溶膠凝膠法PPT演示課件

溶膠凝膠法制備薄膜原理及應(yīng)用,1,2020/6/12,一、溶膠-凝膠法的發(fā)展二、溶膠一凝膠法的基本原理三、溶膠一凝膠法工藝過程四、在制備材料方面的應(yīng)用五、展望,2,2020/6/12,一、溶膠-凝膠法的發(fā)展溶膠-凝膠(sol-gel)技術(shù)最早且卓有成效地應(yīng)用可追溯到中國古代的豆腐制作。1846年法國化學(xué)家J.J.Ebelmen將與乙醇混合置于潮濕的空氣中獲得透明玻璃狀的固體凝膠，并預(yù)言:這種凝膠有希望成為制備光學(xué)儀器的原材料。1939年W.Geffcken證實(shí)金屬烷氧基化合物的水解和凝膠可以用來制備氧化物薄膜，溶膠凝膠技術(shù)被重新認(rèn)識，并開展廣泛研究。,3,2020/6/12,20世紀(jì)70年代，sol-gel技術(shù)被成功地應(yīng)用于制備塊狀多組分凝膠玻璃，得到材料界研究者的廣泛關(guān)注并獲得迅速發(fā)展。20世紀(jì)80年代以來，sol-gel技術(shù)進(jìn)入了發(fā)展的高峰時(shí)期。,4,2020/6/12,基本概念溶膠（Sol）是具有液體特征的膠體體系，分散的粒子是固體或者大分子，分散的粒子大小在1100nm之間。凝膠（Gel）是具有固體特征的膠體體系，被分散的物質(zhì)形成連續(xù)的網(wǎng)狀骨架，骨架空隙中充有液體或氣體。,5,2020/6/12,一、溶膠-凝膠法的發(fā)展二、溶膠一凝膠法的基本原理三、溶膠一凝膠法工藝過程四、在制備材料方面的應(yīng)用五、展望,6,2020/6/12,二、溶膠一凝膠法的基本原理sol-gel法制備薄膜涂層的基本原理是：將金屬醇鹽或無機(jī)鹽作為前驅(qū)體，溶于溶劑（水或有機(jī)溶劑）中形成均勻的溶液，溶質(zhì)與溶劑產(chǎn)生水解或醇解反應(yīng)，反應(yīng)生成物聚集成幾個(gè)納米左右的粒子并形成溶膠，再以溶膠為原料對各種基材進(jìn)行涂膜處理，溶膠膜經(jīng)凝膠化及干燥處理后得到干凝膠膜，最后在一定的溫度下燒結(jié)即得到所需的涂層。,7,2020/6/12,按照溶膠制備的途徑不同：1、金屬有機(jī)醇鹽的溶膠凝膠2、無機(jī)鹽為原料的溶膠凝膠,8,2020/6/12,（1）有機(jī)醇鹽Sol-gel原理：通過水解與一定程度的縮聚反應(yīng)形成溶膠，再經(jīng)進(jìn)一步縮聚得到凝膠。水解反應(yīng)：M(OR)n+xH2OM(OH)x+nROH（完全水解）M(OR)n+xH2OM(OH)x(OR)n-x+xROH（部分水解）縮聚反應(yīng)：失水縮聚：-M-OH+HO-M-M-O-M-+H2O（完全水解）失醇縮聚：-M-OR+HO-M-M-O-M-+ROH（部分水解）總反應(yīng)：M(OR)n+xH2OMO2+nROH,9,2020/6/12,（2）無機(jī)鹽的溶膠凝膠原理：首先獲得溶膠的前驅(qū)體溶液，再經(jīng)水解來制得。水解反應(yīng)：Mn+xH2OM(OH)n+nH通過向溶液中加入堿液使這一水解反應(yīng)不斷向正方向進(jìn)行，可使水解反應(yīng)不斷向正方向進(jìn)行，逐漸形成M(OH)n沉淀，然后將沉淀物充分水洗過濾，然后將其分散于強(qiáng)酸溶液，進(jìn)而制備成溶膠前驅(qū)物溶液，并添加相應(yīng)的穩(wěn)定劑可得到溶膠，最后再經(jīng)脫水處理制備凝膠。,10,2020/6/12,一、溶膠-凝膠法的發(fā)展二、溶膠一凝膠法的基本原理三、溶膠一凝膠法工藝過程四、在制備材料方面的應(yīng)用五、展望,11,2020/6/12,三、溶膠一凝膠法工藝過程1.溶膠的制備2.基材預(yù)處理3.薄膜涂覆工藝4.干燥及熱處理,12,2020/6/12,三、溶膠一凝膠法工藝過程1.溶膠的制備(1)有機(jī)醇鹽水解法(2)無機(jī)鹽水解法此外還有：,13,2020/6/12,（3）熔融-淬冷法熔融-淬冷法是以無機(jī)氧化物作為前驅(qū)物，加熱至完全熔融狀態(tài)，然后迅速將其急淬于冷水中并快速攪拌均勻，通過無機(jī)氧化物粒子迅速溶解并進(jìn)而聚集成膠體粒子溶膠化而形成溶膠。（4）離子交換法該方法通常可分為3個(gè)步驟：活性硅酸制備，膠粒增長和稀硅溶膠濃縮。廣泛用于電致變色材料溶膠的制備。,14,2020/6/12,三、溶膠一凝膠法工藝過程2.基材預(yù)處理薄膜涂層不能單獨(dú)作為一種材料使用，它必須與基材結(jié)合在一起發(fā)揮它的作用。因此，溶膠要能與基材表面潤濕，有一定的粘度和流動(dòng)性，能均勻地固化在基材表面，并以物理的和化學(xué)的方式與基材表面牢固地相互結(jié)合。這就是說，涂覆前必須對基材表面進(jìn)行清洗和預(yù)處理。,15,2020/6/12,由于基材種類及表面狀況不同，表面清洗和預(yù)處理的方法也不一樣對于金屬或合金材料表面凈化采用工業(yè)氧化鋁細(xì)粉，以機(jī)械方法凈化表面不溶于水的污垢，后用干布擦去板上的工業(yè)氧化鋁，然后進(jìn)行洗滌，再采用工業(yè)凈化劑進(jìn)行涮洗。玻璃基片的清洗，可以分為實(shí)驗(yàn)室法和工業(yè)法，在實(shí)驗(yàn)室主要采用的是洗滌劑法、試劑-溶劑法、超聲波法、加熱法、離子沖擊法等，在實(shí)際清洗時(shí)，應(yīng)視具體情況，將這幾種方法加以適當(dāng)組合，以達(dá)到最佳洗滌效果。,16,2020/6/12,三、溶膠一凝膠法工藝過程3.薄膜涂覆工藝（1）浸漬法（2）轉(zhuǎn)盤法、（3）噴涂法（4）電沉積,17,2020/6/12,4.干燥及熱處理在基體上涂上薄膜后，凝膠中含有液體，要進(jìn)行干燥處理。干燥方法：對流干燥、工頻電干燥、遠(yuǎn)紅外干燥、微波干燥采用紅外及微波干燥有利于除去包裹在凝膠內(nèi)部孔隙內(nèi)的液體。為了減少開裂，還可采用超臨界干燥、冰凍干燥以及增加凝膠強(qiáng)度等方法，以抵消或減少表面張力的作用。經(jīng)干燥后的凝膠含有大量氣孔，需要進(jìn)行熱處理才能獲得所需要的性能。,18,2020/6/12,Sol-gel優(yōu)點(diǎn)：起始原料分子級，能制備較均勻材料；組成成分較好控制，尤其適合制備多組分材料；較高的純度；可降低合成溫度；易于控制；（表面積很大的凝膠或粉末）容易制備各種形狀（薄膜、纖維、復(fù)合材料）。Sol-gel缺點(diǎn)：原料成本較高；可能存在殘留碳；較長反應(yīng)時(shí)間等。,19,2020/6/12,一、溶膠-凝膠法的發(fā)展二、溶膠一凝膠法的基本原理三、溶膠一凝膠法工藝過程四、在制備材料方面的應(yīng)用五、展望,20,2020/6/12,四、在制備材料方面的應(yīng)用溶膠一凝膠法可制得的材料主要有以下幾大類型：纖維材料、涂層和薄膜材料、超細(xì)粉末材料及復(fù)合材料等。目前應(yīng)用已經(jīng)制備出：光學(xué)膜、保護(hù)膜、分離膜、著色膜、電光效應(yīng)膜、波導(dǎo)膜等。,21,2020/6/12,具體應(yīng)用領(lǐng)域：材料學(xué)：高性能粒子探測器，隔熱材料，聲阻抗耦合材料，電介質(zhì)材料，有機(jī)-無機(jī)雜化材料，金屬陶瓷涂層耐蝕材料，納米級氧化物薄膜材料，橡膠工業(yè)催化劑方面：金屬氧化物催化劑，包容均相催化劑色譜分析：制備色譜填料，制備開管柱和電色譜固定相，電分析，光分析,22,2020/6/12,一、溶膠-凝膠法的發(fā)展二、溶膠一凝膠法的基本原理三、溶膠一凝膠法工藝過程四、在制備材料方面的應(yīng)用五、展望,23,2020/6/12,五、展望目前溶膠一凝膠技術(shù)的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，已從聚合物科學(xué)、物理化學(xué)、膠體化學(xué)、配位化學(xué)、金屬有機(jī)化學(xué)等有關(guān)學(xué)科角度探索而建立了相應(yīng)的基礎(chǔ)理論，應(yīng)用技術(shù)逐步成熟，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，