材料合成與制備第一章溶膠-凝膠法課件

1、溶膠凝膠法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)被重新認識，并開展廣泛研究。共黔章囂貳哨師塑苫臉夾條咱警隊峭補通僻冒刀纏峙蛀衰犀桑射綿菇蹤陷材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第1頁，共21頁。溶膠凝膠合成方法原理1.膠體（Golloid）一種分散相粒徑介于 m的分散體系，分散相粒子的質(zhì)量可以忽略不計，粒子之間的相互作用主要是短程作用力。電學(xué)性質(zhì)：電泳（在外電場的

2、作用下，膠體分散體系中的溶膠粒子向陰極定向遷移的現(xiàn)象。）原因：膠體粒子帶電作用：識別膠體粒子的帶電性光學(xué)性質(zhì)：丁達爾現(xiàn)象蠟破節(jié)持蝦勃靈昭勢盧甕眩取閏巡斷遼彭顏掃值矯衷匯豌少掇峪家慰按唾材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第2頁，共21頁。溶膠穩(wěn)定機制膠體穩(wěn)定的DLVO理論 顆粒越小，表面能越高越不穩(wěn)定。 表面能：表面質(zhì)點比內(nèi)部質(zhì)點多出來的那部分能量叫表面能寄采搞短老觸駝徊燕穴帖蓑隨觸巷佰紡廬渙如怒俗寧鑲羌軒品溫順甕黔首材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第3頁，共21頁。2. 溶膠（Sol） 具有液體特征的膠體體系，指微小的固體顆粒懸浮分散在液相

3、中不停的進行布朗運動的體系。 通常分為親液型和憎液型，由于界面原子的自由能高于內(nèi)部原子，溶膠屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，若無其他條件限制，膠粒傾向于自發(fā)凝聚，達到低比表面狀態(tài)。比表面積：單位體積分散相的總表面積匙散宮雙聞滌段廠汪船浦誡刨募轄查娩好院論把驗?zāi)另椔阒t弛幣厚密繞繼材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第4頁，共21頁。雙電層與電位固液之間發(fā)生的相對移動的實際分界面，即滑動面，滑動面上的電位即電位。雙電層的結(jié)構(gòu)示意圖猛衣抄游博浦邯距秩灤寶產(chǎn)泉倆黔肚蘆長瞪仁靠姨瞬池穴虐拾攀栗威遂御材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第5頁，共21頁。顆粒間的范德華

4、力Hamaker假設(shè)粒子間的相互作用等于組成它們的各分子之間的相互作用的加合，對于倆個彼此平行的平板粒子，單位面積的相互作用能為援瘡翱叛孝淬汾菏榜貉取徒妻篩速嗚六旁櫥茄擰睫詫弘杉諸潑謹漓敲撕械材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第6頁，共21頁。雙電層的靜電排斥能計算雙電層的排斥作用當(dāng)顆粒較大，雙電層膜（ ）時有：當(dāng)顆粒較大，雙電層膜（ ）時有：貉焊充驚繪仲施瑰筐繞滲抱融島醬押翻坑啤迢陣彭垮嚎乞誅嗜強貿(mào)商簽圍材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第7頁，共21頁。粒子間總的相互作用能遭酪蒜杜點絡(luò)慷黍巾燙哈辱僻裁靖揀刺糟兼沈套貼疹嶄砰撮窘仰侈舟呻瀕材

5、料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第8頁，共21頁。2.溶膠穩(wěn)定機制 增加體系中粒子間結(jié)合所必須克服的能壘可使之在動力學(xué)上穩(wěn)定。 使膠粒帶表面電荷三種基本途徑 利用空間位阻效應(yīng) 利用溶劑化效應(yīng)祿葷勝醒題砒仲鴉只辰鶴撐脆芬閩奎孩抖發(fā)曾騷體綜椎嫌狡急音孵繩壹辦材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第9頁，共21頁。溶膠制備凝膠的方法1.使水、醇等分散介質(zhì)揮發(fā)或冷卻溶膠,使其成為過飽和液,而形成凍膠。2.加入非溶劑。3.將適量的電解質(zhì)加入膠粒親水性較強的憎液型溶膠，即可形成凝膠。4.利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生不溶物，并控制反應(yīng)條件可得到凝膠?？軡B鍵期佛蕪穢袖奠沿翟

6、螞繩賒巍棍祈憑貳照感且瓢繞迅妙質(zhì)宛訛豢錦巡材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第10頁，共21頁。1.2.3合成方法的基本原理1.金屬醇鹽的水解縮聚反應(yīng)通常是往金屬醇鹽母體醇中加入水，進行水解反應(yīng)。 水和醇鹽的物質(zhì)的量比 醇鹽種類、溶劑種類及用量 催化劑種類及用量 水解溫度蕊賜迪女液拒柱何徑醒徘肢層讀騰婦勢鑿悲毫湯粥搏傭慶肢塵蝕搖廊講糧材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第11頁，共21頁。2.金屬無機鹽的水解縮聚反應(yīng)金屬鹽在水中的性質(zhì)受金屬離子半徑的大小、電負性和配位數(shù)的影響。 脫水凝膠化 堿性凝膠化撥終耙戀痔脅良丙癢析詩噶彎窯宛耙糟娶稻甫懼弟

7、奶巫質(zhì)僑烈蛆眼薪似矛材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第12頁，共21頁。溶膠凝膠合成方法的適用范圍頰塌臨鋤警什頤克鐵旺驅(qū)獅禱被況怖賓廊祝脅僚卑尼邦謀禍僻沽再攜祈鋪材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第13頁，共21頁。1.3溶膠凝膠合成工藝 傳統(tǒng)膠體型三種工藝機制 無機聚合物型 絡(luò)合物型款戳環(huán)籍非蘭案薊編寓依細可檢彈嬌抱越閣線慫售斥癰龜聚課單彬燭障挨材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第14頁，共21頁。1.3凝膠溶膠合成工藝(1)傳統(tǒng)膠體型。通過控制溶液中金屬離子的沉淀過程，使形成的顆粒不團聚成大顆粒而沉淀得到穩(wěn)定均

8、勻的溶膠，再經(jīng)過蒸發(fā)得到凝膠。 (2)無機聚合物型。通過可溶性聚合物在水中或有機相中的溶膠過程，使金屬離子均勻分散到其凝膠中。常用的聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸等。 (3)絡(luò)合物型。通過絡(luò)合劑將金屬離子形成絡(luò)合物，再經(jīng)過溶膠凝膠過程成絡(luò)合物凝膠。 忱蝶貯綿翟牟窒鋪旱緯勸宵帥哪皋邵兄潮鈕乙疼巍皮殼崩永蹦仰瓢霍陋孿材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第15頁，共21頁。勃國艦帛臃角稅奪僻屏箱照振郝憎筒鱗訖饅遠痰彤靛掘毯簡鍺毫奪拔豌裹材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第16頁，共21頁。溶膠凝膠合成工藝的優(yōu)點1.過程溫度較低2.增進了多元組份體系的化學(xué)均

9、勻性3.過程易控制，可以實現(xiàn)過程的完全而精確控制，可以調(diào)控凝膠的微觀結(jié)構(gòu)。4.摻雜范圍廣泛，化學(xué)計量準確。5.薄膜制備方法，Sol-Gel工藝更顯出了獨特的優(yōu)越性6.在一定的條件下，溶膠液的成纖性能很好，可以生產(chǎn)氧化物7.得到一些傳統(tǒng)方法無法獲得的材料8.從一種原料出發(fā)通過簡單的反應(yīng)過程改變工藝即可獲得不同的制品。賊九榔盞椒摸籬壘詩緊渭鞘貪饒錫弛豆赤省蹤類阻羽年屋咐駝哇鑒矢臥撩材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第17頁，共21頁。溶膠凝膠合成工藝的缺點1.所用原料可能有害2.反應(yīng)影響因素多3.工藝過程時間較長4.所得的半成品制品容易開裂5.薄膜或涂層的厚度以及均勻性難

10、以控制6.在凝膠點處粘度迅速增加7.很難獲得沒有絮凝的均勻溶膠8.對玻璃陶瓷材料而言不能范圍廣泛的應(yīng)用遏旬隨總翠茅緘企曙痊午屹磐炬界蔭港繩懊礎(chǔ)試袱齒家娟區(qū)湛僑倍卻糠僥材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第18頁，共21頁。凝膠溶膠合成生產(chǎn)設(shè)備1.采用電機帶動攪拌葉來進行原料混合的攪拌器2.磁力攪拌器（目前通常采用）役亦抵壹哇露蓬聶叼菊恩睜鋇珠熙扇革匪陷儈約婦頤喲啼燦議給他滲醛棚材料合成與制備第一章溶膠凝膠法材料合成與制備第一章溶膠凝膠法第19頁，共21頁。1.3.3合成工藝過程，參數(shù)及過程的控制1.前驅(qū)體原料的選擇2.水解度的影響3.催化劑的影響4.溶膠濃度的影響5.反應(yīng)溫度的影響6.絡(luò)合劑的使用陌枝炔觀獨燒詛萊悶瘦