溶胶-凝胶法制备纳米粉体

《溶胶-凝胶法制备纳米粉体》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第8章溶胶-凝胶法制备纳米粉体黄剑锋溶胶-凝胶法制备粉体过程是将所需组成的前驱体溶剂和水配成混合溶液，经水解、缩聚反应形成透明溶胶，并逐渐凝胶化，再经过干燥，热处理后，即可获得所需粉体材料。溶胶-凝胶技术的特点是：用液体化学试剂或溶胶为原料，反应物在液相下均匀混合并进行反应，生成稳定的溶胶体，放置一定时间后转变为凝胶，其中含有大量液相，可借助蒸发除去液体介质。优点：增进多元组分体系的均匀性，均匀度可达分子或原子尺度；反应过程易于控制；不同的工艺过程，同一原料可用于不同制品；可制得表面积很大的凝胶或粉体。8.1溶胶-凝胶法制备纳米粉体的种类及方法传统

2、的胶体溶胶-凝胶法金属有机化合物聚合凝胶法金属醇盐水解法金属螯合凝胶法有机聚合玻璃凝胶法原位聚合法及聚合螯合法聚合物前驱液法表8-1溶胶-凝胶法合成的粉体材料粉体名称主要用途SiO2，Al2O3光纤、陶瓷、玻璃、催化剂载体等TiO2，ZrO2陶瓷、光纤、催化剂等BaTiO3，LiNbO3，电容器、铁电材料等SnO2气敏材料α-Fe2O3磁粉ZnO导电材料、发光材料SiC耐火材料，磨具等羟基磷灰石(HAP)陶瓷粉体，生物活性材料YBa2Cu3O7-δ高临界温度超导材料LaCoO3气敏材料，催化剂3A12O3·2SiO2耐火材料，添加剂La0.8Sr0

3、.2FeO3气敏材料ZnS，CdS半导体(Pb，La)(Zr，Ti)O3光敏阀门，光电显示器8.2溶胶-凝胶法制备纳米粉体材料的过程及控制8.2.1溶胶-凝胶法制备纳米粉体材料的过程8.2.2溶胶-凝胶法制备纳米粉体材料的工艺控制溶胶-凝胶法制备纳米粉体时，影响溶胶-凝胶过程的因素很多，主要包括加水量、催化剂、溶胶浓度、反应温度和络合剂。1溶剂的选择①不同的溶剂形成的溶胶，溶胶向凝胶转化的时间，即胶凝时间有很大的差别，得到的粉体粒径也稍有不同。②溶剂的饱和蒸气压高，易挥发，则干燥速度快，但也容易引起凝胶开裂。③溶剂的表面张力是决定凝胶内毛细管力大小

4、的一个因素，因而也对凝胶的开裂有影响。2加水量的影响研究表明：加水量对醇盐水解缩聚物的结构有重要的影响。加水量少，醇盐分子被水解的烷氧基团少，水解的醇盐分子间的缩聚易形成低交联度的产物，反之则易于形成高度联交的产物。3醇盐品种及其浓度的影响①同一种元素的不同醇盐的水解速率不同，Chen等发现，用Si(OR)4制备的SiO2溶胶的胶凝时间随R基中C原子数增加而增大，这是因为随烷基中碳原子数增加，醇盐的水解速率下降。②在制备多组分氧化物溶胶时，不同元素醇盐的水解活性不同，但如果选择合适的醇盐品种，可使它们的水解速率达到较好的匹配，从而保证溶胶的均匀性。

5、③起始溶液中的醇盐浓度必须保持适当。作为溶剂的醇加入量过多时，将导致醇盐浓度的下降，使已水解的醇盐分子之间的碰撞几率下降，将会延长凝胶的胶凝时间。但醇的加入量过少，醇盐浓度过高，水解缩聚产物浓度过高，容易引起粒子的聚集或沉淀。4pH值的影响为调整溶胶的pH值而加入的酸或碱实际上起催化剂的作用。由于催化机理不同，对同一种醇盐的水解缩聚，酸催化和碱催化往往产生结构和形态不同的水解产物。催化剂的加入量也很重要。如Ti(OC4H9)4的水解速度很快，加水时很容易生成沉淀，但加入足量盐酸，使溶液保持一定的值，即使将所需的水量一次加入，也能获得稳定的溶胶。5陈

6、化时间的影响凝胶在陈化的过程中，由于粒子接触时的曲率半径不同，导致它们的溶解度产生区别。另外，在陈化过程中凝胶还会发生Ostward熟化，即大小粒子因溶解度的不同而造成的平均粒径的增加。陈化时间过短，颗粒尺寸分布不均匀；时间过长，粒子长大、团聚，不易形成超细结构，因此陈化时间的选择对粉体的微观结构非常重要。随陈化时间的增加，在一段时间以内，粒子缓慢生长，随陈化时间的延长，粉体的粒径显著增大。6凝胶干燥条件的影响凝胶经过干燥才能够得到所需的颗粒粉体。与普通粉体干燥有所不同的是Gel干燥阶段体积收缩会导致组织结构损坏并影响超细颗粒的性能。凝胶干燥技术：

7、超临界干燥技术、冷冻干燥技术、共沸蒸馏法。7煅烧温度的影响煅烧目的：在干凝胶中含有化学吸附的羟基和烷基团，还有物理吸附的有机溶剂和水须通过煅烧过程来除去，另外，通过煅烧可使粉料的可使粉料的相组成满足要求。煅烧过程中的反应：加热过程中，干凝胶先在低温下脱去吸附在表面的水和醇，约在265～300℃发生－OR基的氧化，300℃以上则脱去结构中的－OH基。注意事项：由于各种气体(CO2、H2O、ROH)的释放，加之－OR基在非充分氧化时还可能碳化，在制品中留下碳质颗粒，所以升速率不宜过快。8粉体团聚问题团聚现象的产生：随着粉体的不断微细化，颗粒间表面作用力

8、的增强将导致团聚体的出现。分类：软团聚、硬团聚团聚的影响：团聚体含量高对烧结的阻碍作用就大，气孔率高；团聚体尺寸大则导致烧