溶胶-凝胶法与其应用

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1、溶胶-凝胶法与其应用一、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〜lOOnm之间，微小的固体颗粒悬浮分散在液相屮，并且不停的做布朗运动。溶胶是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。当液相为水时称为水溶胶（Hydrosol）;当为醇时称为醇溶胶（alcosol）。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。凝胶是一种由细小粒子聚集而成三维网状结构的具有固态特

2、征的胶态体系，凝胶屮渗有连续的分散相介质。按分散相介质不同可分为水凝胶（Hydrogel）、醇凝胶（alcogel）和气凝胶（aerogel）溶胶与凝胶的结构比较: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同定不能自由移动，这种特殊的网架结构赋予凝胶很高的比表面。溶胶与凝胶是两种相互联系的状态。溶胶经过陈化，胶粒间缓慢聚合，形成以前驱体为骨架的三维聚合物或者是颗粒空间网络，网络中充满失去流动性的溶剂，这就是凝胶。溶胶向凝胶转变过程主要是溶胶粒子聚集成键的聚合过程。凝胶具有触变性：在摇振、超声波或其它能

3、产生内应力的特定作用下，凝胶能转化为溶胶。溶胶是否向凝胶发展，决定于胶粒间的作用力是否能够克服凝聚时的势垒作用。增加胶粒间的电荷量、利用位阻效应、溶剂化效应等可使溶胶更稳定，凝胶更困难。溶胶制备凝胶的方法：溶剂挥发、冷冻法、加入非溶剂法、加入电解质法、利用化学反应产生不溶物法等。凝胶和溶胶也是可共存的。简单的讲，溶胶一凝胶法就是以金属无机物或金属醇盐作前驱体，，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液屮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

4、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。前驱体即所用的起始原料。金属醇盐：有机醇-OH上的H为金属所取代的化合物。一般金属有机物是以M-C键结合，而金属醇盐是以M-O-C键结合。胶凝时间即在完成凝胶溶胶-凝胶法与其应用一、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〜lOOnm之间，微小的固体颗粒悬浮分散在液相屮，并且不停的做布朗运动。溶胶是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。当液相为水时称为水溶胶（Hydrosol）;

5、当为醇时称为醇溶胶（alcosol）。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。凝胶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，凝胶屮渗有连续的分散相介质。按分散相介质不同可分为水凝胶（Hydrogel）、醇凝胶（alcogel）和气凝胶（aerogel）溶胶与凝胶的结构比较: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同定不能自由移动，这种特殊的网架结构赋予凝胶很高的比表面。溶胶与凝

6、胶是两种相互联系的状态。溶胶经过陈化，胶粒间缓慢聚合，形成以前驱体为骨架的三维聚合物或者是颗粒空间网络，网络中充满失去流动性的溶剂，这就是凝胶。溶胶向凝胶转变过程主要是溶胶粒子聚集成键的聚合过程。凝胶具有触变性：在摇振、超声波或其它能产生内应力的特定作用下，凝胶能转化为溶胶。溶胶是否向凝胶发展，决定于胶粒间的作用力是否能够克服凝聚时的势垒作用。增加胶粒间的电荷量、利用位阻效应、溶剂化效应等可使溶胶更稳定，凝胶更困难。溶胶制备凝胶的方法：溶剂挥发、冷冻法、加入非溶剂法、加入电解质法、利用化学反应产生不溶物法等。凝胶和溶胶也是

7、可共存的。简单的讲，溶胶一凝胶法就是以金属无机物或金属醇盐作前驱体，，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液屮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。前驱体即所用的起始原料。金属醇盐：有机醇-OH上的H为金属所取代的化合物。一般金属有机物是以M-C键结合，而金属醇盐是以M-O-C键结合。胶凝时间即在完成凝胶的大分子聚合过程中最后键合的时间。二、溶胶一凝胶法的基本原理

8、溶胶凝胶法常见的最基本反应如下：1、溶剂化：金属阳离子Mz+吸引水分子形成溶剂单元M(H2O)nz+，为保持其配位数，具有强烈释放H4•的趋势。M(H2O)nz+=M(H2O)n-1(OH)(z-1)+H+2、水解反应：非电离式分子前驱物，如金属醇盐M(OR)n与水反应M(OR)n+xH2O=M(OH)