溶膠凝膠法課件

溶膠－凝膠法1報告人：謝園園溶膠－凝膠法1報告人：謝園園2溶膠-凝膠法的發(fā)展歷程溶膠-凝膠法基本概念溶膠穩(wěn)定理論溶膠－凝膠合成原理溶膠－凝膠合成工藝溶膠－凝膠合成法的應(yīng)用2溶膠-凝膠法的發(fā)展歷程溶膠－凝膠法的發(fā)展歷程1846年法國化學(xué)家J.J.Ebelmen用SiCl4與乙醇混合后，發(fā)現(xiàn)在濕空氣中發(fā)生水解并形成了凝膠。20世紀30年代W.Geffcken證實用金屬醇鹽的水解和凝膠化可以制備氧化物薄膜。1971年德國H.Dislich報道了通過金屬醇鹽水解制備了SiO2-B2O-Al2O3-Na2O-K2O多組分玻璃。1975年B.E.Yoldas和M.Yamane制得整塊陶瓷材料及多孔透明氧化鋁薄膜。80年代以來，在玻璃、氧化物涂層、功能陶瓷粉料以及傳統(tǒng)方法難以制得的復(fù)合氧化物材料得到成功應(yīng)用。溶膠－凝膠法的發(fā)展歷程1846年法國化學(xué)家J.J.Ebelm41.膠體（colloid）：是一種分散相粒徑很小的分散體系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之間的相互作用主要是短程作用力。溶膠－凝膠法基本概念一、溶膠-凝膠法基本名詞術(shù)語Fe(OH)3膠體丁達爾效應(yīng)示意圖光源凸透鏡光錐441.膠體（colloid）：是一種分散相粒徑很小的分散體2.溶膠(sol)具有液體特征的膠體體系，在液體介質(zhì)中分散了

1~100nm粒子(基本單元)。5溶膠的特點：（1）溶膠不是物質(zhì)而是一種“狀態(tài)”（2）溶膠與溶液的相似之處溶質(zhì)+溶劑→溶液分散相+分散介質(zhì)→溶膠(分散系)

2.溶膠(sol)5溶膠的特點：（3）溶膠的穩(wěn)定性6親液溶膠分散相和分散介質(zhì)之間有很好的親和能力；沒有明顯的相界面；熱力學(xué)穩(wěn)定體系憎液溶膠分散相與分散介質(zhì)之間親和力較弱；有明顯的相界面；熱力學(xué)不穩(wěn)定體系（3）溶膠的穩(wěn)定性6親液溶膠73.凝膠（Gel）：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；凝膠中分散相的含量很低，一般在1％～3％之間7按分散相介質(zhì)不同可分為水凝膠、醇凝膠和氣凝膠73.凝膠（Gel）：7按分散相介質(zhì)不同可分為水凝膠、醇凝8Sol：由孤立的細小粒子或大分子組成，分散在溶液中的膠體體系。Gel：是一種由細小粒子聚集而成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的具有固態(tài)特征的膠態(tài)體系，凝膠中滲有連續(xù)的分散相介質(zhì)。8

溶膠與凝膠的比較8Sol：由孤立的細小粒子或大分子組成，分散在溶液中的膠體體9溶膠無固定形狀固相粒子自由運動凝膠固定形狀固相粒子按一定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)固定，不能自由移動這種特殊的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)賦予凝膠很高的比表面溶膠與凝膠的結(jié)構(gòu)差異9溶膠無固定形狀固相粒子自由運動凝膠固定形狀固相粒子按一定網(wǎng)4.凝膠時間(gelpointtime)：在完成凝膠的大分

子聚合過程中最后鍵合的時間。5.前驅(qū)物(precursor)：所用的起始原料。6.金屬醇鹽(metalalkoxide)：有機醇-OH上的H為

金屬所取代的有機化合物。104.凝膠時間(gelpointtime)：在完成凝膠的大二、溶膠與凝膠的聯(lián)系1)溶膠－凝膠轉(zhuǎn)變；2)凝膠具有觸變性；（凝膠能轉(zhuǎn)化為溶膠）3)凝膠和溶膠可共存，組成復(fù)雜的膠態(tài)體系。11二、溶膠與凝膠的聯(lián)系1112121溶膠體系的相互作用力溶膠穩(wěn)定理論范德華力庫倫力空間阻力溶膠的相對穩(wěn)定性或聚沉取決于斥力勢能和引力勢能的相對大小12121溶膠體系的相互作用力溶膠穩(wěn)定理論范德華力溶膠1313雙電層表面電荷層溶液中反號離子層緊密層擴散層

由反號離子電性中心構(gòu)成的平面稱為Stern平面2DLVO理論（靜電穩(wěn)定理論、雙電層排斥理論）1313雙電層表面電荷層溶液中反緊密層擴散層由1414由于離子的溶劑化作用，膠粒在移動時，緊密層會結(jié)合一定數(shù)量的溶劑分子一起移動，所以滑移的切動面由比Stern層略右的曲線表示。從固體表面到Stern平面，電位從0直線下降為1414由于離子的溶劑化作用，膠粒在移動時，緊密層會結(jié)合一定1515微粒間總相互作用能：

ΦT=

ΦA(chǔ)+ΦR（1）微粒間的吸引能（ΦA(chǔ)）（2）微粒間的排斥作用能（ΦR）（3）微粒間總相互作用能（ΦT）

DLVO理論：1515微粒間總相互作用能：DLVO理論：16ΦT＋－第一極小值第二極小值微粒的物理穩(wěn)定性取決于總勢能曲線上勢壘的大小特點：粒子間存在阻止粒子接觸的勢壘存在第一極小值（鍵合的團聚粒子）存在第二極小值（可逆絮凝）16ΦT＋－第一極小值第二極小值微粒的物理穩(wěn)定性取決于總勢能3.3提高溶膠穩(wěn)定性的途徑：增加勢壘的高度阻止顆粒相互接近17增加膠粒的電荷量利用位阻效應(yīng)溶劑化效應(yīng)

顆粒顆粒3.3提高溶膠穩(wěn)定性的途徑：17增加膠粒的電荷量18溶膠的制備溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化凝膠干燥先沉淀后解凝控制沉淀過程直接獲得溶膠迫使膠粒間相互靠近控制電解質(zhì)濃度加熱蒸發(fā)焙燒等一、原理：將金屬醇鹽或無機鹽經(jīng)水解直接形成溶膠或經(jīng)解凝形成溶膠，然后使溶膠聚合凝膠化，再將凝膠干燥、焙燒去除有機成分，最后得到無機材料。溶膠－凝膠合成原理1818溶膠的溶膠-凝膠凝膠先沉淀后解凝迫使膠粒間相互靠近加熱蒸二、溶膠-凝膠法基本反應(yīng)1溶劑化2水解反應(yīng)（溶膠）193縮聚反應(yīng)（凝膠）失水反應(yīng)：失醇反應(yīng)：二、溶膠-凝膠法基本反應(yīng)1溶劑化2水解反應(yīng)（溶膠）19320

水解反應(yīng)20水解反應(yīng)21縮聚反應(yīng)21縮聚反應(yīng)22三、溶膠-凝膠主要反應(yīng)

金屬無機鹽在水中水解成膠粒

含膠粒的溶膠經(jīng)凝膠化后形成凝膠

金屬醇鹽在溶劑中水解

縮合形成凝膠22三、溶膠-凝膠主要反應(yīng)233.1水－金屬無機鹽溶膠-凝膠反應(yīng)水解反應(yīng)濃縮法：控制反應(yīng)直接

制備溶膠分散法：金屬無機鹽在

室溫下于過量

水中水解，形

成溶膠233.1水－金屬無機鹽溶膠-凝膠反應(yīng)濃縮法：控制反應(yīng)直24脫水凝膠化：水-金屬無機鹽體系的縮聚反應(yīng)調(diào)節(jié)pH值；減少膠粒表面正電荷；能壘高度降低；其中：A－為膠溶過程中所加入的酸根離子。

膠粒脫水；

擴散層中電解質(zhì)濃度增加；

凝膠化能壘逐漸減小。堿性凝膠化：24脫水凝膠化：水-金屬無機鹽體系的縮聚反應(yīng)調(diào)節(jié)pH值；其醇-金屬醇鹽體系的水解反應(yīng)253.2醇-金屬醇鹽體系溶膠-凝膠反應(yīng)醇-金屬醇鹽體系的水解反應(yīng)253.2醇-金屬醇鹽體系溶膠-26醇-金屬醇鹽體系的縮聚反應(yīng)

2626M(OR)n+xH2OM(OH)x(OR)n-x+xROH-M-OH+HO-M--M-O-M-+H2O-M-OH+RO-M--M-O-M-+ROH26醇-金屬醇鹽體系的縮聚反應(yīng)2626M(OR)n+xH2一、溶膠－凝膠工藝流程（1）制取含金屬醇鹽和水的均相溶液；（2）制備溶膠；（3）溶膠凝膠轉(zhuǎn)化（4）濕凝膠陳化；（5）凝膠的干燥；（6）對干凝結(jié)膠進行熱處理。27溶膠－凝膠法制備工藝一、溶膠－凝膠工藝流程27溶膠－凝膠法制備工藝28（一）制取含金屬醇鹽和水的均相溶液1.1原料的選擇：醇鹽、無機鹽水溶劑催化劑及螯合劑添加劑28（一）制取含金屬醇鹽和水的均相溶液1.1原料的選擇：加水量

醇鹽品種及其濃度pH值：催化劑的類型與用量

溫度：優(yōu)選低溫下反應(yīng)

滴加速度：速度過快，凝膠加快，易生成沉淀催化劑及螯合劑：減慢水解反應(yīng)速率291.2溶膠-凝膠法的工藝控制加水量291.2溶膠-凝膠法的工藝控制30（二）制備溶膠2.1分散法：研磨：膠體磨超聲分散：利用“超聲空化”作用對粒子進

行分散膠溶：先沉淀后解凝30（二）制備溶膠2.1分散法：312.2濃縮法化學(xué)反應(yīng)法：控制膠粒慢速成核和晶體生長，控制沉淀過程直接獲得溶膠。改換介質(zhì)法：利用同種物質(zhì)在不同溶劑中的溶解度差，使溶解于良性溶劑中的物質(zhì)在加入不良溶劑后，因溶解度下降而以膠體粒子的大小析出。312.2濃縮法（三）溶膠－凝膠的轉(zhuǎn)化途徑?jīng)Q定于膠粒間的作用力能否克服凝聚時的勢壘作用32改變溫度：溶解度的差異

溶劑揮發(fā)：對分散相進行濃縮

加入非溶劑：用不良溶劑替換良溶劑加入電解質(zhì)：加入帶有反號電荷的電解質(zhì)

進行化學(xué)反應(yīng)：產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生膠凝（三）溶膠－凝膠的轉(zhuǎn)化途徑32改變溫度：溶解（四）濕凝膠陳化：

聚合物聚集形成粒子簇的過程。Ostward熟化：凝膠在陳化的過程中，粒子的曲率半徑不同，溶解度產(chǎn)生區(qū)別，使得大小粒子因溶解度的不同而造成平均粒徑的增加。陳化時間過短，顆粒尺寸分布不均勻；時間過長，粒子長大、團聚，不易形成超細結(jié)構(gòu)。33（四）濕凝膠陳化：3334（五）濕凝膠體的干燥凝膠的干燥過程：持續(xù)的收縮和硬化產(chǎn)生應(yīng)力破裂干燥初期，液相填充于凝膠孔中，無毛細管力；進一步蒸發(fā),凝膠承受毛細管壓力,將顆粒擠

壓在一起；凝膠中毛細孔孔徑大小不勻,產(chǎn)生的毛細管壓力

的大小不等,造成的應(yīng)力差導(dǎo)致凝膠開裂。34（五）濕凝膠體的干燥凝膠的干燥過程：保持凝膠原先的分散結(jié)構(gòu)避免粒子的團聚和凝并防止材料基礎(chǔ)粒子變粗防止比表面急劇下降防止孔隙大量減少超臨界干燥技術(shù)在超臨界狀態(tài)下的流體，氣-液界面消失，表面張力不復(fù)存在，凝膠毛細孔中不存在由表面張力產(chǎn)生的附加壓力超臨界干燥技術(shù)在超臨界狀態(tài)下的流體，氣-液界面消失，表面張超臨界水(SCW)溫度高于臨界溫度374°C，壓力高于臨界壓力22.1MPa密度高于臨界密度0.32g/cm336超臨界水(SCW)3637冷凍干燥技術(shù)基本原理：先使干燥的溶液噴霧在冷凍劑中冷凍，然后在低溫低壓下真空干燥，將溶劑升華除去，得到相應(yīng)物質(zhì)37冷凍干燥技術(shù)基本原理：（六）凝膠體燒結(jié)過程

38目的：消除干凝膠中的氣孔滿足組成和顯微結(jié)構(gòu)的要求特點：較低的燒結(jié)溫度（六）凝膠體燒結(jié)過程38目的：三、溶膠－凝膠合成生產(chǎn)設(shè)備

三、溶膠－凝膠合成生產(chǎn)設(shè)備4040優(yōu)點：（1）制備過程溫度低（2）增進了多元組分體系的化學(xué)均勻性（3）反應(yīng)過程易于控制（4）化學(xué)計量準確且易于改性（5）制備的材料組分均勻、產(chǎn)物的純度很高（6）可以得到一些用傳統(tǒng)方法無法獲得的材料

（薄膜、纖維、復(fù)合材料）41四、溶膠-凝膠法的特點優(yōu)點：41四、溶膠-凝膠法的特點缺點：原料成本較高存在殘留小孔洞存在殘留的碳較長的反應(yīng)時間有機溶劑對人體有一定的危害性4242缺點：原料成本較高424243前驅(qū)體溶膠納米顆粒纖維濕凝膠涂層、薄膜氣凝膠多孔材料干凝膠致密塊體43溶膠—凝膠法的應(yīng)用43前驅(qū)體溶膠納米顆粒纖維濕凝膠涂層、薄膜氣凝膠多孔材料干凝44一、制備粉體材料La2O3La(NO3)3溶液HNO3Fe(NO3)3.6H2OFe(NO3)3溶液La:Fe=1:1檸檬酸LaFeO3的超細粉末10～100nmLa3+、Fe3+的檸檬酸溶液50～80℃含La3+、Fe3+的凝膠含La3+、Fe3+的溶膠60～90℃干凝膠熱處理120℃4444一、制備粉體材料La2O3La(NO3)3溶液HNO3F45Si(OCH3)4C2H5OHH2O,HClC2H5OHNdCl3.6H2O混合溶液凝膠纖維銣玻璃纖維粘性溶膠攪拌（室溫）放置、脫水（室溫～80％）拉纖維（室溫）加熱（10℃/h）500℃1h，冷卻至室溫二、功能材料中制備纖維4545Si(OCH3)4H2O,HCl混合溶液凝膠纖維銣玻璃纖46Nd(NO3)3.6H2OH2O,HClC2H5OHC2H5OHSi(OCH3)4混合溶液粘性溶膠包覆膜保持2～4h，室溫包覆Nd.SiO2膜加熱1h三、制備膜材料4646Nd(NO3)3.6H2OC2H5OH混合溶液粘性溶膠包四、溶膠-凝膠法制備塊體材料體積材料：一般是指厚度超過1mm的材料。47溶膠凝膠干凝膠塊燒結(jié)體積材料注模陳化干燥脫水制備塊體材料的典型溶膠-凝膠工藝流程四、溶膠-凝膠法制備塊體材料體積材料：一般是指厚度超過1m謝謝謝謝溶膠－凝膠法49報告人：謝園園溶膠－凝膠法1報告人：謝園園50溶膠-凝膠法的發(fā)展歷程溶膠-凝膠法基本概念溶膠穩(wěn)定理論溶膠－凝膠合成原理溶膠－凝膠合成工藝溶膠－凝膠合成法的應(yīng)用2溶膠-凝膠法的發(fā)展歷程溶膠－凝膠法的發(fā)展歷程1846年法國化學(xué)家J.J.Ebelmen用SiCl4與乙醇混合后，發(fā)現(xiàn)在濕空氣中發(fā)生水解并形成了凝膠。20世紀30年代W.Geffcken證實用金屬醇鹽的水解和凝膠化可以制備氧化物薄膜。1971年德國H.Dislich報道了通過金屬醇鹽水解制備了SiO2-B2O-Al2O3-Na2O-K2O多組分玻璃。1975年B.E.Yoldas和M.Yamane制得整塊陶瓷材料及多孔透明氧化鋁薄膜。80年代以來，在玻璃、氧化物涂層、功能陶瓷粉料以及傳統(tǒng)方法難以制得的復(fù)合氧化物材料得到成功應(yīng)用。溶膠－凝膠法的發(fā)展歷程1846年法國化學(xué)家J.J.Ebelm521.膠體（colloid）：是一種分散相粒徑很小的分散體系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之間的相互作用主要是短程作用力。溶膠－凝膠法基本概念一、溶膠-凝膠法基本名詞術(shù)語Fe(OH)3膠體丁達爾效應(yīng)示意圖光源凸透鏡光錐5241.膠體（colloid）：是一種分散相粒徑很小的分散體2.溶膠(sol)具有液體特征的膠體體系，在液體介質(zhì)中分散了

1~100nm粒子(基本單元)。53溶膠的特點：（1）溶膠不是物質(zhì)而是一種“狀態(tài)”（2）溶膠與溶液的相似之處溶質(zhì)+溶劑→溶液分散相+分散介質(zhì)→溶膠(分散系)

2.溶膠(sol)5溶膠的特點：（3）溶膠的穩(wěn)定性54親液溶膠分散相和分散介質(zhì)之間有很好的親和能力；沒有明顯的相界面；熱力學(xué)穩(wěn)定體系憎液溶膠分散相與分散介質(zhì)之間親和力較弱；有明顯的相界面；熱力學(xué)不穩(wěn)定體系（3）溶膠的穩(wěn)定性6親液溶膠553.凝膠（Gel）：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；凝膠中分散相的含量很低，一般在1％～3％之間55按分散相介質(zhì)不同可分為水凝膠、醇凝膠和氣凝膠73.凝膠（Gel）：7按分散相介質(zhì)不同可分為水凝膠、醇凝56Sol：由孤立的細小粒子或大分子組成，分散在溶液中的膠體體系。Gel：是一種由細小粒子聚集而成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的具有固態(tài)特征的膠態(tài)體系，凝膠中滲有連續(xù)的分散相介質(zhì)。56

溶膠與凝膠的比較8Sol：由孤立的細小粒子或大分子組成，分散在溶液中的膠體體57溶膠無固定形狀固相粒子自由運動凝膠固定形狀固相粒子按一定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)固定，不能自由移動這種特殊的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)賦予凝膠很高的比表面溶膠與凝膠的結(jié)構(gòu)差異9溶膠無固定形狀固相粒子自由運動凝膠固定形狀固相粒子按一定網(wǎng)4.凝膠時間(gelpointtime)：在完成凝膠的大分

子聚合過程中最后鍵合的時間。5.前驅(qū)物(precursor)：所用的起始原料。6.金屬醇鹽(metalalkoxide)：有機醇-OH上的H為

金屬所取代的有機化合物。584.凝膠時間(gelpointtime)：在完成凝膠的大二、溶膠與凝膠的聯(lián)系1)溶膠－凝膠轉(zhuǎn)變；2)凝膠具有觸變性；（凝膠能轉(zhuǎn)化為溶膠）3)凝膠和溶膠可共存，組成復(fù)雜的膠態(tài)體系。59二、溶膠與凝膠的聯(lián)系1160601溶膠體系的相互作用力溶膠穩(wěn)定理論范德華力庫倫力空間阻力溶膠的相對穩(wěn)定性或聚沉取決于斥力勢能和引力勢能的相對大小12121溶膠體系的相互作用力溶膠穩(wěn)定理論范德華力溶膠6161雙電層表面電荷層溶液中反號離子層緊密層擴散層

由反號離子電性中心構(gòu)成的平面稱為Stern平面2DLVO理論（靜電穩(wěn)定理論、雙電層排斥理論）1313雙電層表面電荷層溶液中反緊密層擴散層由6262由于離子的溶劑化作用，膠粒在移動時，緊密層會結(jié)合一定數(shù)量的溶劑分子一起移動，所以滑移的切動面由比Stern層略右的曲線表示。從固體表面到Stern平面，電位從0直線下降為1414由于離子的溶劑化作用，膠粒在移動時，緊密層會結(jié)合一定6363微粒間總相互作用能：

ΦT=

ΦA(chǔ)+ΦR（1）微粒間的吸引能（ΦA(chǔ)）（2）微粒間的排斥作用能（ΦR）（3）微粒間總相互作用能（ΦT）

DLVO理論：1515微粒間總相互作用能：DLVO理論：64ΦT＋－第一極小值第二極小值微粒的物理穩(wěn)定性取決于總勢能曲線上勢壘的大小特點：粒子間存在阻止粒子接觸的勢壘存在第一極小值（鍵合的團聚粒子）存在第二極小值（可逆絮凝）16ΦT＋－第一極小值第二極小值微粒的物理穩(wěn)定性取決于總勢能3.3提高溶膠穩(wěn)定性的途徑：增加勢壘的高度阻止顆粒相互接近65增加膠粒的電荷量利用位阻效應(yīng)溶劑化效應(yīng)

顆粒顆粒3.3提高溶膠穩(wěn)定性的途徑：17增加膠粒的電荷量66溶膠的制備溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化凝膠干燥先沉淀后解凝控制沉淀過程直接獲得溶膠迫使膠粒間相互靠近控制電解質(zhì)濃度加熱蒸發(fā)焙燒等一、原理：將金屬醇鹽或無機鹽經(jīng)水解直接形成溶膠或經(jīng)解凝形成溶膠，然后使溶膠聚合凝膠化，再將凝膠干燥、焙燒去除有機成分，最后得到無機材料。溶膠－凝膠合成原理6618溶膠的溶膠-凝膠凝膠先沉淀后解凝迫使膠粒間相互靠近加熱蒸二、溶膠-凝膠法基本反應(yīng)1溶劑化2水解反應(yīng)（溶膠）673縮聚反應(yīng)（凝膠）失水反應(yīng)：失醇反應(yīng)：二、溶膠-凝膠法基本反應(yīng)1溶劑化2水解反應(yīng)（溶膠）19368

水解反應(yīng)20水解反應(yīng)69縮聚反應(yīng)21縮聚反應(yīng)70三、溶膠-凝膠主要反應(yīng)

金屬無機鹽在水中水解成膠粒

含膠粒的溶膠經(jīng)凝膠化后形成凝膠

金屬醇鹽在溶劑中水解

縮合形成凝膠22三、溶膠-凝膠主要反應(yīng)713.1水－金屬無機鹽溶膠-凝膠反應(yīng)水解反應(yīng)濃縮法：控制反應(yīng)直接

制備溶膠分散法：金屬無機鹽在

室溫下于過量

水中水解，形

成溶膠233.1水－金屬無機鹽溶膠-凝膠反應(yīng)濃縮法：控制反應(yīng)直72脫水凝膠化：水-金屬無機鹽體系的縮聚反應(yīng)調(diào)節(jié)pH值；減少膠粒表面正電荷；能壘高度降低；其中：A－為膠溶過程中所加入的酸根離子。

膠粒脫水；

擴散層中電解質(zhì)濃度增加；

凝膠化能壘逐漸減小。堿性凝膠化：24脫水凝膠化：水-金屬無機鹽體系的縮聚反應(yīng)調(diào)節(jié)pH值；其醇-金屬醇鹽體系的水解反應(yīng)733.2醇-金屬醇鹽體系溶膠-凝膠反應(yīng)醇-金屬醇鹽體系的水解反應(yīng)253.2醇-金屬醇鹽體系溶膠-74醇-金屬醇鹽體系的縮聚反應(yīng)

7474M(OR)n+xH2OM(OH)x(OR)n-x+xROH-M-OH+HO-M--M-O-M-+H2O-M-OH+RO-M--M-O-M-+ROH26醇-金屬醇鹽體系的縮聚反應(yīng)2626M(OR)n+xH2一、溶膠－凝膠工藝流程（1）制取含金屬醇鹽和水的均相溶液；（2）制備溶膠；（3）溶膠凝膠轉(zhuǎn)化（4）濕凝膠陳化；（5）凝膠的干燥；（6）對干凝結(jié)膠進行熱處理。75溶膠－凝膠法制備工藝一、溶膠－凝膠工藝流程27溶膠－凝膠法制備工藝76（一）制取含金屬醇鹽和水的均相溶液1.1原料的選擇：醇鹽、無機鹽水溶劑催化劑及螯合劑添加劑28（一）制取含金屬醇鹽和水的均相溶液1.1原料的選擇：加水量

醇鹽品種及其濃度pH值：催化劑的類型與用量

溫度：優(yōu)選低溫下反應(yīng)

滴加速度：速度過快，凝膠加快，易生成沉淀催化劑及螯合劑：減慢水解反應(yīng)速率771.2溶膠-凝膠法的工藝控制加水量291.2溶膠-凝膠法的工藝控制78（二）制備溶膠2.1分散法：研磨：膠體磨超聲分散：利用“超聲空化”作用對粒子進

行分散膠溶：先沉淀后解凝30（二）制備溶膠2.1分散法：792.2濃縮法化學(xué)反應(yīng)法：控制膠粒慢速成核和晶體生長，控制沉淀過程直接獲得溶膠。改換介質(zhì)法：利用同種物質(zhì)在不同溶劑中的溶解度差，使溶解于良性溶劑中的物質(zhì)在加入不良溶劑后，因溶解度下降而以膠體粒子的大小析出。312.2濃縮法（三）溶膠－凝膠的轉(zhuǎn)化途徑?jīng)Q定于膠粒間的作用力能否克服凝聚時的勢壘作用80改變溫度：溶解度的差異

溶劑揮發(fā)：對分散相進行濃縮

加入非溶劑：用不良溶劑替換良溶劑加入電解質(zhì)：加入帶有反號電荷的電解質(zhì)

進行化學(xué)反應(yīng)：產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生膠凝（三）溶膠－凝膠的轉(zhuǎn)化途徑32改變溫度：溶解（四）濕凝膠陳化：

聚合物聚集形成粒子簇的過程。Ostward熟化：凝膠在陳化的過程中，粒子的曲率半徑不同，溶解度產(chǎn)生區(qū)別，使得大小粒子因溶解度的不同而造成平均粒徑的增加。陳化時間過短，顆粒尺寸分布不均勻；時間過長，粒子長大、團聚，不易形成超細結(jié)構(gòu)。81（四）濕凝膠陳化：3382（五）濕凝膠體的干燥凝膠的干燥過程：持續(xù)的收縮和硬化產(chǎn)生應(yīng)力破裂干燥初期，液相填充于凝膠孔中，無毛細管力；進一步蒸發(fā),凝膠承受毛細管壓力,將顆粒擠

壓在一起；凝膠中毛細孔孔徑大小不勻,產(chǎn)生的毛細管壓力

的大小不等,造成的應(yīng)力差導(dǎo)致凝膠開裂。34（五）濕凝膠體的干燥凝膠的干燥過程：保持凝膠原先的分散結(jié)構(gòu)避免粒子的團聚和凝并防止材料基礎(chǔ)粒子變粗防止比表面急劇下降防止孔隙大量減少超臨界干燥技術(shù)在超臨界狀態(tài)下的流體，氣-液界面消失，表面張力不復(fù)存在，凝膠毛細孔中不存在由表面張力產(chǎn)生的附加壓力超臨界干燥技術(shù)在超臨界狀態(tài)下的流體，氣-液界面消失，表面張超臨界水(SCW)溫度高于臨界溫度374°C，壓力高于臨界壓力22.1MPa密度高于臨界密度0.32g/cm384超臨界水(SCW)3685冷凍干燥技術(shù)基本原理：先使干燥的溶液噴霧在冷凍劑中冷凍，然后在低溫低壓下真空干燥，將溶劑升華除去，得