 如烟，含尘的空气 气-液溶胶(Wg) 如雾，云 B.液溶胶，分散介质为液体 液-固溶胶(Sol,dispersion),(s)AIOOH、Agl溶胶 液-液溶胶(Emusion),(川)牛奶，石油原油等乳状液 液.气溶胶(Foam),(gl川泡沫

2 (1) 胶体粒子：是指 1-100nm粒子 (2) 胶体体系是指分散介质(dispersing medium) 中含有分散相(dispersed phase)胶体粒子, 一般分为: A.气溶胶(Aerosol), 分散介质为气体 气-固溶胶 (s/g) 如烟，含尘的空气 气-液溶胶 (l/g) 如雾，云 B.液溶胶, 分散介质为液体 液-固溶胶(Sol, dispersion), (s/l) AlOOH 、AgI溶胶 液-液溶胶(Emusion), (l/l) 牛奶，石油原油等乳状液 液-气溶胶(Foam), (g/l) 泡沫 4.8.1 溶胶－凝胶法的基本概念

4.8.1溶胶一凝胶法的基本概念 C固溶胶，分散介质为固体（固体乳胶） 固-固溶胶(Solid dispersion),(s/s),有色玻璃， 固-液溶胶(Solid emusion),(Ws),如珍珠，某些宝石 固-气溶胶(Solid(Foam),(g/s),泡沫塑料 分散相 水 乳脂 水 分散介质 空气 水 蛋白质

3 C.固溶胶, 分散介质为固体 (固体乳胶) 固-固溶胶(Solid dispersion ), (s/s), 有色玻璃， 固-液溶胶(Solid emusion), (l/s), 如珍珠，某些宝石 固-气溶胶(Solid (Foam) , (g/s ), 泡沫塑料 4.8.1 溶胶－凝胶法的基本概念 分 散 相 分散介质 乳脂 空气 水 水 蛋白质 水

4.8.1溶胶一凝胶法的基本概念 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1~100nm之间。 光束在蛋白溶液中七 凝胶(G)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 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 *特殊的网架结构赋予凝胶很高的比表面积*

4 4.8.1 溶胶－凝胶法的基本概念  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1～100nm之间。 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 * 特殊的网架结构赋予凝胶很高的比表面积 * 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

So1:由孤立的细小粒子或大 3.溶胶与凝胶的比较 分子组成，分散在溶液中的 胶体体系。 Gel:是一种由细小粒子聚集 而成三维网状结构的具有固 聚集的粒子凝胶 (Gels) 态特征的胶态体系，凝胶中 渗有连续的分散相介质。 附离的粒子溶胶 (Sols) ●● 聚集的粒子沉淀物 沉淀物(precipitate.)由孤 Precipitates 立粒子聚集体组成而区别 于凝胶

5 Sol：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。 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。 5 3. 溶胶与凝胶的比较 沉淀物（precipitate）由孤 立粒子聚集体组成而区别 于凝胶

Sol的判断 1869年Tyndal1发现，若令一束会聚光通过溶胶，从 侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆 锥体，这就是Tyndall效应。其他分散体系也会产生 点散射光，但远不如溶胶显著。Tyndall效应实际上 已成为判别溶胶与分子溶液的最简便的方法。 Tyndall.效应 光源 现象：光束在蛋白溶液中也出现明亮的光路 结论：蛋白也是一种胶体 CuSO4溶液

6 Sol的判断 1869年Tyndall发现，若令一束会聚光通过溶胶，从 侧面（即与光束垂直的方向）可以看到一个发光的圆 锥体，这就是Tyndall效应。其他分散体系也会产生一 点散射光，但远不如溶胶显著。 Tyndall效应实际上 已成为判别溶胶与分子溶液的最简便的方法

4.凝胶时间(gel point time):在完成凝胶的大分子聚 合过程中最后键合的时间。 5.前驱物(precursor):所用的起始原料。 6.全属醇盐(metal alkoxide):有机醇-OH上的H为 全属所取代的有机化合物

4.凝胶时间(gel point time)：在完成凝胶的大分子聚 合过程中最后键合的时间。 5.前驱物(precursor)：所用的起始原料。 6.金属醇盐(metal alkoxide)：有机醇-OH上的H为 金属所取代的有机化合物。 7

4.8.1溶胶一凝胶法的基本概念 4溶胶一凝胶法：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。 溶解 水解 缩聚 老化 前驱体 od0o0068 oooaaoo 溶液 溶胶 凝胶 凝胶

8 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。 4.8.1 溶胶－凝胶法的基本概念 溶解 前驱体 溶液 溶胶 凝胶 凝胶 水解 缩聚 老化

溶胶一凝胶法的优势 ■起始原料是分子级的能制备较均匀的材料 ·较高的纯度 ■组成成分较好控制，尤其适合制备多组分材料 ■可降低程序中的温度 ■具有流变特性，可用于不同用途产品的制备 可以控制孔隙度 ■容易制备各种形状纳米颗粒 可以制备薄膜、玻璃纤维、陶瓷纤维、涂层、 玻璃等 9

9 溶胶－凝胶法的优势  起始原料是分子级的能制备较均匀的材料  较高的纯度  组成成分较好控制，尤其适合制备多组分材料  可降低程序中的温度  具有流变特性，可用于不同用途产品的制备  可以控制孔隙度  容易制备各种形状纳米颗粒  可以制备薄膜、玻璃纤维、陶瓷纤维、涂层、 玻璃等

溶胶一凝胶法的缺陷 ·原料成本较高（金属醇盐价格昂贵）； ·存在残留小孔洞； 。存在残留的碳； 。较长的反应时间： ·有机溶剂对人体有一定的危害性； ·所得半成品容易开裂（如薄膜），由于凝胶中液体量大， 干燥时产生收缩引起； ·制备薄膜或涂层时，厚度难以准确控制，薄膜厚度均匀性 也很难控制； ■对于含有多种金属离子的体系来说，获得没有絮凝的均匀 溶胶，也很困难

10 溶胶－凝胶法的缺陷  原料成本较高(金属醇盐价格昂贵)；  存在残留小孔洞；  存在残留的碳；  较长的反应时间；  有机溶剂对人体有一定的危害性；  所得半成品容易开裂（如薄膜），由于凝胶中液体量大， 干燥时产生收缩引起；  制备薄膜或涂层时，厚度难以准确控制，薄膜厚度均匀性 也很难控制；  对于含有多种金属离子的体系来说，获得没有絮凝的均匀 溶胶，也很困难

4.83溶股一碳殿法的适用范围 块体材料 薄膜及 涂层材料 多孔材料 溶胶凝胶 粉体材料 纤维材料 复合材料

11 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 4.8.3 溶胶－凝胶法的适用范围